基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警系统，该系统涉及图像处理和通信等领域。
【背景技术】
[0002]煤炭是我国主要能源，约占一次能源70%。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。我国煤矿发生重特大事故中，多数为重特大瓦斯事故，瓦斯事故所造成的伤亡人数也是所有煤矿事故中所占比例最大的。因此，瓦斯事故防治十分重要。
[0003]瓦斯事故包括瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、瓦斯窒息、瓦斯燃烧等事故。为避免或减少煤与瓦斯突出事故发生，人们提出了多种煤或岩与瓦斯突出防治方法，在煤矿安全生产工作中发挥着重要作用。但现有煤与瓦斯突出实时监测与预报方法(包括微震、声发射、电磁辐射、红外辐射等)误报率和漏报率还较高，难以满足煤矿安全生产的需要。
[0004]煤矿井下的掘进工作面易发生煤与瓦斯突出，如能在第一时间快速准确地判定该区域的煤与瓦斯突出，可有效避免煤与瓦斯突出引发瓦斯爆炸等事故，避免或减少由于瓦斯窒息和瓦斯爆炸造成人员伤亡。
【发明内容】
[0005]本实用新型充分利用煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出的图像和环境特征，可较为准确地判定掘进工作面的煤与瓦斯突出，具有实施简单、灵敏度高等特点，可第一时间获得煤与瓦斯突出报警。
[0006]当煤矿掘进工作面发生煤与瓦斯突出情况时，会有大量的煤岩高速向外涌出，并大量堆积在工作面大部分区域内，甚至通过进风巷和回风巷向外涌出，同时甲烷浓度迅速增高；本实用新型根据这一特点提出了一种基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警系统，主要原理在于，通过对摄像机采发现监控区域内异常的大量煤岩的运动与堆积，实现煤与瓦斯突出报警。所述报警系统主要包括:存储服务器、监控主机、监控备用机、网络交换机、井下交换机、分站、摄像机、甲烷传感器等；具体内容包括:
[0007]1.煤矿井下，在掘进工作面的掘进巷道中或掘进机上、掘进巷道岔口一侧或两侧放置具有移动侦测报警功能的摄像机；在掘进工作面、掘进巷道回风流中安装甲烷传感器；摄像机用于侦测特定区域异常的物体运动，可自动发出移动报警信号；同一掘进工作面的所有摄像机与所有甲烷传感器报警联动，当该掘进工作面至少有一个摄像机和一个甲烷传感器同时有报警信号时，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源。
[0008]2.该系统进一步包括:摄像机安装位置靠近巷道顶部或高度大于2米。
[0009]3.该系统进一步包括:安装在掘进巷道中或掘进机上的摄像机的侦测范围为采煤机和刮板未遮挡区域。
[0010]4.该系统进一步包括:安装在掘进巷道岔口两侧的摄像机的的侦测范围为靠近工作面的区域。
[0011]5.该系统进一步包括:使用具有多区域同时移动侦测功能的摄像机，可对原位置固定的多个物体所在的多个区域进行侦测，侦测到多件物体同时移动时发出移动报警信号。
【附图说明】
[0012]图1掘进工作面摄像机及甲烷传感器安装位置示意图。
[0013]图2基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警系统示意图。
[0014]图3摄像机与甲烷传感器联动逻辑连接图。
[0015]图4视频管理与煤与瓦斯突出报警的工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0016]摄像机放置位置如图1所示，具体包括:
[0017]1.掘进巷道中(101) ο
[0018]2.掘进巷道岔口出风的一侧的巷道中(102)。
[0019]3.掘进巷道岔口进风的一侧的巷道中(103)。
[0020]4.掘进工作面甲烷传感器(104)。
[0021]5.掘进巷道回风流甲烷传感器(105)。
[0022]如图2所示，基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警系统主要包括:
[0023]1.存储服务器(201);负责对摄像机信号、移动报警信号、甲烷传感器数据与设备工作情况信号进行采集、存储，并为用户提供查询调取服务。
[0024]2.监控主机(202);具有声光报警功能，生产管理人员通过监控主机查看现场视频图像、移动报警情况、甲烷传感器数据与设备工作情况，可手动发出煤与瓦斯突出报警信号和断电闭锁信号，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源，下发调度指令通知撤出煤矿井下作业人员。并可从存储服务器调取历史监控数据。
