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基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法 被引量：4
1
作者 程继杰 刘毅 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期245-257,共13页
冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突... 冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:在煤矿井下巷道顶板、巷帮靠近顶板以及采掘工作面液压支架顶部或靠近顶部等位置多点布置带有补光灯的彩色双目摄像机,实时采集采掘工作面和巷道空间彩色图像和深度图像;以煤矿井下与灾害抛出煤岩有着鲜明颜色差别的生产设备作为背景,监测识别是否出现彩色图像颜色发生较大变化;如果掘进巷道端头、巷道中间、巷道入口,或回采工作面,或进风巷道入口、巷道中间,或回风巷道入口、巷道中间,或主运输、辅助运输大巷等位置彩色双目摄像机监测到图像颜色发生较大变化,则监测彩色图像平均亮度是否小于设定的亮度阈值;如果平均亮度小于设定的亮度阈值,则以与灾害抛出煤岩有鲜明颜色差别的生产设备为背景,监测深度图像是否发生较大变化;如果深度图像发生较大变化,那么监测导致深度图像发生较大变化物体的移动速度是否大于设定的速度阈值(v>13 m/s);当移动速度大于设定速度阈值时,利用多点布置的甲烷传感器监测监视区域内甲烷浓度,当采煤工作面、掘进工作面、进风巷道、回风巷道、总回风巷道等多个不同地点均监测到甲烷浓度大幅升高或达到报警值,那么进行煤与瓦斯突出报警,反之,则进行冲击地压报警。提出了彩色双目摄像机感知灾害最佳倾角的确定方法,以及导致深度图像发生较大变化物体移动速度的确定方法。在确保安全性的前提下,简化了灾害模拟试验,设计了一套煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出颜色和深度特征模拟试验装置:采用与煤岩颜色和比重相近的10 mm橡胶球替代灾害抛出煤岩;利用直径315 mmPVC管模拟煤矿井下巷道受限空间以及与抛出煤岩有着鲜明颜色差异的背景设备;利用轴流式高压鼓风机作为动力装置,进行模拟冲击地压和煤与瓦斯突出发生时大量煤岩抛出造成的采掘工作面和巷道空间颜色和深度异常特征;利用3.4 mm焦距、30FPS、71°×55°视场角的彩色双目摄像机,完成对整个灾害模拟过程的监视与彩色双目图像采集。研究分析表明,提出的方法可识别出灾害发生时颜色和深度特征,验证了基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法的可行性与有效性。 展开更多
关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 颜色特征 深度特征 速度特征 图像识别
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煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故自动发现与报警方法研究 被引量：3
2
作者 孙继平 程继杰 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第5期1-5,13,共6页
煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出自动感知报警方法是及时发现事故并应急救援,减少人员伤亡,避免或减少瓦斯和煤尘爆炸等次生事故发生,遏制事故迟报、漏报和瞒报的有效措施。煤矿冲击地压事故感知难,目前还没有煤矿冲击地压事故自动发现和报... 煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出自动感知报警方法是及时发现事故并应急救援,减少人员伤亡,避免或减少瓦斯和煤尘爆炸等次生事故发生,遏制事故迟报、漏报和瞒报的有效措施。煤矿冲击地压事故感知难,目前还没有煤矿冲击地压事故自动发现和报警方法,煤矿冲击地压事故主要靠人工发现。目前仅有基于甲烷、风速和风向传感器的煤与瓦斯突出自动报警方法,但存在响应速度慢、甲烷传感器损毁前监测不到甲烷浓度大幅升高等问题。提出了煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:根据煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出温度、颜色、深度、掩埋等图像特征,识别煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出;再根据巷道空间和采掘工作面的甲烷浓度变化,区分冲击地压和煤与瓦斯突出,如果甲烷浓度大面积迅速升高,则判定为煤与瓦斯突出,否则判定为冲击地压。该方法具有直观、响应速度快、非接触、监测范围广、简单可靠等优点,可直观地记录煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出真实情况;当煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故报警后,调度室值班人员可以通过录像,立即确认事故,及时进行应急救援。提出了减少煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出抛出的煤岩对图像感知影响的方法:摄像机多点布置,摄像机设置在较高位置,视频数据及时传输,甲烷传感器多点布置等。 展开更多
