煤礦智能化連續運輸系統關鍵技術研究

楊玉偉

摘要：針對于煤流輸送系統運行過程存在的一系列狀況，例如：電能無效消耗、傳動部件無效磨損、無法達到最佳運行狀等，因此，為提高煤流運輸系統在運行過程中的效率，設計了煤礦智能化連續運輸系統，不僅解決煤流運輸系統在生產時產生的一系列故障、滯后以及耗時等問題，還有效實現了煤流運輸系統在生產過程中的數據化、信息化、無人化以及遠程實施監控，為我國的煤礦行業領域的智能化發展提供了有力的保障。

關鍵詞：煤流運輸系統;智能控制;大數據遠程監控;煤量檢測

引言

我國每年因為煤礦事故而死亡的人不在少數，雖說煤礦行業經過了許久的發展歷史，但是煤礦安全問題依然存在。在環境惡劣、危險的煤礦井下，若是實現智能化無人作業，將會有效減少下井工作人員的數量，也會減少人員傷亡的發生概率，是為煤礦工作工人員提供生命安全的重要保障。現階段針對于帶式智能輸送運行技術在各大煤礦企業都嘗試應用過，但是都沒有得到相應的普及。其主要原因是因為沒有成熟的技術，并且頻繁發生故障，不僅增加了維修成本，還沒有明顯的降耗、節能效果?；诖?，筆者試圖設計智能化煤礦帶式輸送機，達到無人值守、遠程控制等建設目標，提高煤礦行業領域的安全生產水平。

1. 煤量檢測技術

1.1激光掃描

在帶式輸送機的輸送帶上方將一個激光發射器以及數字攝像機進行安裝，與輸送帶垂直，使攝像機能夠拍攝到激光所照射到的輸送帶區域。攝像機連接網絡，將所拍攝到的圖像輸送到計算機，計算機對視頻圖像進行分析后，可以初步提取出帶式輸送機上所運輸煤料的大致輪廓。將激光投射到煤料面上，由于此激光與輸送帶上的激光光線不一樣，兩者之間會產生一種形變，由此可以深度反應出煤料的相關信息，根據此信息可以瞬時計算出煤量。

煤量在進行檢查的過程中，主要由實時檢測模塊以及基線獲取模塊所組成，其中前者是能夠通過基線以及激光線而計算出實時瞬時煤量信息，而后者是對激光線進行提取，根據提取到的激光線輪廓，計算出相似的截面積，就可以計算出實時煤量信息。

1.2視頻識別

在帶式輸送機的上方安裝視頻攝像頭用來采集視頻圖像，然后分析并處理圖形數據，對輸送帶上的煤料邊緣進行檢測。即可得到煤料的寬度。這種檢測方式的關鍵點是煤料的邊緣，也就是分辨出有煤區域與無煤區域像素值之間的差異。首先安裝一個高清攝像頭用來采集視頻圖像并做預處理，然后利用極值中值的濾波，將圖像中的噪聲消除。由于無煤區域的像素值會產生劇烈的變化，而無煤區域就沒有很大的變化，根據此特點，可以通過像素值的差異計算出煤料的邊緣，從而計算出煤量。

2. 帶式輸送機智能控制技術

2.1啟停自適應控制

傳統的帶式輸送機系統的啟動技術是逆煤流啟動，也就是要將上游和下游的輸送機全部啟動才能給料。因此，輸送機越長，輸送帶的數量越多，上下游的輸送機處于空載狀態的時間就越長，越容易造成機械系統的高損耗，從而導致單位能耗增加，進而造成不必要的能源浪費。

在帶式輸送機上將速度傳感器以及煤量檢測裝置進行安裝，用來對煤料信息進行監測?？刂萍夹g是通過檢測裝置檢測到煤量信息后，前級帶式輸送機才會開始運轉，若后級帶式輸送機已經將煤量輸送到頭，但是前級帶式輸送機還沒有開始運行，則后級帶式輸送機將會停止。若前后級均檢測到帶式輸送機有煤量信息，則將會按照逆煤流的方式啟動帶式輸送機。

