掘進機視頻截割控制系統的應用研究

原長春

（晉能控股煤業集團成莊礦，山西 晉城 048021）

引言

掘進機是一種依靠搖臂帶動截割機構進行巷道掘進的設備，其工作的穩定性和可靠性直接決定了井下巷道掘進的質量和巷道掘進經濟性。目前多數掘進機采用人工控制截割的方式，但由于進行粉塵濃度大、能見度差，導致巷道截割成型一次合格率僅67.4%，需要進行二次截割處理，不僅極大地影響了巷道掘進效率和經濟性，而且高粉塵濃度下的作業也威脅著作業人員的身體健康，因此現有截割控制模式已經無法滿足巷道掘進安全性和經濟性的需求。結合井下高清攝錄設備的發展及高速通信技術的進步，提出了一種新的掘進機視頻截割控制系統，對該系統的結構組成、工作原理等進行了分析。

1 視頻截割控制系統整體結構

由于井下粉塵濃度大、視線條件差，因此對掘進機截割狀態的判斷主要是依靠各類傳感器設備，但傳感器數據顯示存在著顯示不直觀的情況，不利于人工遠程截割控制，因此結合高清視頻監測設備和工業高速數據傳輸系統的發展，提出了一種新的井下掘進機視頻截割控制系統，其整體結構如圖1 所示[1]。

由圖1 可知，該視頻控制系統主要包括高清視頻監控系統、數據傳輸系統、信息保護系統及遠程控制系統。在工作過程中系統通過高清視頻監測模塊來對掘進機的截割姿態、截割高度等進行監控，將監測結果通過數據傳輸系統傳輸到遠程監控中心，將視頻畫面顯示在監測屏幕上，以便控制人員可以根據井下的實際地質情況，靈活地控制掘進機的截割作業姿態，滿足截割安全性和截割效率的需求。

圖1 井下掘進機視頻截割控制系統整體結構

在該監測系統中，視頻監控系統為核心，主要包括了高清防爆攝像儀、無線電發射基站、本質安全箱、顯示設備、遠程遙控控制系統等[2]。在工作過程中，系統的視頻監測信號主要通過無線電系統和數據傳輸系統拉進行傳輸。整個系統結構簡單、模塊化程度高、數據通信抗干擾能力強、穩定性高，能夠實現對掘進機作業過程的全面監測和控制。

2 視頻截割控制系統視頻監測模塊

視頻監測系統是該截割控制系統的核心，直接決定了視頻監測控制的精確性和可靠性。為了確保對掘進機截割作業過程監測的精確性，在掘進機上布置了4 組高清防爆視頻監測系統，從而實現對掘進機截割作業過程中各個狀態的全面監測。為了確保監測系統中視頻信號傳輸的精確性和安全性，高清攝像設備完成視頻信息采集后將其轉換為以太網的電信號進行傳輸，避免了視頻信號過大導致的數據傳輸滯后。

在該視頻監測模塊中，設置了紅外視頻監測模塊，能夠實現在低光線環境下的視頻監測需求[3]，在該系統內還具有語音對講功能，能夠滿足特殊情況下的輔助截割控制，實現“無人化”截割作業，減少作業面惡劣環境對作業人員身體的影響，提升井下截割作業的安全性和可靠性。

3 視頻截割控制系統數據傳輸模塊

為了保證掘進機掘進過程中數據傳輸的精確性，同時不影響掘進機正常的掘進作業，對于遠距離數據的傳輸，采用了無線傳輸系統，經過多次驗證，選擇了礦用隔爆高頻無線基站，各個基站之間采用無線網橋進行連接，在基站的內部設置了WiFi 數據傳輸模塊，從而實現數據信息的快速傳輸。

由于煤礦井下地質條件相對復雜、干擾信號強烈，因此為了確保數據傳輸的精確性，采用了雙發射模塊設計結構，同時還設置有擴展接口，便于根據井下實際情況增加信號發射功率，提升抗干擾性。無線基站在設置時，首先在掘進機機身上設置一個監測系統的客戶端，接收到視頻監測系統的監測信號后將其進行數據信息轉換，滿足無線傳輸系統的發射需求。將其他基站設置在掘進機的后方，根據地質情況每隔100～200 m 設置一個，確保無線數據信息傳遞的精確性和安全性，各個基站間無線傳輸結構如圖2 所示[4]。

圖2 無線基站數據傳輸結構示意圖

為了對該視頻截割控制系統的應用效果進行分析，本文以懸臂式掘進機為研究對象，對其控制系統進行改造，對不同控制方式下的截割效果進行對比分析，根據實際驗證表明，采用新的視頻截割控制系統后，能夠將井下巷道截割一次成型率提升82.6%，將井下巷道掘進人員減少2 人，有效地提升了煤礦井下巷道的掘進效率和安全性，同時為后續的“無人化”掘進作業奠定了基礎。

4 結語

1）井下掘進機視頻截割控制系統，主要包括高清視頻監控系統、數據傳輸系統、信息保護系統及遠程控制系統。

2）視頻監測模塊能夠實現對掘進機截割作業過程中各個狀態的全面監測，同時系統設置了紅外視頻監測模塊，能夠實現在低光線環境下的視頻監測需求，提升了視頻監測的實際應用效果。

3）無線數據傳輸模塊，能夠實現井下復雜地質條件下數據傳輸安全性和便捷性的需求。

4）新的視頻截割控制系統能夠將井下巷道截割一次成型率提升82.6%，將井下巷道掘進人員減少2 人，有效地提升了煤礦井下巷道的掘進效率和安全性。