关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 煤矿事故感知 灾害报警 图像识别
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深部综掘巷道超前支架设计与支护性能分析 被引量：16
3
作者 薛光辉 管健 +4 位作者 程继杰 张昊 纪伟亮 景新平 吴淼 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第12期15-20,共6页
针对综掘工作面环境恶劣,掘支锚时间比例严重失调现状,提出了一种新型综掘巷道超前支护机组,具有超前支护、多工位并行作业的特点。介绍了该支护机组的结构组成和工作原理,重点讨论了该支护机组的关键装备超前支架的结构和力学模型。以... 针对综掘工作面环境恶劣,掘支锚时间比例严重失调现状,提出了一种新型综掘巷道超前支护机组,具有超前支护、多工位并行作业的特点。介绍了该支护机组的结构组成和工作原理,重点讨论了该支护机组的关键装备超前支架的结构和力学模型。以旗山矿地质条件为例利用FLAC^(3D)软件,基于围岩—超前支架力学耦合模型仿真计算得到超前支架的载荷,导入Ansys软件并计算得到支架整体和各零件的应力云图、位移云图,分析了支架的应力和应变情况。仿真结果表明:支架的最大位移为8 mm,与支架整体尺寸相比可以忽略,最大应力为737.84 MPa,小于材料的屈服强度890 MPa,故所设计的支架能够承受该矿围岩的压力,支架的薄弱环节为顶梁、伸缩梁和护帮板,在后续的工程设计时应予以重视。此方法可实现掘支锚平行作业,巷道的快速掘进和安全生产,可为综掘巷道超前支护提供新的思路。 展开更多
关键词 综掘巷道 超前支护机组 超前支架 支架设计
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基于彩色图像的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法 被引量：7
4
作者 孙继平 程继杰 王云泉 《工矿自动化》 北大核心 2022年第11期1-5,共5页
分析了冲击地压和煤与瓦斯突出发生时抛出煤岩的图像特征:①冲击地压和煤与瓦斯突出发生时抛出的煤岩主要是黑色,但煤矿井下设备一般不是黑色,因此,可利用非黑色矿用设备作为背景,采用彩色摄像机识别煤岩。②正常落煤速度、采煤机和掘... 分析了冲击地压和煤与瓦斯突出发生时抛出煤岩的图像特征:①冲击地压和煤与瓦斯突出发生时抛出的煤岩主要是黑色,但煤矿井下设备一般不是黑色,因此,可利用非黑色矿用设备作为背景,采用彩色摄像机识别煤岩。②正常落煤速度、采煤机和掘进机等设备移动速度、井下人员和车辆移动速度远小于冲击地压和煤与瓦斯突出发生时抛出的煤岩速度,因此,可根据速度特征,排除正常落煤、采煤机和掘进机等设备移动、井下人员和车辆移动的干扰。③瓦斯和煤尘爆炸也会造成巷道中物体短时速度较高,并伴有高亮,但冲击地压和煤与瓦斯突出不会产生高亮,因此,可根据图像平均亮度,排除瓦斯和煤尘爆炸的干扰。提出了彩色摄像机设置方法:掘进工作面摄像机宜设置在掘进巷道顶板或掘进巷道两帮靠近顶板位置;回采工作面摄像机宜设置在液压支架顶部。提出了基于彩色图像的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法:①在掘进巷道顶板或掘进巷道两帮靠近顶板位置、回采工作面液压支架顶部,以非黑色矿用设备为背景,设置具有补光灯的彩色摄像机。②监测识别彩色图像颜色是否发生较大变化。③若图像颜色发生较大变化,则进行图像平均亮度识别,否则继续监测识别图像颜色变化。④若图像平均亮度小于设定的亮度阈值,则识别导致图像颜色发生较大变化的物体的移动速度,否则继续监测识别图像颜色变化。⑤若物体移动速度大于设定的速度阈值,则对监视区域内甲烷浓度进行判别,否则继续监测识别图像颜色变化。⑥若甲烷浓度迅速升高或达到报警值,则进行煤与瓦斯突出报警,否则进行冲击地压报警。该方法具有非接触、监测范围广、成本低、使用维护方便等优点。 展开更多
关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 彩色图像 图像识别 灾害感知 灾害报警
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基于掩埋图像特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法 被引量：3
