煤礦智能化連續(xù)運輸系統(tǒng)關鍵技術研究

馬祥文

摘要：針對煤流輸送系統(tǒng)存在逆煤流啟車及始終全速的非最優(yōu)運行狀態(tài)，造成電能無效消耗及煤流輸送系統(tǒng)傳動部件無效磨損的現(xiàn)狀，為提高煤流輸送系統(tǒng)的運行效率，提出了煤礦智能化連續(xù)運輸系統(tǒng)關鍵技術，煤量檢測技術通過視頻圖像分析處理，檢測出煤流輸送線上煤料的寬度、截面積或體積，從而計算出瞬時煤量，作為煤流輸送系統(tǒng)智能化調速的數(shù)據(jù)來源。智能控制策略通過改進煤流輸送系統(tǒng)控制和運行工藝，即順逆煤流自適應啟動控制、煤量自適應調速和多級設備協(xié)同控制，提高煤流輸送系統(tǒng)的運行效率和智能化水平，節(jié)能降耗，延長設備使用壽命。巡檢機器人搭載高清攝像裝置、熱成像儀及多種有害氣體傳感器，可執(zhí)行煤流輸送系統(tǒng)井下巡檢任務，取代人工巡檢，實現(xiàn)智能監(jiān)控預警。煤流輸送系統(tǒng)大數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控云平臺通過對煤流輸送系統(tǒng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析和展示，解決了煤流輸送系統(tǒng)生產(chǎn)故障排查耗時、滯后等問題，實現(xiàn)了煤流輸送系統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)過程的少人化、數(shù)據(jù)化和遠程實時監(jiān)控。

關鍵詞：煤流系統(tǒng);煤量檢測;智能控制;智能監(jiān)控;大數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控

1煤量檢測技術

煤量檢測技術是實現(xiàn)煤流輸送系統(tǒng)智能調速的基礎。帶式輸送機煤量檢測方式可分為接觸式檢測和非接觸式檢測。接觸式檢測有輸送帶秤檢測、核子秤檢測等;非接觸式檢測有視頻檢測、超聲波檢測和激光儀器檢測等。輸送帶秤檢測維護量大，同時檢測精度不能滿足調速要求;核子秤檢測由于有輻射，在煤礦不易推廣。與其他方式相比，激光儀器檢測方式可提高帶式輸送機瞬時煤量檢測的實時性和準確性，實現(xiàn)帶式輸送機上散煤輸送量的快速、準確、連續(xù)、穩(wěn)定測量。相關專家學者對激光儀器檢測方式進行了研究，提出了帶式輸送機物料瞬時流量激光測量方法。近幾年視頻圖像分析技術得到了快速發(fā)展，在煤炭行業(yè)也有大量的應用，由于安裝方便、維護量小、檢測準確且直觀，成為當前煤量檢測技術最先進的方式。基于視頻圖像分析技術的煤量檢測無疑代表了當前的發(fā)展方向，檢測內(nèi)容各不相同，其中基于激光掃描的帶式輸送機瞬時煤量檢測是檢測帶式輸送機上煤料的截面積，基于視頻識別的帶式輸送機煤量檢測是檢測帶式輸送機上煤料的寬度，基于雙目視覺的帶式輸送機煤量檢測是檢測帶式輸送機上煤料的體積。

1.1 基于激光掃描的帶式輸送機瞬時煤量檢測

在帶式輸送機輸送帶上方安裝激光發(fā)射器和數(shù)字攝像機，激光發(fā)射器垂直安裝在輸送帶上方，數(shù)字攝像機以一定角度安裝在帶式輸送機上方，使數(shù)字攝像機拍攝到激光發(fā)射器照射的輸送帶區(qū)域。數(shù)字攝像機通過網(wǎng)絡將拍攝圖像傳送給計算終端，計算終端通過視頻圖像分析，提取出帶式輸送機上煤料輪廓線。激光投射到煤料面上產(chǎn)生的激光線與投射到無煤的帶式輸送機輸送帶上產(chǎn)生的激光線不同，兩者之間有一個形變，這種形變可以反映煤料的深度信息，根據(jù)煤料的深度信息可計算瞬時煤量。首先對獲取的激光圖像進行預處理，確定感興趣區(qū)域（ Region of Interest，ROI）;在ROI內(nèi)，利用Ohta顏色空間的特性提取激光線輪廓，并進行細化和連接處理;結合離線獲取的基線實時計算煤量大小。

