[发明专利]基于图像跟踪监测设备的采煤机异常工作及灾害报警系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像跟踪监测设备的采煤机异常工作及灾害报警系统，该系统涉及图像跟踪和通信等领域。

背景技术

煤炭是我国重要的基础能源和原料，以煤为主的能源结构在相当长时间内不会改变，随着国民经济的发展，煤炭的需求量越来越大，伴随的煤矿安全事故也在不断增多。煤炭资源安全高效开发利用技术成为了国内外学者研究的热点领域。最有效的解决方案之一是实现煤矿生产装备机械化及自动化，从而实现井下无人或少人开采。

随着煤矿安全重要性的提高和煤炭开采技术的发展，井下采煤工作面实现少人或者无人开采是必然趋势，实现井下少人或者无人开采的必要条件是井下采煤装备机械化、自动化和对其的实时监控。采煤机是综采工作面最重要的设备之一，其正常运行是整个综采工作面完成采掘作业的基础，故对采煤机工作状态的监测是煤矿井下综采工作面的一项重要任务。

目前采煤机监控功能多由传感器实现完成。现有传感器模式绝大部分采用有线连接，在实际应用中由于空间有限、工况恶劣，在工程布置及维护中会投入较多精力，且往往会因为机械运动产生连接线路的损坏，影响传感器的精度。在机器开始工作中，会产生大量的电磁干扰，影响通信信号的传播。同时，在实际采煤情况下，伴随着大量的煤块坠落，安装在采煤机上的传感器不可避免的会受到碰撞，虽然有相应的防护措施，但长时间的碰撞仍然会影响传感器的精度。为避免碰撞、机械振动带来的影响，需要新的采煤工作面井下采煤机异常工作监测报警系统，可第一时间准确地对采煤机异常工作进行报警，为井下采煤机安全作业提供一份保障。因此本发明提出一种基于图像跟踪监测设备的采煤机异常工作及灾害报警系统，根据采煤机的不同异常工作状态，该系统可发出不同报警信号，包括：摇臂自动升降报警信号；摇臂锁不住，有下沉现象报警信号；采煤机牵引力不足报警信号；摇臂调高速度下降报警信号；摇臂不能调高报警信号；采煤机牵引力下降报警信号。根据采煤机跟踪丢失后监测画面灰度值处理结果，该系统可发出不同报警信号，包括：突发水灾报警信号；瓦斯泄露报警信号。

发明内容

本发明提出一种基于图像跟踪监测设备的采煤机异常工作及灾害报警系统，所述系统主要包括：摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、图像跟踪监测设备、矿用以太网、存储服务器、监控终端；其中摄像机、视频分路器、视频服务器、采煤机控制器、图像跟踪监测设备在井下安装，存储服务器和监控终端安装于井上；摄像机安装于煤矿井下的采煤工作面的液压支架上，摄像机采集采煤工作面现场视频模拟图像；图像跟踪监测设备组成包括：核心处理器、存储模块、视频采集模块、隔爆壳、电源管理模块、串口通信模块、网络通信模块；图像跟踪监测设备将多部摄像机采集的图像拼接为一幅图像，并跟踪监测采煤机左端滚筒与左摇杆连接处位置I_A，跟踪监测采煤机左摇杆与主机架连接处位置I_C，跟踪监测采煤机右端滚筒与右摇杆连接处位置I_B，跟踪监测采煤机右摇杆与主机架连接处位置I_D，建立数学模型，计算参数左摇杆抬起高度α_A、右摇杆抬起高度α_B、左摇杆升降角速度ω_A、右摇杆升降角速度ω_B、采煤机主机架移动速度V，从而得出采煤机工作状态；该系统根据采煤机工作状态监测结果进行采煤机异常工作状态判断，若判断采煤机工作状态异常，则发出报警信号；该系统根据采煤机跟踪丢失后监测画面灰度值处理结果进行突发灾害判断，若判断有突发灾害，则发出报警信号；报警信号通过矿用以太网传输至井上监控终端；监控终端负责显示报警信息，通过视频服务器获得现场视频，通过访问存储服务器获得历史现场视频。具体方法包括：

1.摄像机等高均匀分布的安装在采煤工作面液压支架上；在摄像机旁安装辅助光源，光投射方向与摄像机视频采集方向一致。

2.图像跟踪监测设备的视频采集模块连接摄像机模拟视频输出口，负责将模拟视频信号数字化，将数字视频数据输出到核心处理器，处理器将采集的图像拼接为一幅图像；图像跟踪监测设备的串口通信模块连接采煤机控制器的通信模块，采集采煤机左右摇杆高度等设置数据；图像跟踪监测设备的网络通信模块连接矿用以太网，通过矿用以太网与井上的监控终端通信。