[发明专利]一种煤矿井下工作面粉尘浓度的监测及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿监测及测量粉尘浓度的方法。特别是特大型矿井综采、综掘工作面、巷道粉尘分布监测及运动规律监测的方法。                                   

背景技术

伴随着高效综采装备不断升级，开采技术和工艺不断完善。特大型矿井作业点随着机械化程度的提高，工作面粉尘的生成量也大大增大。煤尘的时域及空域分布规律相当复杂。虽然己有多种降除尘技术和措施，对粉尘的防治起到一定作用，但由于对特大型矿井综采、综掘工作面、巷道风流分布和粉尘分布情况认识模糊缺乏定量分析，各种除尘技术和设备都未能达到预期的降尘效果，不能适应日益复杂的工作点防尘需要，成为高效安全生产的瓶颈。研究采煤工作面的粉尘分布规律，对于采取相应的防尘措施具有重要的指导意义。掌握采煤工作面粉尘的分布、运动规律，就能够针对不同的环境采用合适的除尘方法，降低工作面的粉尘浓度，完善综合防尘措施。

从上述国内的发展情况来看，我国目前现有的各类粉尘监测仪器和手段中，各煤矿日前普遍使用的都是粉尘采样器，并被列入我国粉尘排放测试方法国家标准，其余各种方法的仪器目前在这方面还停留在比较落后的水平上。粉尘采样器的优点是测量精度较高，理论上能达到±10%，但其缺点也较多，如影响测量精度的因素较多、占用房间和设备较多、采样时间较长、操作程序繁杂、仪器维修量大、花费成本较高等等。国内各煤矿井下粉尘检测点很多，一般都在100个左右，而按照有关规定，每个测尘点每月要测尘两次，测尘采样、称重、计算等一系列工作相当繁琐。粉尘采样器测尘方法，远远满足不了测尘工作的需要。难以满足日益增长的环境保护和安全生产在线监测的要求。

发明内容

为了克服上述不足，本发明利用煤矿井下现有的井下视频监视系统、粉尘分散度测量系统，提出基于暗原色先验原理对特大型矿井粉尘分布及运动规律监测方法。依据暗原色先验原理，对现有视频监视系统的图像进行处理得到透射率，基于构建的粉尘环境下的图像退化模型，计算粉尘质量浓度，其动态数据结合初始数据形成原位测量，获得粉尘的分布及运动规律。

暗原色先验理论是由何恺明（He Kaiming）等人于2009年基于对大量室外无雾图像的统计分析而得到的一种物理规律，即在无雾图像的绝大部分局部图像块内存在这样的一些像素，它们至少在一个颜色通道内的灰度值非常小，被称为暗原色。暗元色源于阴影、彩色物体和黑暗的物体表面。

本发明基于上述暗原色先验原理对视频监视系统实时采集获取的工作面粉尘环境下的退化图进行处理，在井下粉尘环境中，粉尘能以固体微粒形式在空气中悬浮一段时间，是一种气溶胶（即粉尘的表面附着水分子）。对入射光线产生散射与吸收作用，那些平时暗的像素会变亮，从而弱化了图像的色彩及对比度，引起图像退化，通过这些暗像素的变化情况即可直接得到粉尘环境下的光传输量，构建的粉尘环境下的图像退化依据一级多次散射近似法和辐射传输理论建立的透射率、消光系数、辐射长度、粉尘相函数构成的计算方程，获得到图像中各个像素点处对应的透射率，得不同区域的粉尘浓度。最终实现煤矿井下工作面粉尘浓度的监测及测量。

本发明实现发明目的采用的技术方案是，实现该方法包括：煤矿井下视频监视系统、测量工作面与视频监视系统中摄像头距离测量系统和粉尘分散度测量系统，该方法由以下步骤实现：

⑴、对视频监视系统实时采集获取的工作面粉尘环境下的退化图像划分为一组面积相同的方块区域，设置每个方块区域具有相同的深度，透射率在每个方块区域内为一常量，每个方块区域的相函数取近似常量，对每个方块区域的像素块ＲＧＢ三通道同时取最小化操作，得具有块效应的粗略传输图；

⑵、对步骤⑴获取的粗糙传输图进行精细化处理。所述的精细化处理是采用对由粗糙传输图，拉普拉斯修补矩阵，单位矩阵，归一化参数构成的方程进行能量最小化处理，实现对粗糙传输图进行细化，其中拉普拉斯修补矩阵由克罗内克函数及待修复传输图窗口的均值、协方差矩阵构成，经过修补之后的粗糙传输图，可精确反应粉尘环境中空气光的传输过程，得到图像中各个像素点处对应的透射率；