5
作者 孙继平 程继杰 王云泉 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第5期1-6,21,共7页
分析了冲击地压和煤与瓦斯突出时抛出大量黑色煤岩的掩埋图像特征:监视区域内颜色及其对应图形面积变化、颜色及其对应图形数量变化、颜色及其对应图形形状变化、掩埋位置异常等。根据灾害发生时会造成监视区域内非黑色区域面积减少,且... 分析了冲击地压和煤与瓦斯突出时抛出大量黑色煤岩的掩埋图像特征:监视区域内颜色及其对应图形面积变化、颜色及其对应图形数量变化、颜色及其对应图形形状变化、掩埋位置异常等。根据灾害发生时会造成监视区域内非黑色区域面积减少,且减少的速度和加速度较大的特征,提出了基于颜色及其对应图形面积变化特征的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法。根据灾害发生时会造成监视区域内非黑色区域数量减少,且减少的速度和加速度较大的特征,提出了基于颜色及其对应图形数量变化特征的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法。根据灾害发生时会造成监视区域内非黑色图形的圆形度、矩形度和面积周长比减少,且减少的速度和加速度较大的特征,提出了基于颜色及其对应图形形状变化特征的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法。根据灾害发生时会导致煤矿井下人员、液压支架顶部及靠近顶部等位置被煤岩掩埋的特征,提出了基于掩埋位置异常特征的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法。上述基于掩埋图像特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法具有响应速度快、非接触、监测范围广、成本低和使用维护方便等优点。 展开更多
关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 图像识别 灾害感知 掩埋图像特征
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基于机器人化掘支锚联合机组的折叠式钻车钻臂工作空间分析 被引量：10
6
作者 郝雪弟 纪伟亮 +5 位作者 景新平 李瑞 张中平 程继杰 管建 吴淼 《中国煤炭》 2018年第9期64-70,共7页
针对现有掘进工艺仍然存在掘支比例失衡和掘进效率低下导致的掘进工作面安全事故频发等问题,提出了机器人化掘支锚联合机组及工艺,介绍了该机组的组成和工作原理,阐述了该机组中折叠式钻车钻臂的结构及运动学建模,并对该折叠式钻车钻臂... 针对现有掘进工艺仍然存在掘支比例失衡和掘进效率低下导致的掘进工作面安全事故频发等问题,提出了机器人化掘支锚联合机组及工艺,介绍了该机组的组成和工作原理,阐述了该机组中折叠式钻车钻臂的结构及运动学建模,并对该折叠式钻车钻臂的工作空间进行了详细的分析。通过对钻车钻臂关节参数进行反解,验证了该折叠式钻车钻臂能够满足实际工作的位置和姿态要求,为实现井下少人、无人化掘进作业奠定了基础。 展开更多
关键词 掘支锚联合机组 折叠式钻车钻臂 工作空间 掘进工艺
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煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法研究 被引量：11
7
作者 孙继平 程继杰 《工矿自动化》 北大核心 2022年第1期1-6,共6页
提出了基于温度的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法:使用红外热像仪等监测物体温度,使用甲烷传感器监测环境甲烷浓度;当物体温度高于煤矿井下环境温度和已暴露煤岩温度,并且高于环境温度和已暴露煤岩温度的物体数量较多、体积和面积... 提出了基于温度的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法:使用红外热像仪等监测物体温度,使用甲烷传感器监测环境甲烷浓度;当物体温度高于煤矿井下环境温度和已暴露煤岩温度,并且高于环境温度和已暴露煤岩温度的物体数量较多、体积和面积较大,则判定发生冲击地压、煤与瓦斯突出、矿井火灾或瓦斯和煤尘爆炸事故;进一步判别高温物体温度,若大于设定阈值,则判定发生矿井火灾或瓦斯和煤尘爆炸事故,反之,则判定发生冲击地压或煤与瓦斯突出事故;进一步分析甲烷浓度变化,若甲烷浓度迅速升高,则判定发生煤与瓦斯突出事故,反之,则判定发生冲击地压事故。提出了基于速度的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法:使用激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、双目视觉摄像机等监测物体移动速度,使用甲烷传感器监测环境甲烷浓度;当物体移动速度不小于设定阈值时,则判定发生冲击地压、煤与瓦斯突出或瓦斯和煤尘爆炸事故;进一步判别速度异常物体的数量、体积和面积,若速度异常物体的数量较少、体积和面积较小,则判定发生瓦斯和煤尘爆炸事故,若速度异常物体的数量较多、体积和面积较大,则判定发生冲击地压或煤与瓦斯突出事故;进一步分析甲烷浓度变化,若甲烷浓度迅速升高,则判定发生煤与瓦斯突出事故,反之,则判定发生冲击地压事故。