采煤工作面刮板輸送機直線度檢測技術研究

馬效岳

(山西焦煤汾西礦業信息中心，山西 介休 032000)

綜采工作面煤炭回采時采面煤壁、支架以及刮板輸送機平直不僅可提升采面生產效率，而且便于采面設備管理[1]。隨著綜合自動化、智能化水平的提升，部分礦井已實現綜采設備自動化、智能化控制[2]。但由于液壓支架間存在偏差、液壓支架連接頭間隙等影響，刮板輸送機在推移過程中的直線度難以避免會出現偏差[3-4]。由于綜采工作面內分布有大量的機電設備，隨著采面推進，各綜采設備需要不斷前移，使刮板輸送機精準定位存在一定難度，導致常規的地面測量機定位技術在刮板輸送機直線度檢測中應用效果不理想[5]?，F階段采煤工作面常用的直線度檢測技術包括慣性導航技術、光纖應變技術以及激光傳感器測定技術等，但是存在成本高昂、設備故障率高、體積大以及實時性不強等問題[6-7]。為此文中提出采用視覺測量技術對刮板輸送平直度進行檢測，以期能在一定程度上提升刮板輸送機平直度的控制能力。

1 工程概況

山西某礦3306綜采工作面開采的3號煤層厚度3.3 m，傾角10°，為自燃煤層，煤塵具有爆炸威脅性。頂板以細砂巖、煤線及泥巖為主，底板以粉砂巖、砂質泥巖為主。3306綜采工作面埋深平均345 m，走向、傾斜長分別為1 800 m、240 m。為了提升礦井開采效率并降低井下作業人員數量，在3306綜采工作面、回采巷內配備有無線通信以及以太網通信平臺，可實現綜采設備遠程操控。采面液壓支架自動化控制以電液控制為基礎，并融合智能供液、視頻監控、集中供電等系統。在地面監控中心即可掌握采煤機、刮板輸送機、液壓支架、轉載機等綜采設備運行參數。

3306綜采工作面刮板輸送機直線度檢測仍是通過貫穿采面的鋼絲繩實現，采面作業人員在液壓支架前通過手動控制調直刮板輸送機。受鋼絲繩直線度檢測以及手動調直誤差等影響，刮板輸送機往往不能實現真正的平直，而呈現C型或者反C型，見圖1。為此，提出將視覺測量技術應用到刮板輸送機直線度檢測中。

圖1 刮板輸送機直線度情況

2 視覺測量技術應用分析

2.1 現場應用問題分析及應對策略

通過借鑒已有的工業視覺測量系統，在3306綜采工作面采用視覺測量技術對刮板輸送機直線度進行檢測。現場應用過程中存在的問題及應對策略為：

1) 刮板輸送機直線度測量精度要求在±50 mm以內，測量精度高。為了實現較高的測量精度，在采面采用的視覺相機拍攝的照片一維像素應在1 000點以上。

2) 底板起伏及采面彎曲影響。由于視覺測量是以光線為基礎，當底板起伏或者采面彎曲時會帶來不可直視及彎曲遮擋等問題。解決策略是重復采樣，利用圖像重疊部分將多個視覺相機局部坐標轉換成全局坐標，從而實現對刮板輸送機直線度檢測。

3) 大寬度采面測量精度偏低?，F階段井下綜采工作面寬度一般在100 m以上，部分礦井采面寬度在300 m以上，3306綜采工作面寬度在240 m，視覺相機獲取到的圖像存在遠端直線度精度不高的問題。在視覺相機上安裝大變倍、高清度鏡頭可解決遠端測直線度精度不高的問題。

4) 刮板輸送機直線度偏差點位置確定問題。采用視覺測量技術發現刮板輸送機直線度不滿足要求，確定不滿足要求段的位置可通過在各獨立控制的刮板輸送機上安裝LED燈，視覺相機在某一時間段內僅采集1個液壓支架指示燈信息或者對刮板輸送機中部槽進行標記，通過標記物確保中部槽位置及對應的液壓支架編號。

5) 視覺相機抖動問題。將視覺相機固定到液壓支架頂板下方，當視覺相機對刮板輸送機直線度進行檢測時液壓支架不應有任何其他動作。

2.2 現場布置

將視覺相機布置液壓支架頂梁下，見圖2，測量清晰度為960像素×1 280像素。在現場測量時為了提高圖像采集質量、精度并避免被其他支架遮擋，先將液壓支架移動到位后再進行圖像采集。為了能清晰地判定刮板輸送機直線度情況，在電纜槽上多布置LED光源，見圖3。通過LED光源不僅可減少采面照明逆光、煤塵等影響，而且能提高照片的清晰度，便于不平直位置定位。相關的算法依據已有研究成果確定[8]。

圖2 視覺相機安裝位置示意

圖3 電纜槽LED燈布置現場

2.3 應用效果分析

在采面每隔10個支架布置1個視覺相機，在3306綜采工作面共計安裝16個視覺相機。在30號支架上安裝的視覺相機焦距F、點距D分別為100 mm、0.009 7 mm/dix。視覺測定獲取到刮板輸送機輪廓線偏移距離可通過下述公式計算：

式中：Lx為刮板輸送機輪廓線偏移距離；Vx為像距；Ux為目距。

理論下刮板輸送機輪廓線直線度為：

式中:Rs為長度因子，取3 mm。

刮板輸送機直線度偏移值Lx″可通過下式計算：

Lx″=Lx-Lx′

根據上述公式計算求得支架上視覺相距獲取到的不同位置刮板輸送機直線度偏移量如表1所示。

表1 33～39號支架間刮板輸送機直線度偏移度量

從表1可看出，在33～39號液壓支架間刮板輸送機片偏移量值最大為27 mm，測量結果精準度較高，滿足刮板輸送機偏移量小于50 mm的要求。

獲取到3306綜采工作面內所有的視覺相距照片后進行全局的坐標轉換，并將視覺檢測部分結果與現場手動檢測結果進行比對，具體見表2、圖5。

表2 視覺檢測結果與現場手動檢測結果比對 mm

從表2及圖4看出，采用視覺檢測技術獲取到的刮板輸送機直線度與采用手動測量方式接近，數據變化趨勢基本一致，最大偏差為29 mm。表明采用視覺測量技術獲取到的刮板輸送機直線度檢測結果可滿足現場使用需要。

圖4 視覺檢測結果與現場手動檢測結果對比

3 結 語

1) 為了提高綜采工作面刮板輸送機直線度檢測效率，提出將視覺檢測技術應用到刮板輸送機直線度檢測中，并對視覺檢測技術現場應用存在的問題進行分析并提出針對性的應對策略。

2) 在3306綜采工作面現場應用后，視覺檢測技術獲取到的刮板輸送機直線度與采用手動測量方式獲取到的刮板輸送機直線度變化趨勢基本一致，數據偏差在29 mm以內。表明視覺檢測技術可用于對刮板輸送機直線度的檢測，同時檢測精度以及檢測效率均有顯著的優勢。