煤矿掘进工作面安全监测与预警技术研究

2022-01-23任超

西部探矿工程 2021年12期

任超

（陕西陕煤黄陵矿业有限责任公司一号煤矿，陕西黄陵 727307）

由于我国煤炭资源埋藏的深度相对较深，因此在进行开采的过程中，往往需要借助井下作业的形式。经过工程实践发现井下采掘是一个非常复杂的工程，包括如下几种工序：第一，采煤；第二，掘进；第三，通风；第四，排水等等。当前在开采煤炭时，必须需要进行掘进，这样可以形成巷道与硐室，这样可以为后续工作提供相应的空间。

可是在掘进工作面位置设置有众多的机械设备，以及掘进面地质条件的不确定性，从而导致掘进工作面出现大量的事故问题。因此可以借助智能化技术对掘进工作面进行监测以及预警工作，从而可以有效地优化工作面的安全问题[1]。

1 掘进工作面安全问题分析

1.1 掘进工艺流程

经过调研发现连续采煤机掘进效率最高，其可以实现自动的割煤与装煤工艺。与此同时当梭车运动到破碎机后，当破碎机把煤破碎后，最终可以借助带式输送机把煤运输到工作面。接着，锚杆机下落后，通常可以在掘进工作面位置设置锚杆打孔以及安装工作，铲车可以清理工作面的浮煤。由此可以看出，要想实现掘进工作面快速掘进工作，必须需要掘进、支护以及运输等作业流程[2]。

1.2 掘进工作面安全问题

经过对掘进工作面安全问题进行探究发现存在如下几个方面的问题：第一，超循环作业，巷道掘进时，往往引起围岩应力出现充分布置，从而形成相应的应力区域。在这样的情况下实施掘进，将会出现更多的未支护区域，从而导致应力出现升高的现象。由此可以看出，要想能够有效地保证应力围岩的平衡性，那么必须设定掘进循环进尺距离。可是当在具体的工程中，由于作业人员为了能够缩短工期，而出现增加掘进距离的现象，这样将会带来极大的安全隐患。第二，空顶作业，一般空顶作业主要是由于工作人员在位实施支护时，所开展的作业。空顶作业往往会引发严重的安全事故。由此可以看出，必须构建空顶作业自动检测系统。第三，皮带机堆煤，在运送煤时，假如出现皮带机与运输能力不匹配的现象时，那么将直接引发皮带机堆煤现象。假如皮带机堆煤过长，那么将直接影响掘进工作面位置的通风。与此同时，堆煤将会导致皮带负荷量增加，严重的话可以导致出现火灾等现象[3]。

2 安全监测与预警系统设计

2.1 系统结构

在分析掘进工作面的安全问题时，通常涉及如下四个方面的内容：第一，超循环工作作业；第二，空顶作业；第三，皮带机出现了堆煤现象；第四，人员存在违规作业。为了能够有效地配合安全生产工艺流程以及检测技术，那么选用单目测距法，从而可以实现对超循环作业进行有效的监测，同时可以对掘进机的掘进机距离进行监测。

在对空顶作业以及违规操作的人员进行监测时，可以选用帧间差分法监测，其能够准确地检测到人员位置。对于皮带机堆煤可以选用背景减除法，其以背景图为基础，这样可以使用差分图形的方式对图进行处理。图1表示智能化技术的煤矿掘进工作面安全监测与预警系统。其中该系统包括以下几个功能：第一，图像采集；第二，数据传输；第三，数据储存；第四，数据处理；第五，现场报警等。首先由矿用本安型无线摄像仪采集图像信息，接着将采集到的图像借助以太网将其传输给地面处理中心，在系统中图像进行处理后，与此同时把相应的处理结果传输给管理者[4]。

2.2 子系统集成设计

（1）超循环、空顶作业监测与预警系统。通常以采煤机的掘进距离为判断是否出现超循环作业问题，同时对空顶作业进行检测时，主要对支护区域自己人员进行监测，进而能够有效地判断工作人员的位置。图2表示相应的超循环、空顶作业监测以及相应的预警系统。

当该系统追踪到相应的人员信息时，通过无线网络可以把该信息借助无线信号收发器和综合分站，将其传输给地面控制中心，经过系统处理，可以在终端表现该结果，从而可以实现超循环作业以及空顶作业预警[5]。

（2）皮带机堆煤监测与预警系统。该单元主要包括如下几个部分：第一，摄像仪；第二，报警器；第三，服务器等，这样能够实现对皮带运输的实时监测与预警，图2结构所示。将摄像仪设置在极易堆煤的位置，这样可以实时监测皮带机的图像，假如发现皮带机出现连续变化时，这时计算机将对采集到的图像进行分析，对堆煤现象进行判断。假如出现了对煤现象，那么系统将会报警。

（3）人员违规作业监测与预警系统。该单元能够识别危险位置的人员，并将信息传输给地面处理中心，这时通过分析信息，做出判断。假如发现出现了违规作业的人员，该系统可以及时发出报警，同时进行报警记录。

3 安全监测与预警系统应用

3.1 工程应用

将该系统设置在某矿上，在空顶位置设置连个无线摄像机以及一个广播设备，当在破碎机位置出现人员时，那么该系统将在拍摄的信号传输给地面分析中心，经过处理进行报警。

3.2 应用效果分析

为了更好地对系统的实际工程情况进行验证，往往选报警信息进行相应的验证，图3表示处于空顶作业报警与工作人员违规操作预警。通过分析图3可以看出，在应用一段时间后发现，该系统空顶与人员违规操作报警次数相对较多，单日分别可以达到23与95次。可是由于继续应用该系统发现，预警次数开始下降，特别是人员违规操作下降明显。通过分析发现，主要是由于应用了考核机制以及预警系统提高了人员的安全意识[6]。