矿井皮带运输系统视频监控设计研究

史一占

（汾西矿业新产业发展有限责任公司，山西 介休 032000）

引言

矿井原煤运输多采用皮带输送机搭接实现，具有运输距离长、能耗高以及运输环节多等特点，同时也面临管理难度高、辅助运输人员数量多等问题[1-2]。一般情况下，皮带输送机运输量依据矿井最大生产能力确定，并选择与运输能力相匹配的驱动电机、减速器等。皮带输送机皮带铺设距离长、沿线托辊多，导致设备在启动初期有较大启动功率，皮带输送机正常运行后负载功率一般小于启动功率，从而使得驱动电机一般处于轻载状态，导致输出效率不高[3-7]。为提高矿井皮带输送机运输系统工作效率，提高安全生产保障能力，并降低运行能耗，本文提出一种皮带运输视频监控系统，该系统可实现视频图像识别，不仅可满足皮带输送系统实时监控需求，而且可减少相关辅助人员数量，提高监控效果。

1 视频监控系统架构

具体构建的视频监控系统架构如图1 所示，系统可实现实时煤流监测，结合传感器获取到的皮带输送机电流、功率参数对输送机运行速度进行调节，以便实现皮带输送机负载与运行速度均衡，最大程度降低皮带输送机运行能耗；对堆煤、异物等进行实时检测；对重要工作场所内人员行为进行监测，并具备闯入识别、报警等功能；参数运输系统设备联动控制，提高了矿井皮带运输系统运行效率。

图1 视频监控系统结构

1）构建视频监控管理系统。对矿井原有的工业视频监控系统进行改造，增加布置隔爆相机、交换机、隔爆光终端、管理服务器、智能分析服务器以及相关的安防软件等。在矿井皮带运输系统重要的节点，如转载点、变坡点、张紧部、防纵撕裂保护部等各位置均布置隔爆相机，实现视频监控，并对采集到的视频图像进行分析，当发现有长矸物体、大块煤矸、堆煤或者异物等情况时会自动触发报警。地面监控中心可依据视频监控系统对运输的煤流量、设备运行情况等进行智能分析。

2）在皮带运输系统沿线布置音频识别系统，当出现异常时可自动识别并报警、停机。

3）在皮带输送机沿线增加设备运行监控系统，对带式输送机驱动电机、减速器、滚筒等运行情况进行实时监测，主要监测内容包括有电机温度、电流、减速器及滚筒温度等，发现问题时会自动报警。

2 视频监控系统关键技术

2.1 关键技术

1）皮带运行调速。实现皮带输送机顺煤流启动，并依靠原有的PLC 控制系统实现设备连锁，从而避免在启动过程中出现堆煤事故；在地面监控中心实现对沿线皮带输送机运行监控，发现故障后可及时确认并停止相关皮带输送机运行。在实现对皮带输送机启动、停机等控制后，通过沿线布置的视频监控系统实现对煤流量进行监测，并依靠PLC、变频器等设备调整皮带输送机运行速度，实现带速与煤流量间的动态平衡。

2）大块原煤检测。大块原煤与运输的常规煤块间存在明显的视觉差异，综合使用机器视觉、视频分析技术提出视频图像信息，从而实现大块原煤识别。

3）堆煤及跑偏识别。堆煤及跑偏是皮带输送机运行过程中常见故障类似，堆煤情况出现后有较为明显的视觉差异，在皮带输送机沿线搭接点位置、煤仓等处均布置隔爆相机，实时监测煤流量变化并综合使用机器视觉、视频分析技术提出堆煤关键视觉特征。跑偏识别是通过使用图像分割技术或者直线检测技术等对皮带在检测区域内是否出现跑偏进行分析。

4）违规入侵检测。通过视频图像圈定皮带输送机区域，通过目标检测识别附近作业人员，并智能计算相关人员是否与皮带输送机区域存在交汇，从而判定相关人员是否存在违规穿越皮带输送机或者靠着皮带输送机休息等问题。

2.2 系统软件

具体皮带运输视频监控系统监控软件架构如图2 所示。

图2 视频监控系统监控软件架构

3 现场应用效果分析

将视频监控系统应用到山西某矿30702 综采工作面原煤运输系统监控中，具体视频监控系统获取到的转载点图像以及机头图像信息如图3 所示。现场使用的防爆相机型号为KBA12、供电电源型号为KDW127/12B、光端机型号为KTG12（A），具体设备参数见表1～表3。

表1 摄像机参数

表2 电源参数

表3 光端机参数

图3 视频监控系统画面

视频监控系统获取到的井下皮带输送机运行画面清晰，视频监控系统运行平稳；皮带输送机运行速度可依据煤流量进行动态调节，速度调节不频繁，不会给驱动系统以及皮带等带来不利影响。

视频监控系统应用后，地面监控中心可实时掌握井下皮带输送机运行情况，发现运行隐患或者故障时自动发出报警信号，提醒相关人员注意。通过视频监控系统应用，矿井皮带运输系统可视化以及智能化程度得以提升。

4 结语

在皮带输送机沿线布置视频监控系统，并通过智能分析监控系统采集到的图像信息、设备运行声音信息、设备运行参数信息等，实现对皮带输送机堆煤、跑偏、异物等的监测，并可依据输送煤流量调节皮带输送机运行速度，降低设备运行能耗。通过视频监控系统应用可实现对皮带输送机沿线重点位置实时监控，提高皮带输送机运行安全保障能力；视频监控系统与皮带输送机集中控制系统相结合，实现对皮带输送机运行的智能控制，并可减少相关辅助运输人员数量，以便提高皮带输送机运输系统工作效率及运行可靠性。