煤量檢測過程主要有基線獲取模塊和實時檢測模塊組成。其中基線獲取模塊是指通過激光線提取，激光線細化及連接處理等獲取帶式輸送機在空載和滿載狀態(tài)下的基線;實時檢測模塊是指通過對比實時獲取的激光線和基線折算出實時瞬時煤量信息。

圖像預處理包括ROI獲取和去燥處理，在此基礎上，利用Ohta顏色空間獲取激光線，并進行基于索引表的細化處理;對細化的圖像進行連接處理，將實時獲取的激光線與基線進行融合，形成眼圖，計算面積，從而獲取實時煤量。為減小光照和噪聲等外部因素的影響，采用基于索引表的細化算法通過結構元素和圖像進行相關計算，獲取目標像素的拓撲信息，實現(xiàn)激光線的細化和連接處理。

1.2基于視頻識別的帶式輸送機煤量檢測

基于視頻識別技術，在帶式輸送機上方安裝攝像頭采集視頻圖像，通過對圖像分析與數(shù)據(jù)處理，檢測出帶式輸送機分布煤料邊緣，即得到帶式輸送機分布煤料的寬度。輸送帶呈弧形，并且煤量不同，輸送帶發(fā)生的形變也會不同，因此根據(jù)煤料堆積輪廓線即可計算出瞬時煤量。

此種檢測方法的關鍵是煤料邊緣的檢測，即分辨出無煤區(qū)域的傳輸帶像素值和有煤區(qū)域的像素值的差異。首先采用高清攝像頭采集視頻圖像，然后對圖像進行預處理，即圖像的噪聲濾除和圖像不同區(qū)域的分割。圖像噪聲主要是帶式輸送機上瞬時煤料增加和減少引起的沖擊噪聲，為提取有效煤料信號，對圖像采用極值中值濾波，消除圖像中噪聲。

2 帶式輸送機智能控制技術

智能控制策略在于工藝流程的優(yōu)化控制，是按照運輸流程智能地控制每條帶式輸送機的啟動、停止及智能調速。

2.1啟停自適應控制

帶式輸送機系統(tǒng)啟動的傳統(tǒng)工藝為逆煤流啟動，即上下游輸送機全部運轉的狀態(tài)下，才能開始給料。因此，流程中的帶式輸送機越長，轉接輸送帶數(shù)量越多，各下游帶式輸送機處于無物料狀態(tài)的空載運行時間就越長，系統(tǒng)機械損耗就越高，而運輸量卻沒有增加，導致單位產(chǎn)量能耗上升，造成能源浪費。

在煤礦帶式輸送機上安裝煤量檢測裝置和速度傳感器，可以監(jiān)測帶式輸送機上煤料信息。控制工藝是通過煤量檢測裝置檢測后級帶式輸送機的煤量信息，測量到有煤量信息，前級帶式輸送機啟動運轉;如果出現(xiàn)后級帶式輸送機煤量已到機頭，前級帶式輸送機還未運行，停后級帶式輸送機。如果檢測前后級帶式輸送機均有煤量信息，則按逆煤流方式啟動沿線帶式輸送機。

2.2 煤量自適應調速

建立帶式輸送機調速模型，根據(jù)煤流量對帶式輸送機進行智能調速，降低運行的能耗，減少設備磨損。根據(jù)產(chǎn)量，優(yōu)化出帶式輸送機截面煤的最優(yōu)高度，調節(jié)帶式輸送機速度，節(jié)能效果在20%左右，延長設備壽命50%以上。控制工藝采用分段節(jié)能的方式，運量在80%不需要調速，運量在40%可調速節(jié)能，避免頻繁調速，運量少或者沒有則停止。

結束語

煤流輸送系統(tǒng)大數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控云平臺通過對煤流輸送系統(tǒng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析和展示，可解決煤流輸送系統(tǒng)生產(chǎn)故障排查耗時、滯后等問題，實現(xiàn)煤流輸送系統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)過程的少人化、數(shù)據(jù)化和遠程實時監(jiān)控。

參考文獻

[1] 馬廣川.煤礦生產(chǎn)物流系統(tǒng)瓶頸的診斷與優(yōu)化[D].青島：山東科技大學，2011：1-10.