煤礦井下采煤工作面流程環(huán)節(jié)可視化監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用

曾瑞萍

摘 要：文章分析了建設(shè)煤礦井下采煤工作面可視化監(jiān)管存在的困難和問題，以云駕嶺煤礦實施為例，從系統(tǒng)布置、實施和應(yīng)用效果等方面進(jìn)行了闡述，作業(yè)場所實現(xiàn)本質(zhì)安全可控，為煤礦的可視化采煤場景監(jiān)管提供示范樣本。

關(guān)鍵詞：可視化 采煤流程 監(jiān)管系統(tǒng)

中圖分類號：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0091-02

煤礦井下采煤工作面是生產(chǎn)事故多發(fā)區(qū)，近年來國家對煤礦開采安全要求越來越高，實現(xiàn)無人自動化和智能化采礦是井下開采的最終目標(biāo)。井下采煤工作面相對巷道的作業(yè)環(huán)境來說，通常具有距離遠(yuǎn)、地形復(fù)雜、環(huán)境惡劣，大型設(shè)備較多，且在不斷向前推移等特點，設(shè)備布線相對困難，電磁干擾較多，粉塵、水霧較大，嚴(yán)重影響監(jiān)測效果。因此，在這種惡劣的工作環(huán)境下，采煤工作第一現(xiàn)場一旦發(fā)生某種狀況，通常地面調(diào)度只能通過語音方式溝通，由于缺少遠(yuǎn)程實時可視化監(jiān)管，大大降低了對狀況處理的效率，對煤礦的安全生產(chǎn)造成隱患，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)效率。

通過對云駕嶺煤礦井下采煤工作面流程環(huán)節(jié)可視化監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計、布置和應(yīng)用，對井下采煤工作面中采煤機(jī)位置、滾筒割煤、煤壁落煤、運(yùn)載機(jī)溜槽、電纜槽、液壓支架、頂板支護(hù)等設(shè)備運(yùn)行狀況有了可視化監(jiān)管，提高了煤礦生產(chǎn)安全效率。

1 存在問題

在惡劣環(huán)境下，保證電氣設(shè)備符合井下防爆要求的條件下，建立一條可靠地遠(yuǎn)距離視頻傳輸鏈路，降低傳輸設(shè)備數(shù)量并保證傳輸質(zhì)量，建設(shè)工作面采煤環(huán)節(jié)可視化監(jiān)管系統(tǒng)，存在以下難點：

（1）可視化調(diào)度大屏顯示技術(shù)已成熟，但僅限于對井下變電所、泵房水泵、運(yùn)載機(jī)鏈條、皮帶機(jī)頭等設(shè)備工作場景定點視頻監(jiān)督，對于工作面采煤作業(yè)過程監(jiān)控只能通過運(yùn)載機(jī)溜槽的煤流或機(jī)頭膠帶輸送來判定，并非真正意義的可視化監(jiān)管，無法直觀建立對采煤現(xiàn)場的相關(guān)工藝流程環(huán)節(jié)的實時可視化追蹤監(jiān)管。

（2）利用WiFi無線通訊技術(shù)在井下巷道中對于無線短距離通信應(yīng)用已經(jīng)初形規(guī)模。在巷道內(nèi)，由于無線電波不斷的反射和散射，所產(chǎn)生的多徑效應(yīng)嚴(yán)重影響其通信距離，沿途鋪設(shè)接收基站的數(shù)量加速了系統(tǒng)成本的提高。因此，利用WiFi無線通訊進(jìn)行視頻信號傳輸，有限通信距離是最大弊病。

（3）采煤工作面環(huán)境的特殊構(gòu)造對無線電磁波通信帶來周期或者非周期的變化。其空間充斥著采煤設(shè)備，對電磁波傳播途徑造非相關(guān)干涉，電磁波傳播損耗較大；采煤設(shè)備的運(yùn)行，產(chǎn)生較大的機(jī)械噪聲，對無線通信造成干擾。

2 系統(tǒng)部署

在井下采煤現(xiàn)場的惡劣環(huán)境下，從建立可靠地遠(yuǎn)距離無線視頻傳輸鏈路出發(fā)，在采煤機(jī)上安裝無線視頻發(fā)射裝置，將采煤機(jī)運(yùn)行工況的視頻分析業(yè)務(wù)順利接入井下現(xiàn)有的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，將采煤現(xiàn)場與地面調(diào)度中心建立起可靠的視頻連接，有效實現(xiàn)地面調(diào)度與井下生產(chǎn)場景之間的可視化監(jiān)管。

經(jīng)過采煤工作面無線通信信道的衰落損耗模型進(jìn)行了分析研究和實驗，提出采用微波作為無線視頻信號的載體，搭載有用信號實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、強(qiáng)抗干擾能力的無線傳輸。

