煤矿智能化连续运输系统关键技术研究

马祥文

摘要：针对煤流输送系统存在逆煤流启车及始终全速的非最优运行状态，造成电能无效消耗及煤流输送系统传动部件无效磨损的现状，为提高煤流输送系统的运行效率，提出了煤矿智能化连续运输系统关键技术，煤量检测技术通过视频图像分析处理，检测出煤流输送线上煤料的宽度、截面积或体积，从而计算出瞬时煤量，作为煤流输送系统智能化调速的数据来源。智能控制策略通过改进煤流输送系统控制和运行工艺，即顺逆煤流自适应启动控制、煤量自适应调速和多级设备协同控制，提高煤流输送系统的运行效率和智能化水平，节能降耗，延长设备使用寿命。巡检机器人搭载高清摄像装置、热成像仪及多种有害气体传感器，可执行煤流输送系统井下巡检任务，取代人工巡检，实现智能监控预警。煤流输送系统大数据远程监控云平台通过对煤流输送系统运行状态数据的采集、存储、分析和展示，解决了煤流输送系统生产故障排查耗时、滞后等问题，实现了煤流输送系统生产作业过程的少人化、数据化和远程实时监控。

关键词：煤流系统;煤量检测;智能控制;智能监控;大数据远程监控

1煤量检测技术

煤量检测技术是实现煤流输送系统智能调速的基础。带式输送机煤量检测方式可分为接触式检测和非接触式检测。接触式检测有输送带秤检测、核子秤检测等;非接触式检测有视频检测、超声波检测和激光仪器检测等。输送带秤检测维护量大，同时检测精度不能满足调速要求;核子秤检测由于有辐射，在煤矿不易推广。与其他方式相比，激光仪器检测方式可提高带式输送机瞬时煤量检测的实时性和准确性，实现带式输送机上散煤输送量的快速、准确、连续、稳定测量。相关专家学者对激光仪器检测方式进行了研究，提出了带式输送机物料瞬时流量激光测量方法。近几年视频图像分析技术得到了快速发展，在煤炭行业也有大量的应用，由于安装方便、维护量小、检测准确且直观，成为当前煤量检测技术最先进的方式。基于视频图像分析技术的煤量检测无疑代表了当前的发展方向，检测内容各不相同，其中基于激光扫描的带式输送机瞬时煤量检测是检测带式输送机上煤料的截面积，基于视频识别的带式输送机煤量检测是检测带式输送机上煤料的宽度，基于双目视觉的带式输送机煤量检测是检测带式输送机上煤料的体积。

1.1 基于激光扫描的带式输送机瞬时煤量检测

在带式输送机输送带上方安装激光发射器和数字摄像机，激光发射器垂直安装在输送带上方，数字摄像机以一定角度安装在带式输送机上方，使数字摄像机拍摄到激光发射器照射的输送带区域。数字摄像机通过网络将拍摄图像传送给计算终端，计算终端通过视频图像分析，提取出带式输送机上煤料轮廓线。激光投射到煤料面上产生的激光线与投射到无煤的带式输送机输送带上产生的激光线不同，两者之间有一个形变，这种形变可以反映煤料的深度信息，根据煤料的深度信息可计算瞬时煤量。首先对获取的激光图像进行预处理，确定感兴趣区域（ Region of Interest，ROI）;在ROI内，利用Ohta颜色空间的特性提取激光线轮廓，并进行细化和连接处理;结合离线获取的基线实时计算煤量大小。

煤量检测过程主要有基线获取模块和实时检测模块组成。其中基线获取模块是指通过激光线提取，激光线细化及连接处理等获取带式输送机在空载和满载状态下的基线;实时检测模块是指通过对比实时获取的激光线和基线折算出实时瞬时煤量信息。

图像预处理包括ROI获取和去燥处理，在此基础上，利用Ohta颜色空间获取激光线，并进行基于索引表的细化处理;对细化的图像进行连接处理，将实时获取的激光线与基线进行融合，形成眼图，计算面积，从而获取实时煤量。为减小光照和噪声等外部因素的影响，采用基于索引表的细化算法通过结构元素和图像进行相关计算，获取目标像素的拓扑信息，实现激光线的细化和连接处理。

1.2基于视频识别的带式输送机煤量检测

基于视频识别技术，在带式输送机上方安装摄像头采集视频图像，通过对图像分析与数据处理，检测出带式输送机分布煤料边缘，即得到带式输送机分布煤料的宽度。输送带呈弧形，并且煤量不同，输送带发生的形变也会不同，因此根据煤料堆积轮廓线即可计算出瞬时煤量。

此种检测方法的关键是煤料边缘的检测，即分辨出无煤区域的传输带像素值和有煤区域的像素值的差异。首先采用高清摄像头采集视频图像，然后对图像进行预处理，即图像的噪声滤除和图像不同区域的分割。图像噪声主要是带式输送机上瞬时煤料增加和减少引起的冲击噪声，为提取有效煤料信号，对图像采用极值中值滤波，消除图像中噪声。

2 带式输送机智能控制技术

智能控制策略在于工艺流程的优化控制，是按照运输流程智能地控制每条带式输送机的启动、停止及智能调速。

2.1启停自适应控制

带式输送机系统启动的传统工艺为逆煤流启动，即上下游输送机全部运转的状态下，才能开始给料。因此，流程中的带式输送机越长，转接输送带数量越多，各下游带式输送机处于无物料状态的空载运行时间就越长，系统机械损耗就越高，而运输量却没有增加，导致单位产量能耗上升，造成能源浪费。

在煤矿带式输送机上安装煤量检测装置和速度传感器，可以监测带式输送机上煤料信息。控制工艺是通过煤量检测装置检测后级带式输送机的煤量信息，测量到有煤量信息，前级带式输送机启动运转;如果出现后级带式输送机煤量已到机头，前级带式输送机还未运行，停后级带式输送机。如果检测前后级带式输送机均有煤量信息，则按逆煤流方式启动沿线带式输送机。

2.2 煤量自适应调速

建立带式输送机调速模型，根据煤流量对带式输送机进行智能调速，降低运行的能耗，减少设备磨损。根据产量，优化出带式输送机截面煤的最优高度，调节带式输送机速度，节能效果在20%左右，延长设备寿命50%以上。控制工艺采用分段节能的方式，运量在80%不需要调速，运量在40%可调速节能，避免频繁调速，运量少或者没有则停止。

结束语

煤流输送系统大数据远程监控云平台通过对煤流输送系统运行状态数据的采集、存储、分析和展示，可解决煤流输送系统生产故障排查耗时、滞后等问题，实现煤流输送系統生产作业过程的少人化、数据化和远程实时监控。

参考文献

[1] 马广川.煤矿生产物流系统瓶颈的诊断与优化[D].青岛：山东科技大学，2011：1-10.