2.2煤量自適應調速

建立帶式輸送機自適應調速模型，根據煤流量的多少，利用智能調速系統來控制帶式輸送機的速度，有效減少運行過程中產生的能源消耗以及設備默算。根據煤產量對帶式輸送機的煤量截面進行優化至最佳，對帶式輸送機的速度進行調節，將會節約20%的能耗，延長50%的設備壽命。自適應調速工藝采用的是分段節能方式，若運量在80%左右則不需要調速，若在40%左右可以調整速度，同時也要避免由于頻繁調速而導致的運量少。

3. 煤流輸送系統大數據遠程監控云平臺

3.1平臺建設

（1）支持TB/PB級的存儲數據以及大數據計算框架。由于煤流智能系統的監測數據量大、密度高以及頻率高，并且數據之間分布廣泛，因此，可以采用上述框架對煤流輸送系統進行大數據存儲設計。

在數據接入方面，有效解決了數據斷點續傳、高速異步導入以及負載均衡等問題，例如Kafka消息技術的應用研究，在一定程度上滿足了接入大數據信息平臺的兼容性以及可靠性。

在數據分析方面，其中包含實施分析與離線分析。根據Spark流計算框架以及分布式計算框架能夠有效實現實時與離線計算，滿足大數據分析的計算高性能;離線分析都包含周期性任務調度、數據挖掘以及數據報表分析等，有效實現分析、數據一體化。

（2）支持為輔的接口、權限以及數據管理。首先，集合了Spring Boot微服務框架，利用此框架將大數據框架中的業務邏輯拆分成多個應用，并為自身以及外部提供調用，構建服務框架，實現分析、算法工具、app與業務應用的靈活接入;其次，建設煤流輸送系統的數據管理系統，有效實現平臺數據的導入、導出、增加、刪除等操作。最后，建設煤流輸送系統的權限管理系統（Shiro），實現控制用戶訪問權限。

3.2遠程監控系統平臺功能

以煤流輸送系統的運營、生產以及維護為依據，構建智能運維服務中心，對煤流輸送系統的運行進行監測、預防、診斷等一系列的服務，并將智能系統應用于煤流輸送系統的運維過程中。遠程監控系統的平臺功能都包含管理系統、遠程數據監測系統、智能控制系統、診斷系統、信息推送系統以及視頻監控系統等，在此不做一一介紹。

（1）遠程數據監控子系統：主要針對于帶式輸送機在運行過程中的狀態進行實施檢測，例如其位置信息、電流電壓、運行速度、跑偏程度等進行遠程數據分析，并通過圖表以及文字的形式呈現在系統中。

（2）遠程智能控制子系統：主要針對于帶式輸送機在采集、輸送過程中的智能化控制，例如跑偏的智能化控制、堆煤、震動的自適應調節等。根據實際帶式輸送機的作業、生產工藝的基本需求，對模型與算法進行優化，有效實現帶式輸送機的遠程智能作業控制。

（3）視頻監控系統：此系統將采集帶式輸送機運行時的視頻信號，并將其輸送到大數據監控平臺，實現視頻的儲存與展示，并且可以離線播放視頻。通過視頻圖像中的信息可以對現階段的帶式輸送機的作業情況進行分析，從而及時發現安全生產以及設備故障問題。

4. 結論

（1）煤量檢測技術可以有效分析并處理視頻圖像，檢測出煤料的面積、體積，計算出帶式輸送機上的瞬時煤量，也是智能調速系統的數據來源。

（2）智能控制系統能夠控制運行工藝并改進，通過自適應調速與啟動，提高煤流輸送系統的智能化水平與運行效率，有效節省能源消耗與設備的磨損。

（3）大數據遠程監控平臺能夠對系統中的信息數據進行采集、分析、存儲以及展示，及時發展系統運行中產生的故障等問題，有效實現無人作業、遠程監控等智能化煤礦生產。

參考文獻

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