2.1 系統(tǒng)組成

攝像無線發(fā)射機(jī)（F）是由工業(yè)低照度攝像機(jī)和無線圖像發(fā)射裝置（包含KBA139-F無線發(fā)射器和防爆穩(wěn)壓電源等）組成，發(fā)射機(jī)將信息放大后進(jìn)行調(diào)制混頻選頻輸出載波信號，通過功率放大器放大后發(fā)射出去。

運(yùn)載機(jī)頭基站（S1）和移動泵站尾端順槽基站（S2）是由工業(yè)無線接收裝置（包括KBA139-S無線接收器和防爆穩(wěn)壓電源等）和視頻放大處理電路組成，具有高接收靈敏度，接收機(jī)選擇接收微波信號，及時準(zhǔn)確地獲取機(jī)載發(fā)射器傳送的無線視頻信號，轉(zhuǎn)換為電信號或光信號輸出。根據(jù)礦井下實際情況選擇安裝位置，可安裝一臺或若干臺。

2.2 技術(shù)路線

確定技術(shù)路線方案包括三部分構(gòu)成：構(gòu)建井下采煤工作面無線視頻發(fā)射器、井下礦用圖像傳送監(jiān)視裝置接收器、井下礦用圖像傳送監(jiān)視裝置接收器；最終對可視化工作面采煤流程環(huán)節(jié)監(jiān)管系統(tǒng)整合與實驗。

3 系統(tǒng)實施

在云駕嶺礦井下12802工作面實施，對采煤流程環(huán)節(jié)工作過程中液壓支架、頂扳、滾筒、煤壁、落煤運(yùn)載、采煤機(jī)位置、電纜槽等進(jìn)行監(jiān)管。

3.1 攝像無線發(fā)射機(jī)（F）

攝像無線發(fā)射機(jī)（F）包括工業(yè)低照度攝像機(jī)和無線圖像發(fā)射裝置，形成對下滾筒和煤壁進(jìn)行獲取采煤場景；對上滾筒和煤壁進(jìn)行獲取采煤場景，采煤流程環(huán)節(jié)場景圖像經(jīng)機(jī)載無線發(fā)射儀向工作面發(fā)射電磁波信息；在采煤機(jī)的臺面上安裝礦用無線傳輸監(jiān)控裝置發(fā)射儀，該裝置安裝被金屬防護(hù)罩固定著，左側(cè)旁邊配有防爆電源。

3.2 無線視頻接收基站（S）

采煤流程環(huán)節(jié)場景發(fā)射后，在工作面液壓支架第70架位置安裝有無線接收分站，接收范圍是采煤機(jī)在工作面工作的活動區(qū)域。無線分站將接收的無線信號轉(zhuǎn)換為有線信號，送到順槽傳輸分站再將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，送入礦信息化網(wǎng)。再由信息化網(wǎng)傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心大屏上。

4 應(yīng)用效果及特點

云駕嶺礦12802工作面運(yùn)輸戰(zhàn)線長，地區(qū)條件復(fù)雜，2011年，經(jīng)過安裝調(diào)試和試運(yùn)行，成功解決了工作面潮濕、采煤機(jī)運(yùn)行震動、強(qiáng)電壓輻射電磁波等干擾的惡略環(huán)境影響，目前運(yùn)行良好。

5 結(jié)論

通過圖像實時攝取和顯示，將工作面現(xiàn)場的實際情況真實的反映出來，調(diào)度大屏上可視化采煤作業(yè)過程顯示采煤機(jī)沿長度200米工作面上進(jìn)行往返移動割煤，延長了操作及管理人員的管理視線，彌補(bǔ)了聲光信號聯(lián)系裝置的不足，作業(yè)場所實現(xiàn)本質(zhì)安全可控。

（1）采集的工作面視頻信號經(jīng)無線微波傳送、轉(zhuǎn)換，進(jìn)入到煤礦井下計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離傳送，并且增強(qiáng)了抗干擾能力強(qiáng)。

（2）通過圖像實時攝取和顯示、無線遠(yuǎn)距離傳輸，實現(xiàn)了井下綜采工作面采煤機(jī)及相鄰設(shè)備工作場景可視化管理，為礦井安全生產(chǎn)調(diào)度提供了新的輔助手段，提高調(diào)度中心對采煤機(jī)工作環(huán)境的監(jiān)視能力。

（3）通過對采煤面的遠(yuǎn)程可視化監(jiān)視，提升了對突發(fā)狀況的應(yīng)急處理效率，及時消除隱患，提高煤礦生產(chǎn)效率。

（4）采用無線通信，減少布線成本，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，可隨時增加無線視頻接收基站，簡化了現(xiàn)場維護(hù)流程，降低了運(yùn)行費(fèi)用。

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