[0025]3.监控备用机(203);当监控主机发生故障，通过监控备用机进行工作。
[0026]4.网络交换机(204);负责所有接入矿用以太网的设备的管理和数据交换。
[0027]5.井下交换机(205);负责分站的接入和数据交换，具有隔爆外壳，符合煤矿井下防爆要求。
[0028]6.分站(206);负责设备的接入和数据交换，具有隔爆外壳，符合煤矿井下防爆要求。
[0029]7.摄像机(207);采用具有移动侦测功能的数字网络摄像机，配有符合煤矿防爆要求的防爆外壳，具有报警信号输出功能。
[0030]8.甲烷传感器(208);甲烷传感器为全量程或高低浓甲烷传感器，并具有自动报警功能。
[0031]摄像机与甲烷传感器联动逻辑连接如图3所示，摄像机(101)、(102)、(103)之间为或逻辑关系，所有甲烷传感器也是或逻辑关系，两个输出结果再与，当摄像机和甲烷传感器同时有报警信号时，则输出煤与瓦斯突出报警信号。
[0032]视频管理与煤与瓦斯突出报警的工作过程如图4所示:
[0033]1.(401)摄像机采集视频数据，并对预先设定的区域进行侦测，当发现物体移动，则发出移动报警信号。
[0034]2.(402)摄像机数字化视频并压缩，将压缩后的视频信号和报警信号传输给分站。
[0035]3.(403)各分站将所采集的各类信号通过矿用以太环网发送给井下交换机。
[0036]4.(404)网络交换机接收井下交换机转发的数据，并将视频信号、报警信号和甲烷传感器信号分发给存储服务器，监控主机和备用主机。
[0037]5.(405)存储服务器将将视频信号、报警信号和甲烷传感器信号进行存储。
[0038]6.(406)监控主机可声光报警，控制切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源，下发调度指令通知撤出煤矿井下作业人员。生产管理人员通过监控主机查看现场实时视频、报警情况和设备工作情况，当数据采集的硬件设备被损时则调取历史现场视频和数据。
【主权项】
1.一种基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警系统，主要包括:存储服务器、监控主机、监控备用机、网络交换机、井下交换机、分站、摄像机、甲烷传感器等；其特征在于:煤矿井下，在掘进工作面的掘进巷道中或掘进机上、掘进巷道岔口一侧或两侧放置具有移动侦测报警功能的摄像机；在掘进工作面、掘进巷道回风流中安装甲烷传感器；摄像机用于侦测特定区域异常的物体运动，可自动发出移动报警信号；同一掘进工作面的所有摄像机与所有甲烷传感器报警联动，当该掘进工作面至少有一个摄像机和一个甲烷传感器同时有报警信号时，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源。
2.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于:摄像机安装位置靠近巷道顶部或高度大于2米。
3.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于:安装在掘进巷道中或掘进机上的摄像机的侦测范围为采煤机和刮板未遮挡区域。
4.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于:安装在掘进巷道岔口两侧的摄像机的侦测范围为靠近工作面的区域。
5.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于:使用具有多区域同时移动侦测功能的摄像机，可对原位置固定的多个物体所在的多个区域进行侦测，侦测到多件物体同时移动时发出移动报警信号。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警系统，本报警系统通过在煤矿掘进工作面相关区域附近安装摄像机，实时分析监控区域内异常的图像变化和物体移动，如变化异常的组合情况符合报警条件，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。本报警系统充分考虑了煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出的各种特征特点，实施简单，可较为准确地判定掘进工作面的煤与瓦斯突出，可有效避免煤与瓦斯突出引发瓦斯爆炸等事故，避免或减少由于瓦斯窒息和瓦斯爆炸造成人员伤亡。
【IPC分类】E21F17-18
【公开号】CN204532434
【申请号】CN201420827286
【发明人】孙继平, 刘毅
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2014年12月22日