工作面直線度控制技術(shù)研究

1、    工作面直線度控制技術(shù)研究    王際欣 方海 蘇岳自動化綜采工作面采用電液控支架的步距不可避免地存在累積誤差，進而造成工作面出現(xiàn)彎曲。要實現(xiàn)自動化、無人化開采地連續(xù)開采，研制自動化工作面直線度矯直系統(tǒng)是非常必要的。綜采工作面與巷道都是狹長形的測量對象，同時分布著大量的設(shè)備如液壓支架，并且由于煤層的起伏和地質(zhì)環(huán)境的變化，采煤機截割時工作面煤塵對測量的影響，因此不能采用地面常規(guī)的激光定位技術(shù)。利用高清云臺測量同時使用超聲波測距檢測相鄰液壓支架或者相鄰刮板運輸機間的相對位置，在工作面連續(xù)自動化推進過程中，不斷縮小相對位置，使得工作面在推進中不斷的趨于直

2、線，以達到實現(xiàn)工作面直線度控制的目標(biāo)。有關(guān)工作面直線度控制技術(shù)研究情況簡述如下：一、技術(shù)研究地點基本概況巴彥高勒礦井是內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司下屬特大型煤礦，為瓦斯礦井，煤層甲烷含量在0.000.13ml/g之間，沖擊地壓嚴(yán)重。自從2012年投產(chǎn)以來，開采的綜采工作面有311101、311102和311103，三個工作面都位于巴彥高勒煤礦11盤區(qū)，均為實炭區(qū)，屬于厚煤層開采，煤厚在5.05.8米之間，煤層傾角在03°之間，工作面長度260米，推采長度為2550米。二、技術(shù)研究主要內(nèi)容基于視覺測量的直線度控制技術(shù)是國內(nèi)外首次試驗的綜采工作面直線度控制技術(shù)。主要開發(fā)的裝置和系統(tǒng)包括

3、：綜采工作面視覺找直系統(tǒng)、高清云臺攝像儀以及找直傳感器。1. 主要研究內(nèi)容針對煤礦井下光照不足、煤塵多、設(shè)備復(fù)雜等問題，研究了基于視覺測量技術(shù)的復(fù)雜工作面圖像采集及測量理論，利用高清云臺攝像儀實時對工作面刮板輸送機槽幫的直線偏移度進行測量，打破了常規(guī)的單純檢測工作面直線的傳統(tǒng)思想在工作面連續(xù)自動化推進過程中，不斷縮小相對位置，使得工作面在推進中不斷的趨于直線，以達到實現(xiàn)工作面直線度控制的目標(biāo)。2、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點針對工作面的復(fù)雜條件，研究了通過視覺測量計算工作面直線度的技術(shù)，取得了以下成果：（1）在綜采工作面煤塵大、光線暗等特殊環(huán)境下，采用圖像處理解決工作面找直問題，通過合理的照明裝置，解決了

4、工作面直線度的標(biāo)定問題。分別應(yīng)用云臺攝像儀、超聲波行程測距儀燈進行了研究改進，提升了工作面圖像采集裝置獲取的圖像效果，降低了支架和刮板機位置識別分析的難度。（2）通過大量實驗和對綜采工作面煤塵反光及液壓支架、采煤機等運動機械的運動影響分析，設(shè)計出發(fā)光強度可連續(xù)調(diào)節(jié)的均勻散射led光源，這種光源可有效減少煤塵等外界因素干擾，根據(jù)不同環(huán)境突出被測目標(biāo)與背景之間的差異，改善了測量圖像的質(zhì)量，進而簡化了圖像識別和處理的算法。（3）提出基于電動變焦和云臺控制的協(xié)同控制方法。根據(jù)綜采工作面長度的不同采用云臺控制和電動變焦協(xié)同控制，從而獲得最佳圖像。（4）對單臺相機的測量范圍內(nèi)的支架進行偏離度測量后，利用最

5、小二乘法將重合的支架進行擬合計算，建立了工作面刮板機統(tǒng)一的偏移坐標(biāo)系。整套系統(tǒng)于2016年9月在淄博礦業(yè)集團有限責(zé)任公司巴彥高勒煤礦完成井下工業(yè)性試驗，試驗結(jié)果刮板機槽幫中心點距偏差范圍不超過±100mm，滿足精度要求。試驗結(jié)果表明采用視覺測量的方式進行工作面實現(xiàn)度控制技術(shù)上可行，并且工作面只需增加高清云臺攝像儀及找直傳感器，需要增加投入的費用不高，經(jīng)濟上也可行。三、經(jīng)濟效益1、直接經(jīng)濟效益（1）減少工作面人工成本經(jīng)過井下1年現(xiàn)場調(diào)試和運行，綜采工作面視頻找直系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了工作面推進過程中的刮板機溜槽直線度的實時測量。通過該項目的實施，綜采工作面實現(xiàn)了自動化精確找直，采場無需進

6、行人工拉繩找直，工人只需在監(jiān)控中主機操作即可完成工作面找直，將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監(jiān)控中心，在進一步提高生產(chǎn)作業(yè)安全性的同時，也大大節(jié)約了人工的投入，每個生產(chǎn)小班將節(jié)省2人，每個原班將節(jié)省人工2人，每年可節(jié)約人工總費用60萬元。（2）工作面單產(chǎn)效率提高巴彥高勒煤礦311103綜采工作面自安裝調(diào)試運轉(zhuǎn)成功以來，單班（8小時）生產(chǎn)能力最大達6刀，月生產(chǎn)能力到70萬噸，由于311101工作面地質(zhì)條件差、煤層局部具有高應(yīng)力顯現(xiàn)，經(jīng)常造成生產(chǎn)過程中調(diào)整時間加長，影響出煤效率。在使用視頻找直后，配合綜采智能控制技術(shù)與裝備使用，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，單班生產(chǎn)能力達到8刀以上，月生產(chǎn)能力

7、突破90萬噸。2、間接經(jīng)濟效益該項目成果的應(yīng)用，可有效解決綜采工作面推進過程中工作面的直線度測量工作，有效的減少工作面測量和調(diào)整的工時，增加每個工作日的工作時間，可使得綜采工作面的單產(chǎn)提高3個百分點，同時可減小綜采工作面工人的作業(yè)強度，降低作業(yè)的危險系數(shù)，經(jīng)濟安全效益顯著。以山東能源淄礦集團為例，隨著直線度視覺測量技術(shù)與裝備的應(yīng)用，生產(chǎn)能力提高3%。按單面年產(chǎn)1000萬噸計算，綜采工作面直線度直覺測量技術(shù)在山東能源集團推廣應(yīng)用后可創(chuàng)造產(chǎn)值近億元。3、社會效益分析通過該項目的實施，取得了以下社會效益：（1）將工人從工作面操作工變成監(jiān)控中心操作工，由設(shè)備的自動化替代人工勞動，大大降低了工人的勞動強度；（2）將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監(jiān)控中心（或地面調(diào)度指揮中心），在監(jiān)控中心對設(shè)備進行遠程操控，提高了工人的安全系數(shù)。綜采工作面連續(xù)推進實時檢測控制技術(shù)包括自動化操作連續(xù)推進運動過程中設(shè)備的直線度實時檢測、控制技術(shù)研究及裝置研制，實現(xiàn)綜采裝備的直線度控制，在工作面連續(xù)推進的過程中，保證工作面的傾斜長度方向