煤矿智能化连续运输系统关键技术研究

杨玉伟

摘要：针对于煤流输送系统运行过程存在的一系列状况，例如：电能无效消耗、传动部件无效磨损、无法达到最佳运行状等，因此，为提高煤流运输系统在运行过程中的效率，设计了煤矿智能化连续运输系统，不仅解决煤流运输系统在生产时产生的一系列故障、滞后以及耗时等问题，还有效实现了煤流运输系统在生产过程中的数据化、信息化、无人化以及远程实施监控，为我国的煤矿行业领域的智能化发展提供了有力的保障。

关键词：煤流运输系统;智能控制;大数据远程监控;煤量检测

引言

我国每年因为煤矿事故而死亡的人不在少数，虽说煤矿行业经过了许久的发展历史，但是煤矿安全问题依然存在。在环境恶劣、危险的煤矿井下，若是实现智能化无人作业，将会有效减少下井工作人员的数量，也会减少人员伤亡的发生概率，是为煤矿工作工人员提供生命安全的重要保障。现阶段针对于带式智能输送运行技术在各大煤矿企业都尝试应用过，但是都没有得到相应的普及。其主要原因是因为没有成熟的技术，并且频繁发生故障，不仅增加了维修成本，还没有明显的降耗、节能效果。基于此，笔者试图设计智能化煤矿带式输送机，达到无人值守、远程控制等建设目标，提高煤矿行业领域的安全生产水平。

1. 煤量检测技术

1.1激光扫描

在带式输送机的输送带上方将一个激光发射器以及数字摄像机进行安装，与输送带垂直，使摄像机能够拍摄到激光所照射到的输送带区域。摄像机连接网络，将所拍摄到的图像输送到计算机，计算机对视频图像进行分析后，可以初步提取出带式输送机上所运输煤料的大致轮廓。将激光投射到煤料面上，由于此激光与输送带上的激光光线不一样，两者之间会产生一种形变，由此可以深度反应出煤料的相关信息，根据此信息可以瞬时计算出煤量。

煤量在进行检查的过程中，主要由实时检测模块以及基线获取模块所组成，其中前者是能够通过基线以及激光线而计算出实时瞬时煤量信息，而后者是对激光线进行提取，根据提取到的激光线轮廓，计算出相似的截面积，就可以计算出实时煤量信息。

1.2视频识别

在带式输送机的上方安装视频摄像头用来采集视频图像，然后分析并处理图形数据，对输送带上的煤料边缘进行检测。即可得到煤料的宽度。这种检测方式的关键点是煤料的边缘，也就是分辨出有煤区域与无煤区域像素值之间的差异。首先安装一个高清摄像头用来采集视频图像并做预处理，然后利用极值中值的滤波，将图像中的噪声消除。由于无煤区域的像素值会产生剧烈的变化，而无煤区域就没有很大的变化，根据此特点，可以通过像素值的差异计算出煤料的边缘，从而计算出煤量。

2. 带式输送机智能控制技术

2.1启停自适应控制

传统的带式输送机系统的启动技术是逆煤流启动，也就是要将上游和下游的输送机全部启动才能给料。因此，输送机越长，输送带的数量越多，上下游的输送机处于空载状态的时间就越长，越容易造成机械系统的高损耗，从而导致单位能耗增加，进而造成不必要的能源浪费。

在带式输送机上将速度传感器以及煤量检測装置进行安装，用来对煤料信息进行监测。控制技术是通过检测装置检测到煤量信息后，前级带式输送机才会开始运转，若后级带式输送机已经将煤量输送到头，但是前级带式输送机还没有开始运行，则后级带式输送机将会停止。若前后级均检测到带式输送机有煤量信息，则将会按照逆煤流的方式启动带式输送机。

2.2煤量自适应调速

建立带式输送机自适应调速模型，根据煤流量的多少，利用智能调速系统来控制带式输送机的速度，有效减少运行过程中产生的能源消耗以及设备默算。根据煤产量对带式输送机的煤量截面进行优化至最佳，对带式输送机的速度进行调节，将会节约20%的能耗，延长50%的设备寿命。自适应调速工艺采用的是分段节能方式，若运量在80%左右则不需要调速，若在40%左右可以调整速度，同时也要避免由于频繁调速而导致的运量少。

3. 煤流输送系统大数据远程监控云平台

3.1平台建设

（1）支持TB/PB级的存储数据以及大数据计算框架。由于煤流智能系统的监测数据量大、密度高以及频率高，并且数据之间分布广泛，因此，可以采用上述框架对煤流输送系统进行大数据存储设计。

在数据接入方面，有效解决了数据断点续传、高速异步导入以及负载均衡等问题，例如Kafka消息技术的应用研究，在一定程度上满足了接入大数据信息平台的兼容性以及可靠性。

在数据分析方面，其中包含实施分析与离线分析。根据Spark流计算框架以及分布式计算框架能够有效实现实时与离线计算，满足大数据分析的计算高性能;离线分析都包含周期性任务调度、数据挖掘以及数据报表分析等，有效实现分析、数据一体化。

（2）支持为辅的接口、权限以及数据管理。首先，集合了Spring Boot微服务框架，利用此框架将大数据框架中的业务逻辑拆分成多个应用，并为自身以及外部提供调用，构建服务框架，实现分析、算法工具、app与业务应用的灵活接入;其次，建设煤流输送系统的数据管理系统，有效实现平台数据的导入、导出、增加、删除等操作。最后，建设煤流输送系统的权限管理系统（Shiro），实现控制用户访问权限。

3.2远程监控系统平台功能

以煤流输送系统的运营、生产以及维护为依据，构建智能运维服务中心，对煤流输送系统的运行进行监测、预防、诊断等一系列的服务，并将智能系统应用于煤流输送系统的运维过程中。远程监控系统的平台功能都包含管理系统、远程数据监测系统、智能控制系统、诊断系统、信息推送系统以及视频监控系统等，在此不做一一介绍。

（1）远程数据监控子系统：主要针对于带式输送机在运行过程中的状态进行实施检测，例如其位置信息、电流电压、运行速度、跑偏程度等进行远程数据分析，并通过图表以及文字的形式呈现在系统中。

（2）远程智能控制子系统：主要针对于带式输送机在采集、输送过程中的智能化控制，例如跑偏的智能化控制、堆煤、震动的自适应调节等。根据实际带式输送机的作业、生产工艺的基本需求，对模型与算法进行优化，有效实现带式输送机的远程智能作业控制。

（3）视频监控系统：此系统将采集带式输送机运行时的视频信号，并将其输送到大数据监控平台，实现视频的储存与展示，并且可以离线播放视频。通过视频图像中的信息可以对现阶段的带式输送机的作业情况进行分析，从而及时发现安全生产以及设备故障问题。

4. 结论

（1）煤量检测技术可以有效分析并处理视频图像，检测出煤料的面积、体积，计算出带式输送机上的瞬时煤量，也是智能调速系统的数据来源。

（2）智能控制系统能够控制运行工艺并改进，通过自适应调速与启动，提高煤流输送系统的智能化水平与运行效率，有效节省能源消耗与设备的磨损。

（3）大数据远程监控平台能够对系统中的信息数据进行采集、分析、存储以及展示，及时发展系统运行中产生的故障等问题，有效实现无人作业、远程监控等智能化煤矿生产。

参考文献

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