采煤工作面刮板输送机直线度检测技术研究

马效岳

(山西焦煤汾西矿业信息中心，山西 介休 032000)

综采工作面煤炭回采时采面煤壁、支架以及刮板输送机平直不仅可提升采面生产效率，而且便于采面设备管理[1]。随着综合自动化、智能化水平的提升，部分矿井已实现综采设备自动化、智能化控制[2]。但由于液压支架间存在偏差、液压支架连接头间隙等影响，刮板输送机在推移过程中的直线度难以避免会出现偏差[3-4]。由于综采工作面内分布有大量的机电设备，随着采面推进，各综采设备需要不断前移，使刮板输送机精准定位存在一定难度，导致常规的地面测量机定位技术在刮板输送机直线度检测中应用效果不理想[5]。现阶段采煤工作面常用的直线度检测技术包括惯性导航技术、光纤应变技术以及激光传感器测定技术等，但是存在成本高昂、设备故障率高、体积大以及实时性不强等问题[6-7]。为此文中提出采用视觉测量技术对刮板输送平直度进行检测，以期能在一定程度上提升刮板输送机平直度的控制能力。

1 工程概况

山西某矿3306综采工作面开采的3号煤层厚度3.3 m，倾角10°，为自燃煤层，煤尘具有爆炸威胁性。顶板以细砂岩、煤线及泥岩为主，底板以粉砂岩、砂质泥岩为主。3306综采工作面埋深平均345 m，走向、倾斜长分别为1 800 m、240 m。为了提升矿井开采效率并降低井下作业人员数量，在3306综采工作面、回采巷内配备有无线通信以及以太网通信平台，可实现综采设备远程操控。采面液压支架自动化控制以电液控制为基础，并融合智能供液、视频监控、集中供电等系统。在地面监控中心即可掌握采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机等综采设备运行参数。

3306综采工作面刮板输送机直线度检测仍是通过贯穿采面的钢丝绳实现，采面作业人员在液压支架前通过手动控制调直刮板输送机。受钢丝绳直线度检测以及手动调直误差等影响，刮板输送机往往不能实现真正的平直，而呈现C型或者反C型，见图1。为此，提出将视觉测量技术应用到刮板输送机直线度检测中。

图1 刮板输送机直线度情况

2 视觉测量技术应用分析

2.1 现场应用问题分析及应对策略

通过借鉴已有的工业视觉测量系统，在3306综采工作面采用视觉测量技术对刮板输送机直线度进行检测。现场应用过程中存在的问题及应对策略为：

1) 刮板输送机直线度测量精度要求在±50 mm以内，测量精度高。为了实现较高的测量精度，在采面采用的视觉相机拍摄的照片一维像素应在1 000点以上。

2) 底板起伏及采面弯曲影响。由于视觉测量是以光线为基础，当底板起伏或者采面弯曲时会带来不可直视及弯曲遮挡等问题。解决策略是重复采样，利用图像重叠部分将多个视觉相机局部坐标转换成全局坐标，从而实现对刮板输送机直线度检测。

3) 大宽度采面测量精度偏低。现阶段井下综采工作面宽度一般在100 m以上，部分矿井采面宽度在300 m以上，3306综采工作面宽度在240 m，视觉相机获取到的图像存在远端直线度精度不高的问题。在视觉相机上安装大变倍、高清度镜头可解决远端测直线度精度不高的问题。

4) 刮板输送机直线度偏差点位置确定问题。采用视觉测量技术发现刮板输送机直线度不满足要求，确定不满足要求段的位置可通过在各独立控制的刮板输送机上安装LED灯，视觉相机在某一时间段内仅采集1个液压支架指示灯信息或者对刮板输送机中部槽进行标记，通过标记物确保中部槽位置及对应的液压支架编号。

5) 视觉相机抖动问题。将视觉相机固定到液压支架顶板下方，当视觉相机对刮板输送机直线度进行检测时液压支架不应有任何其他动作。

2.2 现场布置

将视觉相机布置液压支架顶梁下，见图2，测量清晰度为960像素×1 280像素。在现场测量时为了提高图像采集质量、精度并避免被其他支架遮挡，先将液压支架移动到位后再进行图像采集。为了能清晰地判定刮板输送机直线度情况，在电缆槽上多布置LED光源，见图3。通过LED光源不仅可减少采面照明逆光、煤尘等影响，而且能提高照片的清晰度，便于不平直位置定位。相关的算法依据已有研究成果确定[8]。

图2 视觉相机安装位置示意

图3 电缆槽LED灯布置现场

2.3 应用效果分析

在采面每隔10个支架布置1个视觉相机，在3306综采工作面共计安装16个视觉相机。在30号支架上安装的视觉相机焦距F、点距D分别为100 mm、0.009 7 mm/dix。视觉测定获取到刮板输送机轮廓线偏移距离可通过下述公式计算：

式中：Lx为刮板输送机轮廓线偏移距离；Vx为像距；Ux为目距。

理论下刮板输送机轮廓线直线度为：

式中:Rs为长度因子，取3 mm。

刮板输送机直线度偏移值Lx″可通过下式计算：

Lx″=Lx-Lx′

根据上述公式计算求得支架上视觉相距获取到的不同位置刮板输送机直线度偏移量如表1所示。

表1 33～39号支架间刮板输送机直线度偏移度量

从表1可看出，在33～39号液压支架间刮板输送机片偏移量值最大为27 mm，测量结果精准度较高，满足刮板输送机偏移量小于50 mm的要求。

获取到3306综采工作面内所有的视觉相距照片后进行全局的坐标转换，并将视觉检测部分结果与现场手动检测结果进行比对，具体见表2、图5。

表2 视觉检测结果与现场手动检测结果比对 mm

从表2及图4看出，采用视觉检测技术获取到的刮板输送机直线度与采用手动测量方式接近，数据变化趋势基本一致，最大偏差为29 mm。表明采用视觉测量技术获取到的刮板输送机直线度检测结果可满足现场使用需要。

图4 视觉检测结果与现场手动检测结果对比

3 结 语

1) 为了提高综采工作面刮板输送机直线度检测效率，提出将视觉检测技术应用到刮板输送机直线度检测中，并对视觉检测技术现场应用存在的问题进行分析并提出针对性的应对策略。

2) 在3306综采工作面现场应用后，视觉检测技术获取到的刮板输送机直线度与采用手动测量方式获取到的刮板输送机直线度变化趋势基本一致，数据偏差在29 mm以内。表明视觉检测技术可用于对刮板输送机直线度的检测，同时检测精度以及检测效率均有显著的优势。