煤矿井下孔内事故可视处理技术研究

李波，周荣福(中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221000)

0 引言

在2018年，我国已实现了在煤矿井下孔超过2 300.0m，相关此方面技术的研究与设计已达到了一种世界级水平。在煤矿井下孔深度不断增加的过程中，工程实施可能遇到的不可测因素也越来越多，与此同时，煤矿井下孔内发生工程安全事故的概率也将越来越大。其中，下孔钻具掉落在工程中，便属于一种常规性的事故类型[1-2]。发生事故的原因不仅在于定向施工钻孔器具接头过多，同时也在于目前工程实施，对其进行的可视化处理不到位所造成。针对提出的问题，大部分工程队伍，选择盲目打捞的方式对钻具进行获取。但此种行为的实施由于技术支撑不到位，极易发生二次事故问题，为了更好地解决这一问题，提升下孔过程中对相关器具的可视化能力，文章将根据煤矿井下孔行为的实施，设计一种面向下孔事故的可视处理技术，致力于通过此种方式，为井下施工提供一种全新的技术，降低二次事故的发生概率，确保煤矿井下孔工程的顺利实施。

1 获取及处理煤矿井下孔内事故信息

为了确保文章设计的可视处理技术在应用中具备一定有效性，可选择某煤矿井下孔工程作为研究对象，对其孔内工程信息进行描述[3]，具体如表1所示。

表1 煤矿井下孔内工程信息描述

在掌握煤矿井下孔内工程相关信息的基础上，使用计算机控制下孔深度与开关，并在下孔的前端安装传感装置，使其接口与RS223单片机进行连接。当下孔深度位于B3#孔时，可打开传感器接口开关，以此种方式获取煤矿井下孔内连续图像[4]。直到观察计算机显示无明显异常后，完成对事故信息的初步采集。

当完成对事故信息的采集后，使用终端计算机装置，控制透性光源的开启，将获取的光源信息使用光学处理镜头进行放大处理，使其成像在CMOS传感器上，并将信息以一种串行通信的方式，传递在计算机终端，将其以24位图像格式的方式进行存储[5]。考虑到获取的处理图像，可能会受到获取信息过程中图像弧度值的影响，因此需要在完成对事故信息的获取后，同步对其进行磨粒提取，使获取的信息呈现一种二值化图像。

例如在获取每一组连续图像中，可认为其中每一个连续的像素点均是由B、G、R三类连续的分量构成，而对其进行灰度处理，便是将连续的分量进行重组，得到一组新的图像灰度值。本章采用分析图谱横向纹路的方式，对其进行处理[6]。处理过程中，可将成像中的噪声与异常连续区域进行放大处理，综合分量的最大值，使其整体呈现一种亮化的趋势。此过程中弱化了一些细微的半透明聚合物，将其表现为一种相对平滑的现象。

在执行上述处理事故信息的过程中，需要保留原始模板信息，并对其边缘进行对应的锐化处理。在确保事故信息原有层次被保留的前提下，清晰化处理图像边缘，使其纹理具备一定的规律，以此种方式完成对煤矿井下孔内事故信息的获取与处理。

2 选择事故可视处理组合钻具

在上文完成对煤矿井下孔内事故信息的获取及处理后，需要选择事故可视处理组合钻具，对孔内获取信息进行持续成像。本章选择的组合钻具是基于Android运行网络开发的，可满足在高度恶劣条件下对多元化煤矿井下悬空关键信息的抓取。可视处理组合钻具结构如图1所示。

图1 事故可视处理组合钻具结构

综合上述图1中内容，对钻具结构构件参数与功能进行定义，如表2所示。

表2 事故可视处理组合钻具构件参数与功能

在完成对事故可视处理组合钻具相关功能与结构参数的布设后，应及时在煤矿井下孔过程中，对装置外部进行降温处理，并同步清理煤矿井下孔内的煤渣，避免或降低由于孔内温度过高出现的自然二次事故现象发生概率。

3 规划可视处理事故信息流程

在完成上述工作后，本章将对可视处理事故流程进行规划，此过程中相关工作的实施前，应先定位煤矿井下孔钻具的钻速与转速之间的关系，及其对煤矿井下孔的影响，如图2所示。

图2 煤矿井下孔钻具钻速与转速关系

图2中：(1)表示为煤矿井下孔过程中软煤层；(2)表示为煤矿井下孔中研磨性较低的煤层；(3)表示为煤矿井下孔过程中研磨性较高(/硬度较高)的煤层。综合上述图2中信息，可看出在n0点时，硬煤层转速处于峰值，也因此证明在进行硬煤层下深过程中，可选择n0点转速进行下深，此时获取可呈现的结果相对较优。

考虑到煤矿井下孔内事故的发生存在不可预测性，为了确保对其可视处理的规范性，制定了如下所述的工作流程。

第一步，使用事故可视处理组合钻具，在事故前3.0 m位置处，进行附近沉渣的处理，在确保下深通风的基础上，将钻具缓缓送入事故发生位置处。对其进行缓慢回转，结合不同的煤层特性，对其施加持续压力，持续重复上述操作(下深与适当退钻处理)，以此种方式确保事故处理的可视化。

第二步，为了确保公锥被完全推断，需在上述行为基础上，进行冲孔处理。此过程中，每退出三次，执行一次冲孔处理，每冲孔一次，执行一次渣料清理处理行为。在保障下孔行为顺畅的前提下，缓慢下深钻具探头，观察孔内情况，直到探头接近事故发生前端1.0 m位置处，观察事故情况，并将获取信息在终端成像。

第三步，在完成上述相关操作的基础上，为了获取更加清晰的可视化图像，需要持续进行获取可视处理成像的描述。此过程中，磨粒面积覆盖指数(I)作为参照，统计成像中指数I的具体值。I的计算公式如式(1)所示。

式中：Ci为对可视成像的目标像素；w为事故发生沉积区域的长度；h为事故发生沉积区域的宽度。

输出计算结果I。当I的统计值越趋近于0时，代表对煤矿井下孔内事故可视处理的效果越好。假定在此过程中，I的统计值较高，需要返回上述步骤二与步骤三，直到I值满足可视处理需求。以此，实现对煤矿井下孔内事故的可视处理技术研究。

4 结语

文章根据煤矿井下孔行为的实施，设计一种面向下孔事故的可视处理技术，经过实践应用，本文设计的技术，在与常规技术进行对比的过程中，可实现的可视处理效果更优。