掘进机视频截割控制系统的应用研究

2021-09-08原长春

机械管理开发 2021年7期

原长春

（晋能控股煤业集团成庄矿，山西晋城 048021）

引言

掘进机是一种依靠摇臂带动截割机构进行巷道掘进的设备，其工作的稳定性和可靠性直接决定了井下巷道掘进的质量和巷道掘进经济性。目前多数掘进机采用人工控制截割的方式，但由于进行粉尘浓度大、能见度差，导致巷道截割成型一次合格率仅67.4%，需要进行二次截割处理，不仅极大地影响了巷道掘进效率和经济性，而且高粉尘浓度下的作业也威胁着作业人员的身体健康，因此现有截割控制模式已经无法满足巷道掘进安全性和经济性的需求。结合井下高清摄录设备的发展及高速通信技术的进步，提出了一种新的掘进机视频截割控制系统，对该系统的结构组成、工作原理等进行了分析。

1 视频截割控制系统整体结构

由于井下粉尘浓度大、视线条件差，因此对掘进机截割状态的判断主要是依靠各类传感器设备，但传感器数据显示存在着显示不直观的情况，不利于人工远程截割控制，因此结合高清视频监测设备和工业高速数据传输系统的发展，提出了一种新的井下掘进机视频截割控制系统，其整体结构如图1 所示[1]。

由图1 可知，该视频控制系统主要包括高清视频监控系统、数据传输系统、信息保护系统及远程控制系统。在工作过程中系统通过高清视频监测模块来对掘进机的截割姿态、截割高度等进行监控，将监测结果通过数据传输系统传输到远程监控中心，将视频画面显示在监测屏幕上，以便控制人员可以根据井下的实际地质情况，灵活地控制掘进机的截割作业姿态，满足截割安全性和截割效率的需求。

图1 井下掘进机视频截割控制系统整体结构

在该监测系统中，视频监控系统为核心，主要包括了高清防爆摄像仪、无线电发射基站、本质安全箱、显示设备、远程遥控控制系统等[2]。在工作过程中，系统的视频监测信号主要通过无线电系统和数据传输系统拉进行传输。整个系统结构简单、模块化程度高、数据通信抗干扰能力强、稳定性高，能够实现对掘进机作业过程的全面监测和控制。

2 视频截割控制系统视频监测模块

视频监测系统是该截割控制系统的核心，直接决定了视频监测控制的精确性和可靠性。为了确保对掘进机截割作业过程监测的精确性，在掘进机上布置了4 组高清防爆视频监测系统，从而实现对掘进机截割作业过程中各个状态的全面监测。为了确保监测系统中视频信号传输的精确性和安全性，高清摄像设备完成视频信息采集后将其转换为以太网的电信号进行传输，避免了视频信号过大导致的数据传输滞后。

在该视频监测模块中，设置了红外视频监测模块，能够实现在低光线环境下的视频监测需求[3]，在该系统内还具有语音对讲功能，能够满足特殊情况下的辅助截割控制，实现“无人化”截割作业，减少作业面恶劣环境对作业人员身体的影响，提升井下截割作业的安全性和可靠性。

3 视频截割控制系统数据传输模块

为了保证掘进机掘进过程中数据传输的精确性，同时不影响掘进机正常的掘进作业，对于远距离数据的传输，采用了无线传输系统，经过多次验证，选择了矿用隔爆高频无线基站，各个基站之间采用无线网桥进行连接，在基站的内部设置了WiFi 数据传输模块，从而实现数据信息的快速传输。

由于煤矿井下地质条件相对复杂、干扰信号强烈，因此为了确保数据传输的精确性，采用了双发射模块设计结构，同时还设置有扩展接口，便于根据井下实际情况增加信号发射功率，提升抗干扰性。无线基站在设置时，首先在掘进机机身上设置一个监测系统的客户端，接收到视频监测系统的监测信号后将其进行数据信息转换，满足无线传输系统的发射需求。将其他基站设置在掘进机的后方，根据地质情况每隔100～200 m 设置一个，确保无线数据信息传递的精确性和安全性，各个基站间无线传输结构如图2 所示[4]。

图2 无线基站数据传输结构示意图

为了对该视频截割控制系统的应用效果进行分析，本文以悬臂式掘进机为研究对象，对其控制系统进行改造，对不同控制方式下的截割效果进行对比分析，根据实际验证表明，采用新的视频截割控制系统后，能够将井下巷道截割一次成型率提升82.6%，将井下巷道掘进人员减少2 人，有效地提升了煤矿井下巷道的掘进效率和安全性，同时为后续的“无人化”掘进作业奠定了基础。