礦井皮帶運輸系統視頻監控設計研究

史一占

（汾西礦業新產業發展有限責任公司，山西 介休 032000）

引言

礦井原煤運輸多采用皮帶輸送機搭接實現，具有運輸距離長、能耗高以及運輸環節多等特點，同時也面臨管理難度高、輔助運輸人員數量多等問題[1-2]。一般情況下，皮帶輸送機運輸量依據礦井最大生產能力確定，并選擇與運輸能力相匹配的驅動電機、減速器等。皮帶輸送機皮帶鋪設距離長、沿線托輥多，導致設備在啟動初期有較大啟動功率，皮帶輸送機正常運行后負載功率一般小于啟動功率，從而使得驅動電機一般處于輕載狀態，導致輸出效率不高[3-7]。為提高礦井皮帶輸送機運輸系統工作效率，提高安全生產保障能力，并降低運行能耗，本文提出一種皮帶運輸視頻監控系統，該系統可實現視頻圖像識別，不僅可滿足皮帶輸送系統實時監控需求，而且可減少相關輔助人員數量，提高監控效果。

1 視頻監控系統架構

具體構建的視頻監控系統架構如圖1 所示，系統可實現實時煤流監測，結合傳感器獲取到的皮帶輸送機電流、功率參數對輸送機運行速度進行調節，以便實現皮帶輸送機負載與運行速度均衡，最大程度降低皮帶輸送機運行能耗；對堆煤、異物等進行實時檢測；對重要工作場所內人員行為進行監測，并具備闖入識別、報警等功能；參數運輸系統設備聯動控制，提高了礦井皮帶運輸系統運行效率。

圖1 視頻監控系統結構

1）構建視頻監控管理系統。對礦井原有的工業視頻監控系統進行改造，增加布置隔爆相機、交換機、隔爆光終端、管理服務器、智能分析服務器以及相關的安防軟件等。在礦井皮帶運輸系統重要的節點，如轉載點、變坡點、張緊部、防縱撕裂保護部等各位置均布置隔爆相機，實現視頻監控，并對采集到的視頻圖像進行分析，當發現有長矸物體、大塊煤矸、堆煤或者異物等情況時會自動觸發報警。地面監控中心可依據視頻監控系統對運輸的煤流量、設備運行情況等進行智能分析。

2）在皮帶運輸系統沿線布置音頻識別系統，當出現異常時可自動識別并報警、停機。

3）在皮帶輸送機沿線增加設備運行監控系統，對帶式輸送機驅動電機、減速器、滾筒等運行情況進行實時監測，主要監測內容包括有電機溫度、電流、減速器及滾筒溫度等，發現問題時會自動報警。

2 視頻監控系統關鍵技術

2.1 關鍵技術

1）皮帶運行調速。實現皮帶輸送機順煤流啟動，并依靠原有的PLC 控制系統實現設備連鎖，從而避免在啟動過程中出現堆煤事故；在地面監控中心實現對沿線皮帶輸送機運行監控，發現故障后可及時確認并停止相關皮帶輸送機運行。在實現對皮帶輸送機啟動、停機等控制后，通過沿線布置的視頻監控系統實現對煤流量進行監測，并依靠PLC、變頻器等設備調整皮帶輸送機運行速度，實現帶速與煤流量間的動態平衡。

2）大塊原煤檢測。大塊原煤與運輸的常規煤塊間存在明顯的視覺差異，綜合使用機器視覺、視頻分析技術提出視頻圖像信息，從而實現大塊原煤識別。

3）堆煤及跑偏識別。堆煤及跑偏是皮帶輸送機運行過程中常見故障類似，堆煤情況出現后有較為明顯的視覺差異，在皮帶輸送機沿線搭接點位置、煤倉等處均布置隔爆相機，實時監測煤流量變化并綜合使用機器視覺、視頻分析技術提出堆煤關鍵視覺特征。跑偏識別是通過使用圖像分割技術或者直線檢測技術等對皮帶在檢測區域內是否出現跑偏進行分析。

4）違規入侵檢測。通過視頻圖像圈定皮帶輸送機區域，通過目標檢測識別附近作業人員，并智能計算相關人員是否與皮帶輸送機區域存在交匯，從而判定相關人員是否存在違規穿越皮帶輸送機或者靠著皮帶輸送機休息等問題。

2.2 系統軟件

具體皮帶運輸視頻監控系統監控軟件架構如圖2 所示。

圖2 視頻監控系統監控軟件架構

3 現場應用效果分析

將視頻監控系統應用到山西某礦30702 綜采工作面原煤運輸系統監控中，具體視頻監控系統獲取到的轉載點圖像以及機頭圖像信息如圖3 所示。現場使用的防爆相機型號為KBA12、供電電源型號為KDW127/12B、光端機型號為KTG12（A），具體設備參數見表1～表3。

表1 攝像機參數

表2 電源參數

表3 光端機參數

圖3 視頻監控系統畫面

視頻監控系統獲取到的井下皮帶輸送機運行畫面清晰，視頻監控系統運行平穩；皮帶輸送機運行速度可依據煤流量進行動態調節，速度調節不頻繁，不會給驅動系統以及皮帶等帶來不利影響。

視頻監控系統應用后，地面監控中心可實時掌握井下皮帶輸送機運行情況，發現運行隱患或者故障時自動發出報警信號，提醒相關人員注意。通過視頻監控系統應用，礦井皮帶運輸系統可視化以及智能化程度得以提升。

4 結語

在皮帶輸送機沿線布置視頻監控系統，并通過智能分析監控系統采集到的圖像信息、設備運行聲音信息、設備運行參數信息等，實現對皮帶輸送機堆煤、跑偏、異物等的監測，并可依據輸送煤流量調節皮帶輸送機運行速度，降低設備運行能耗。通過視頻監控系統應用可實現對皮帶輸送機沿線重點位置實時監控，提高皮帶輸送機運行安全保障能力；視頻監控系統與皮帶輸送機集中控制系統相結合，實現對皮帶輸送機運行的智能控制，并可減少相關輔助運輸人員數量，以便提高皮帶輸送機運輸系統工作效率及運行可靠性。