国家能源集团榆家梁煤矿：采煤工作面可视化远程监控

中国煤炭工业协会

采煤工作面可视化远程监控

国家能源集团榆家梁煤矿

一、场景描述

随着可视化远程干预生产模式广泛推广，在工作面地质条件良好情况下工作面中部实现了“有人巡视，无人操作”连续生产作业。但是由于煤壁视频未覆盖全工作面，导致远程监控过程中对采煤机的监控存在盲区，影响了远程监控，在机头、机尾区域，由于破底、破顶，产生大量粉尘，进一步影响了视频监控效果，导致在机头、机尾区域很大程度上需要人工就地进行操作。因此无法进一步推进工作面无人化采煤工作。

二、解决方案

以实现工作面视频无卡顿现象为目标，确保工作面全景视频监控的全面覆盖。同时，要求跟机视频画面切换延迟低于1秒，满足“可视远程干预型”开采模式的需求。以此为切入点，创新并增强了可视化监控技术与装备，应用增强可视化监控装置与智能识别技术，并结合替人巡检机器人及地面一体化操控平台，为工作面实现无人进入创造了有力的支撑条件。

1.开发液压支架增强可视化监控技术

成功研制多通道摄像仪，共包括四路视频采集功能，水平视角为259°,可以有效覆盖煤壁、支架通道侧，在设备配套时，由原来的每2架、3架安装一个摄像仪，变为现在每隔6架安装一个多通道摄像仪，大幅降低视频系统的复杂度和故障率。并且，基于视频图像开发的液压支架特征量识别定位算法、虚拟编号动态展示。精准识别支架移架、推溜动作，在原有视频监控基础上，为地面远程人员提供更有价值的信息，有效解决人工监视容易出现混淆、误判等问题。

图1支架推溜、移架与编号增强显示

2.开发基于音视融合识别的截割增强显示技术

分析以往传统的井下生产模式，工作面内的工人可以直接观察到割煤过程，并同时听到割煤的声音。然而，在地面采煤模式下，远程的工作人员仅能通过监控视频来观看生产过程，这种方式显得非常不直观，并且存在信息缺失的问题。为了解决这一问题，研究了增加利用音频数据来辅助支撑开采过程的方法。首先研制6声道采场音频采集装置，解决远距离声音拾取、声音信号降噪处理、数据传输、装置防护等多重问题。可在生产过程中高清、实时采集刮板机头、机尾、采煤机滚筒割煤等场景音频数据。其次，融合视频图像目标检测与声纹特征量识别算法，设计一种采煤机滚筒截割增强展示的方法。一方面基于视频图像数据进行采煤机滚筒检测；另一方面，通过声纹特征量实时判断割煤与割岩状态，以不同颜色提醒人员关注及远程控制决策。图2左侧展示了基于视频图像与采煤机传感数据实现滚筒精准定位算法，右侧展示了音视频融合增强显示的实际运行效果，红色标识割岩提醒，绿色为正常滚筒运行。

图2音视频融合滚筒增强显示

3.研制工作面自主巡检机器人

为进一步加强对综采工作面生产过程的环境感知，研制轨道式自主巡检机器人，通过搭载红外、可见光摄像仪、拾音器等模块，代替人的“眼耳皮肤”等器官感知，实现工作面内代人巡查。

图3巡检机器人

4.开发地面控制中心一体化远程操控平台

针对地面采煤模式作业特点，充分考虑人机交互特性，研制了地面控制中心一体化远程操控平台，在地面集中部署无人化采煤控制服务器，以常规数据监控为基础，增加触摸屏帮助地面人员编辑截割模板、动态调控采煤工艺，有效支撑“井上下协同作业”生产模式，为无人化采煤常态化运行提供重要支撑。

图4地面控制中心操作岛设计

三、应用效果

为进一步保障地面主控中心对自动化生产过程的全面监控能力，提出并实践了增强可视化远程监控技术。具体举措包括：部署了更高集成度的多通道视频摄像仪、采煤机机载音视频一体化监控装置以及视频硬解码技术方案；配置了巡检机器人，以实现代替工人对工作面进行自由巡查；应用了图像识别系统，对采煤机滚筒位置、工作面人员、煤流上游滚筒大块煤及机尾刮板输送机等多个关键场景开展智能监控，并实现了异常工况的主动报警功能；同时，应用了声纹识别系统，对采煤机截割滚筒与煤/岩壁冲击过程中的声音特征量进行感知识别，从而实现了采煤机破煤、破岩状态的准确识别。这些增强可视化远程监控技术的应用，有力地支撑了地面主控中心人员的远程监控及生产决策，为工作面智能无人开采的常态化运行提供了坚实的技术保障。

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