煤礦井下孔內事故可視處理技術研究

李波，周榮福(中國礦業大學資源與地球科學學院，江蘇 徐州 221000)

0 引言

在2018年，我國已實現了在煤礦井下孔超過2 300.0m，相關此方面技術的研究與設計已達到了一種世界級水平。在煤礦井下孔深度不斷增加的過程中，工程實施可能遇到的不可測因素也越來越多，與此同時，煤礦井下孔內發生工程安全事故的概率也將越來越大。其中，下孔鉆具掉落在工程中，便屬于一種常規性的事故類型[1-2]。發生事故的原因不僅在于定向施工鉆孔器具接頭過多，同時也在于目前工程實施，對其進行的可視化處理不到位所造成。針對提出的問題，大部分工程隊伍，選擇盲目打撈的方式對鉆具進行獲取。但此種行為的實施由于技術支撐不到位，極易發生二次事故問題，為了更好地解決這一問題，提升下孔過程中對相關器具的可視化能力，文章將根據煤礦井下孔行為的實施，設計一種面向下孔事故的可視處理技術，致力于通過此種方式，為井下施工提供一種全新的技術，降低二次事故的發生概率，確保煤礦井下孔工程的順利實施。

1 獲取及處理煤礦井下孔內事故信息

為了確保文章設計的可視處理技術在應用中具備一定有效性，可選擇某煤礦井下孔工程作為研究對象，對其孔內工程信息進行描述[3]，具體如表1所示。

表1 煤礦井下孔內工程信息描述

在掌握煤礦井下孔內工程相關信息的基礎上，使用計算機控制下孔深度與開關，并在下孔的前端安裝傳感裝置，使其接口與RS223單片機進行連接。當下孔深度位于B3#孔時，可打開傳感器接口開關，以此種方式獲取煤礦井下孔內連續圖像[4]。直到觀察計算機顯示無明顯異常后，完成對事故信息的初步采集。

當完成對事故信息的采集后，使用終端計算機裝置，控制透性光源的開啟，將獲取的光源信息使用光學處理鏡頭進行放大處理，使其成像在CMOS傳感器上，并將信息以一種串行通信的方式，傳遞在計算機終端，將其以24位圖像格式的方式進行存儲[5]。考慮到獲取的處理圖像，可能會受到獲取信息過程中圖像弧度值的影響，因此需要在完成對事故信息的獲取后，同步對其進行磨粒提取，使獲取的信息呈現一種二值化圖像。

例如在獲取每一組連續圖像中，可認為其中每一個連續的像素點均是由B、G、R三類連續的分量構成，而對其進行灰度處理，便是將連續的分量進行重組，得到一組新的圖像灰度值。本章采用分析圖譜橫向紋路的方式，對其進行處理[6]。處理過程中，可將成像中的噪聲與異常連續區域進行放大處理，綜合分量的最大值，使其整體呈現一種亮化的趨勢。此過程中弱化了一些細微的半透明聚合物，將其表現為一種相對平滑的現象。

在執行上述處理事故信息的過程中，需要保留原始模板信息，并對其邊緣進行對應的銳化處理。在確保事故信息原有層次被保留的前提下，清晰化處理圖像邊緣，使其紋理具備一定的規律，以此種方式完成對煤礦井下孔內事故信息的獲取與處理。

2 選擇事故可視處理組合鉆具

在上文完成對煤礦井下孔內事故信息的獲取及處理后，需要選擇事故可視處理組合鉆具，對孔內獲取信息進行持續成像。本章選擇的組合鉆具是基于Android運行網絡開發的，可滿足在高度惡劣條件下對多元化煤礦井下懸空關鍵信息的抓取。可視處理組合鉆具結構如圖1所示。

圖1 事故可視處理組合鉆具結構

綜合上述圖1中內容，對鉆具結構構件參數與功能進行定義，如表2所示。

表2 事故可視處理組合鉆具構件參數與功能

在完成對事故可視處理組合鉆具相關功能與結構參數的布設后，應及時在煤礦井下孔過程中，對裝置外部進行降溫處理，并同步清理煤礦井下孔內的煤渣，避免或降低由于孔內溫度過高出現的自然二次事故現象發生概率。

3 規劃可視處理事故信息流程

在完成上述工作后，本章將對可視處理事故流程進行規劃，此過程中相關工作的實施前，應先定位煤礦井下孔鉆具的鉆速與轉速之間的關系，及其對煤礦井下孔的影響，如圖2所示。

圖2 煤礦井下孔鉆具鉆速與轉速關系

圖2中：(1)表示為煤礦井下孔過程中軟煤層；(2)表示為煤礦井下孔中研磨性較低的煤層；(3)表示為煤礦井下孔過程中研磨性較高(/硬度較高)的煤層。綜合上述圖2中信息，可看出在n0點時，硬煤層轉速處于峰值，也因此證明在進行硬煤層下深過程中，可選擇n0點轉速進行下深，此時獲取可呈現的結果相對較優。

考慮到煤礦井下孔內事故的發生存在不可預測性，為了確保對其可視處理的規范性，制定了如下所述的工作流程。

第一步，使用事故可視處理組合鉆具，在事故前3.0 m位置處，進行附近沉渣的處理，在確保下深通風的基礎上，將鉆具緩緩送入事故發生位置處。對其進行緩慢回轉，結合不同的煤層特性，對其施加持續壓力，持續重復上述操作(下深與適當退鉆處理)，以此種方式確保事故處理的可視化。

第二步，為了確保公錐被完全推斷，需在上述行為基礎上，進行沖孔處理。此過程中，每退出三次，執行一次沖孔處理，每沖孔一次，執行一次渣料清理處理行為。在保障下孔行為順暢的前提下，緩慢下深鉆具探頭，觀察孔內情況，直到探頭接近事故發生前端1.0 m位置處，觀察事故情況，并將獲取信息在終端成像。

第三步，在完成上述相關操作的基礎上，為了獲取更加清晰的可視化圖像，需要持續進行獲取可視處理成像的描述。此過程中，磨粒面積覆蓋指數(I)作為參照，統計成像中指數I的具體值。I的計算公式如式(1)所示。

式中：Ci為對可視成像的目標像素；w為事故發生沉積區域的長度；h為事故發生沉積區域的寬度。

輸出計算結果I。當I的統計值越趨近于0時，代表對煤礦井下孔內事故可視處理的效果越好。假定在此過程中，I的統計值較高，需要返回上述步驟二與步驟三，直到I值滿足可視處理需求。以此，實現對煤礦井下孔內事故的可視處理技術研究。

4 結語

文章根據煤礦井下孔行為的實施，設計一種面向下孔事故的可視處理技術，經過實踐應用，本文設計的技術，在與常規技術進行對比的過程中，可實現的可視處理效果更優。