煤矿井下采煤工作面流程环节可视化监管系统应用

摘 要：文章分析了建设煤矿井下采煤工作面可视化监管存在的困难和问题，以云驾岭煤矿实施为例，从系统布置、实施和应用效果等方面进行了阐述，作业场所实现本质安全可控，为煤矿的可视化采煤场景监管提供示范样本。

关键词：可视化 采煤流程 监管系统

中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0091-02

煤矿井下采煤工作面是生产事故多发区，近年来国家对煤矿开采安全要求越来越高，实现无人自动化和智能化采矿是井下开采的最终目标。井下采煤工作面相对巷道的作业环境来说，通常具有距离远、地形复杂、环境恶劣，大型设备较多，且在不断向前推移等特点，设备布线相对困难，电磁干扰较多，粉尘、水雾较大，严重影响监测效果。因此，在这种恶劣的工作环境下，采煤工作第一现场一旦发生某种状况，通常地面调度只能通过语音方式沟通，由于缺少远程实时可视化监管，大大降低了对状况处理的效率，对煤矿的安全生产造成隐患，严重影响煤矿生产效率。

通过对云驾岭煤矿井下采煤工作面流程环节可视化监管系统设计、布置和应用，对井下采煤工作面中采煤机位置、滚筒割煤、煤壁落煤、运载机溜槽、电缆槽、液压支架、顶板支护等设备运行状况有了可视化监管，提高了煤矿生产安全效率。

1 存在问题

在恶劣环境下，保证电气设备符合井下防爆要求的条件下，建立一条可靠地远距离视频传输链路，降低传输设备数量并保证传输质量，建设工作面采煤环节可视化监管系统，存在以下难点：

（1）可视化调度大屏显示技术已成熟，但仅限于对井下变电所、泵房水泵、运载机链条、皮带机头等设备工作场景定点视频监督，对于工作面采煤作业过程监控只能通过运载机溜槽的煤流或机头胶带输送来判定，并非真正意义的可视化监管，无法直观建立对采煤现场的相关工艺流程环节的实时可视化追踪监管。

（2）利用WiFi无线通讯技术在井下巷道中对于无线短距离通信应用已经初形规模。在巷道内，由于无线电波不断的反射和散射，所产生的多径效应严重影响其通信距离，沿途铺设接收基站的数量加速了系统成本的提高。因此，利用WiFi无线通讯进行视频信号传输，有限通信距离是最大弊病。

（3）采煤工作面环境的特殊构造对无线电磁波通信带来周期或者非周期的变化。其空间充斥着采煤设备，对电磁波传播途径造非相关干涉，电磁波传播损耗较大；采煤设备的运行，产生较大的机械噪声，对无线通信造成干扰。

2 系统部署

在井下采煤现场的恶劣环境下，从建立可靠地远距离无线视频传输链路出发，在采煤机上安装无线视频发射装置，将采煤机运行工况的视频分析业务顺利接入井下现有的工业以太环网，将采煤现场与地面调度中心建立起可靠的视频连接，有效实现地面调度与井下生产场景之间的可视化监管。

经过采煤工作面无线通信信道的衰落损耗模型进行了分析研究和实验，提出采用微波作为无线视频信号的载体，搭载有用信号实现远距离、强抗干扰能力的无线传输。

2.1 系统组成

摄像无线发射机（F）是由工业低照度摄像机和无线图像发射装置（包含KBA139-F无线发射器和防爆稳压电源等）组成，发射机将信息放大后进行调制混频选频输出载波信号，通过功率放大器放大后发射出去。

运载机头基站（S1）和移动泵站尾端顺槽基站（S2）是由工业无线接收装置（包括KBA139-S无线接收器和防爆稳压电源等）和视频放大处理电路组成，具有高接收灵敏度，接收机选择接收微波信号，及时准确地获取机载发射器传送的无线视频信号，转换为电信号或光信号输出。根据矿井下实际情况选择安装位置，可安装一台或若干台。

2.2 技术路线

确定技术路线方案包括三部分构成：构建井下采煤工作面无线视频发射器、井下矿用图像传送监视装置接收器、井下矿用图像传送监视装置接收器；最终对可视化工作面采煤流程环节监管系统整合与实验。

3 系统实施

在云驾岭矿井下12802工作面实施，对采煤流程环节工作过程中液压支架、顶扳、滚筒、煤壁、落煤运载、采煤机位置、电缆槽等进行监管。

3.1 摄像无线发射机（F）

摄像无线发射机（F）包括工业低照度摄像机和无线图像发射装置，形成对下滚筒和煤壁进行获取采煤场景；对上滚筒和煤壁进行获取采煤场景，采煤流程环节场景图像经机载无线发射仪向工作面发射电磁波信息；在采煤机的台面上安装矿用无线传输监控装置发射仪，该装置安装被金属防护罩固定着，左侧旁边配有防爆电源。

3.2 无线视频接收基站（S）

采煤流程环节场景发射后，在工作面液压支架第70架位置安装有无线接收分站，接收范围是采煤机在工作面工作的活动区域。无线分站将接收的无线信号转换为有线信号，送到顺槽传输分站再将电信号转换为光信号，送入矿信息化网。再由信息化网传输到地面调度中心大屏上。

4 应用效果及特点

云驾岭矿12802工作面运输战线长，地区条件复杂，2011年，经过安装调试和试运行，成功解决了工作面潮湿、采煤机运行震动、强电压辐射电磁波等干扰的恶略环境影响，目前运行良好。

5 结论

通过图像实时摄取和显示，将工作面现场的实际情况真实的反映出来，调度大屏上可视化采煤作业过程显示采煤机沿长度200米工作面上进行往返移动割煤，延长了操作及管理人员的管理视线，弥补了声光信号联系装置的不足，作业场所实现本质安全可控。

（1）采集的工作面视频信号经无线微波传送、转换，进入到煤矿井下计算机网络系统，不仅实现了远距离传送，并且增强了抗干扰能力强。

（2）通过图像实时摄取和显示、无线远距离传输，实现了井下综采工作面采煤机及相邻设备工作场景可视化管理，为矿井安全生产调度提供了新的辅助手段，提高调度中心对采煤机工作环境的监视能力。

（3）通过对采煤面的远程可视化监视，提升了对突发状况的应急处理效率，及时消除隐患，提高煤矿生产效率。

（4）采用无线通信，减少布线成本，系统扩展方便，可随时增加无线视频接收基站，简化了现场维护流程，降低了运行费用。

参考文献

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