一种煤矿风井的井壁结构缺陷识别方法与流程

本发明涉及煤矿风井安全巡检，尤其涉及一种煤矿风井的井壁结构缺陷识别方法。

背景技术：

1、井下采煤将会面对诸多危害，如冒顶、水灾，含有二氧化碳和一氧化碳等有害气体以及甲烷等爆炸性气体。在面对重大矿井灾害时，煤矿风井将会作为重要逃生通道，其设施安全完备至关重要。因此煤矿风井作为重大安全事故最后的撤离通道，必须加强其井壁结构的日常监测与维护，确保这条生命通道在启用时能够畅通无阻。而对于煤矿风井井壁结构的日常巡检，传统的人工检测方法并无法适用于内部环境复杂且危险的井壁结构缺陷识别。

2、虽然通过计算机视觉系统能够快速的对煤矿风井的井壁进行全方位的缺陷识别，但是针对该种识别方式仅仅能够覆盖以图像所能展示的缺陷，而对于存在井壁内部的空鼓缺陷并无法有效识别，因此，若空鼓缺陷得不到及时的灌浆修复，则会致使煤矿风井结构整体上的裂纹越来越大，同时矿井的安全生产带来了严重的威胁。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种煤矿风井的井壁结构缺陷识别方法，解决了现有技术无法同步对裂缝缺陷相对应的内部区域是否存在空鼓缺陷进行识别的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种煤矿风井的井壁结构缺陷识别方法，该方法包括以下步骤：

3、s1、根据煤矿风井的结构数据布设井壁缺陷识别系统，井壁缺陷识别系统包括用于裂缝缺陷识别的视觉识别单元，以及用于空鼓缺陷识别的缺陷判断单元；

4、s2、通过视觉识别单元沿风井的底部向井口方向以步进上升采集井壁的样本图像；

5、s3、采用检测模型对样本图像进行识别并输出识别结果；

6、s4、根据识别结果判断井壁是否存在裂缝缺陷；

7、若是，则记录裂缝缺陷的位置信息，并进入步骤s5；

8、若否，则结束；

9、s5、通过缺陷判断单元根据识别结果中任意一处裂缝缺陷的位置信息对井壁进行样本数据的采集；

10、s6、根据样本数据绘制波形图并获取检测图像；

11、s7、分析波形图并根据检测图像判断裂缝缺陷所在位置的井壁结构是否存在空鼓缺陷；

12、若是，则对空鼓缺陷进行定位；

13、若否，则结束。

14、进一步地，在步骤s1中，视觉识别单元包括用于拍摄井壁图像的视觉相机模块、用于光补偿的照明模块，以及用于接收视觉相机所拍摄井壁图像的设备端，设备端存储有用于裂缝缺陷识别的检测模型；

15、缺陷判断单元包括设置在煤矿风井井口上的多个发射天线，以及用于接收发射天线所发出电磁波的接收天线，且接收天线位于煤矿风井内，并与视觉相机安装在同一升降设备上。

16、进一步地，在步骤s1中，结构数据包括煤矿风井的深度h、煤矿风井的壁厚m。

17、进一步地，在步骤s1中，根据煤矿风井的结构数据布设缺陷判断单元，具体包括以下步骤：

18、s11、以煤矿风井的中心点为初始位置，将煤矿风井等弧长均分为三个探测区域；

19、s12、根据煤矿风井的结构参数确定发射天线布设在探测区域内的固定发射点；

20、s13、在固定发射点的位置上布设发射天线。

21、进一步地，在步骤s12中，发射天线布设在固定发射点，固定发射点选取以探测区域所对应井壁结构体上端面中心点位置的一侧，具体为以中心点为起始位置p与最大偏移距d在正方向上之和。

22、进一步地，在步骤s2中，步进上升是指根据煤矿风井的深度划分为n个行程段，在每个行程段内以视觉识别单元的视觉覆盖区域，以三百六十度环绕井壁缓速上升拍摄井壁图像，并记录视觉覆盖区域的位置信息。

