煤礦井下礦工智能頭盔研究＊

吳震，王茂輝

（重慶工商職業(yè)學(xué)院 智能制造與汽車學(xué)院，重慶 401520）

關(guān)鍵字：智能算法；頭盔；監(jiān)測；礦工

前言

目前，煤礦井下安全監(jiān)測主要依靠在固定位置安裝監(jiān)測傳感器來完成。首先，傳感器安裝的位置越合理、數(shù)量越多，監(jiān)測的盲區(qū)就越少，但是這樣也會增加成本。其次，掘進(jìn)工作面隨著采煤工作的進(jìn)行，掘進(jìn)工作面會動態(tài)變化，安裝監(jiān)測傳感器無法跟上掘進(jìn)工作面的推進(jìn)。因此，目前的煤礦井下安全監(jiān)測系統(tǒng)存在不能監(jiān)測到的盲區(qū)。本文將設(shè)計(jì)一款礦工智能頭盔系統(tǒng)，對目前的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充，來解決目前監(jiān)測系統(tǒng)存在監(jiān)測盲區(qū)的問題。

1 智能頭盔終端設(shè)計(jì)

在礦工頭盔上集成控制器模塊、環(huán)境信息采集模塊、無線通信模塊、人員定位模塊、語音模塊、視頻模塊、聲光報警模塊、數(shù)據(jù)存儲、電源模塊，完成動態(tài)監(jiān)測礦工作業(yè)環(huán)境信息的任務(wù)，當(dāng)出現(xiàn)危險狀況時能夠及時指揮礦工規(guī)避危險。智能頭盔整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其中，環(huán)境信息采集模塊主要完成對溫度、瓦斯?jié)舛取⒁谎趸紳舛?、氧氣濃度、煤塵濃度信息的采集。無線通信主要完成把智能頭盔采集的數(shù)據(jù)信息通過無線方式傳輸?shù)铰酚善?，然后再通過有線的方式把監(jiān)測信息傳輸?shù)奖O(jiān)測中心。最后，監(jiān)測中心對監(jiān)測信息進(jìn)行智能分析，得出礦工所處環(huán)境的危險狀況。

圖1 智能頭盔整體設(shè)計(jì)

2 礦工作業(yè)環(huán)境預(yù)警模型

目前，礦工作業(yè)環(huán)境危險狀況的判斷往往是通過閾值法進(jìn)行，即對單一指標(biāo)監(jiān)測是否超過閾值。這種方法既沒有考慮監(jiān)測信息的變化趨勢，也沒有考慮監(jiān)測信息之間聯(lián)系。這就會導(dǎo)致很多危險狀況不能及時發(fā)現(xiàn)，例如礦工作業(yè)環(huán)境的瓦斯?jié)舛仍诳焖偕仙齾s沒有達(dá)到報警的閾值，這時就會導(dǎo)致礦工作業(yè)環(huán)境出現(xiàn)危險而不能及時發(fā)現(xiàn)，不能及時通知礦工及時撤離危險區(qū)域。本文提出通過層次分析法與模糊綜合判定法相結(jié)合，既對監(jiān)測主要指標(biāo)的具體值、變化趨勢進(jìn)行考慮，也對各個監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系進(jìn)行考慮。本文將對礦工作業(yè)環(huán)境的瓦斯?jié)舛?、氧氣濃度、一氧化碳濃度、煤塵濃度、瓦斯?jié)舛茸兓?、氧氣濃度變化率、相鄰區(qū)域瓦斯?jié)舛鹊钠肪?、相鄰區(qū)域氧氣濃度的平均值、相鄰區(qū)域瓦斯?jié)舛绕骄兓?、相鄰區(qū)域氧氣濃度平均變化率進(jìn)行綜合考慮建立礦工作業(yè)環(huán)境預(yù)警模型，預(yù)警層次結(jié)構(gòu)模型如圖2 所示。

圖2 礦工作業(yè)環(huán)境預(yù)警層次結(jié)構(gòu)模型

3 結(jié)論

本系統(tǒng)經(jīng)測試，能夠?qū)崿F(xiàn)跟隨礦工移動監(jiān)測礦工周圍重要環(huán)境參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時視頻監(jiān)測礦工所處環(huán)境狀況，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測中心工作人員與礦工實(shí)時語音通話，能夠?qū)崿F(xiàn)對礦工所處環(huán)境的危險狀況進(jìn)行預(yù)警。該系統(tǒng)能夠有效彌補(bǔ)目前煤礦井下安全監(jiān)測存在監(jiān)測盲區(qū)的問題，能夠有效解決礦工不能及時了解所處作業(yè)環(huán)境的問題。