23、进一步地，在步骤s3中，检测模型采用由输入、骨干网络ecsp-darknet53、细颈部特征融合模块e-neck和预测输出四个模块组成的裂缝缺陷检测网络。

24、进一步地，在步骤s5中，具体过程包括以下步骤：

25、s51、控制接收天线根据位置信息移动至裂缝缺陷的所在位置；

26、s52、根据位置信息选择开启与探测区域相对应的发射天线发射电磁波；

27、s53、以裂缝缺陷的所在位置为中心点o、半径r设定采集区域；

28、s54、接收天线在采集区域内随机改变所在位置并采集样本数据。

29、借由上述技术方案，本发明提供了一种煤矿风井的井壁结构缺陷识别方法，至少具备以下有益效果：

30、1、本发明能够对煤矿风井的井壁结构所出现的裂缝缺陷进行有效识别，同时对与裂缝缺陷相对应区域的井壁结构进一步的空鼓缺陷识别，从而降低视觉识别表面缺陷所存在的局限性，能够对煤矿风井的内部缺陷做出快速识别并精准判断，从而能够及时针对空鼓缺陷进行灌浆修复，提高了煤矿风井的结构强度，避免煤矿风井的进一步损坏，保证了作为生命通道的煤矿风井的畅通无阻。

31、2、本发明能够消除现有技术手段对于井壁结构所造成的损伤，探测方式无需在井壁结构上钻取探测孔，真正做到了无损探测，而且对于发射天线的布设数量要求少，仅需三个即可完成对于井壁结构的全覆盖探测，同时能够确保样本数据的完整性，降低电磁波与原始发射波之间的差异，从而使其探测结果能够准确反映出井壁结构的内部状况，进而提高对于空鼓缺陷的识别精准性。

技术特征：

1.一种煤矿风井的井壁结构缺陷识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的井壁结构缺陷识别方法，其特征在于，在步骤s1中，视觉识别单元包括用于拍摄井壁图像的视觉相机模块、用于光补偿的照明模块，以及用于接收视觉相机所拍摄井壁图像的设备端，设备端存储有用于裂缝缺陷识别的检测模型；

3.根据权利要求1所述的井壁结构缺陷识别方法，其特征在于，在步骤s1中，结构数据包括煤矿风井的深度h、煤矿风井的壁厚m。

4.根据权利要求1所述的井壁结构缺陷识别方法，其特征在于，在步骤s1中，根据煤矿风井的结构数据布设缺陷判断单元，具体包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的井壁结构缺陷识别方法，其特征在于，在步骤s12中，发射天线布设在固定发射点，固定发射点选取以探测区域所对应井壁结构体上端面中心点位置的一侧，具体为以中心点为起始位置p与最大偏移距d在正方向上之和。

6.根据权利要求1所述的井壁结构缺陷识别方法，其特征在于，在步骤s2中，步进上升是指根据煤矿风井的深度划分为n个行程段，在每个行程段内以视觉识别单元的视觉覆盖区域，以三百六十度环绕井壁缓速上升拍摄井壁图像，并记录视觉覆盖区域的位置信息。

7.根据权利要求1所述的井壁结构缺陷识别方法，其特征在于，在步骤s3中，检测模型采用由输入、骨干网络ecsp-darknet53、细颈部特征融合模块e-neck和预测输出四个模块组成的裂缝缺陷检测网络。

8.根据权利要求1所述的井壁结构缺陷识别方法，其特征在于，在步骤s5中，具体过程包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及煤矿风井安全巡检技术领域，解决了现有技术无法同步对裂缝缺陷相对应的内部区域是否存在空鼓缺陷进行识别的技术问题，尤其涉及一种煤矿风井的井壁结构缺陷识别方法，该方法包括以下步骤：S1、根据煤矿风井的结构数据布设井壁缺陷识别系统，井壁缺陷识别系统包括用于裂缝缺陷识别的视觉识别单元，以及用于空鼓缺陷识别的缺陷判断单元；S2、通过视觉识别单元沿风井的底部向井口方向以步进上升采集井壁的样本图像。本发明能够对煤矿风井的内部缺陷做出快速识别并精准判断，从而能够及时针对空鼓缺陷进行灌浆修复，提高了煤矿风井的结构强度，避免煤矿风井的进一步损坏，保证了作为生命通道的煤矿风井的畅通无阻。

技术研发人员：赵东新,王磊,陈闯,周游,肖潇,杜伟,吕仔祥,赵一鸣,王冬冬,王齐,张璨
受保护的技术使用者：淮北矿业传媒科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17