提出了多信息融合的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警及灾源判定方法:监测并融合温度、速度、加速度、掩埋深度、声音、气压、风速、风向、粉尘、甲烷浓度、设备状态、微震、地音、应力、红外辐射、电磁辐射、图像等多种信息,感知冲击地压和煤与瓦斯突出;通过不同位置参数变化的幅度、先后时序关系及传感器损坏情况,判定灾源。 展开更多
关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 瓦斯和煤尘爆炸 矿井火灾 灾害感知 灾害报警
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深部综掘巷道机器人化超前支护方案与最佳支护时机研究 被引量：14
8
作者 薛光辉 程继杰 +2 位作者 管健 李秀莹 吴淼 《矿业科学学报》 2019年第4期349-356,共8页
综掘工作面为顶板垮落、片帮等事故多发区,且随着煤炭开采深度的增加,安全问题更为严峻,严重威胁着煤矿工人的人身安全。超前支护是事故预防和安全保障的有效途径之一。基于自主设计的机器人化自移式支锚联合机组,提出了综掘巷道超前支... 综掘工作面为顶板垮落、片帮等事故多发区,且随着煤炭开采深度的增加,安全问题更为严峻,严重威胁着煤矿工人的人身安全。超前支护是事故预防和安全保障的有效途径之一。基于自主设计的机器人化自移式支锚联合机组,提出了综掘巷道超前支护方案和支护时机的概念,阐述了支护机器人的结构与工作原理。以旗山矿地质条件为例,建立了巷道围岩-超前支架力学耦合模型,采用数值模拟分析了不同支护时机下巷道围岩变形与支架受力情况。结果表明:顶板下沉10~15 mm时,巷道围岩承载能力较强,平衡后顶板最大下沉量最小,约29.64 mm,超前支架顶部受力最小,约0.13 MPa,有利于超前支架的设计与巷道安全支护,为最佳支护时机。总结了综掘巷道最佳支护时机的确定方法,为利用巷道围岩的自承载能力、减小巷道围岩变形、降低巷道支护成本、提高巷道支护效率和安全性提供了思路。 展开更多
关键词 深部综掘巷道 机器人化 超前支护 支护时机 围岩-超前支架力学耦合模型
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基于热红外图像的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法 被引量：9
9
作者 程继杰 刘毅 李小伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期2236-2248,共13页
针对目前冲击地压和煤与瓦斯突出致灾机理尚未完全明确,仍偶有发生,严重威胁着我国煤矿的安全生产,结合灾害发生时大量抛出煤岩有着不同于采掘工作面和巷道空间正常工况下的温度与速度特征,提出了一种基于热红外图像的煤矿冲击地压和煤... 针对目前冲击地压和煤与瓦斯突出致灾机理尚未完全明确,仍偶有发生,严重威胁着我国煤矿的安全生产,结合灾害发生时大量抛出煤岩有着不同于采掘工作面和巷道空间正常工况下的温度与速度特征,提出了一种基于热红外图像的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法:在煤矿井下巷道顶部、巷帮以及采掘工作面液压支架等位置多点布置红外热像仪,实时采集采掘工作面和巷道空间热红外视频图像;监测识别监视区域内物体温度是否处于设定的温度范围(30℃≤T≤150℃);当掘进工作面、掘进巷道入口、掘进巷道中间、回采工作面、进风巷入口、进风巷中间、回风巷入口、回风巷中间、主运输大巷、辅助运输大巷等位置红外热像仪监测到物体温度处于设定温度范围时,监测识别处于设定温度范围物体的移动速度是否处于设定的速度范围(v>13 m/s);当处于设定速度范围时,利用多点布置的甲烷传感器监测监视区域内环境甲烷体积分数是否迅速升高;当工作面、回风巷、进风巷、总回风巷等多个不同地点甲烷体积分数均大幅升高,则进行煤与瓦斯突出报警,反之,则进行冲击地压报警。提出了基于热红外图像的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警中,红外热像仪的最佳倾角确定方法,以及红外热像仪有前倾角度情况下监测温度异常物体移动速度的方法。根据宁夏双马煤矿实际掘进巷道情况,结合红外热像仪帧率25 FPS,焦距13 mm,并且沿巷道轴向方向的视场角为21°,相对于竖直向下进行图像监视,该方法在保证测速效果的前提下得到的红外热像仪最佳倾角约为58°,进行图像监视时监视范围增大了约292%,在密集监视区域红外热像仪成本减少近75%。为了更逼真的迎合灾害特征,简化实验复杂度与确保安全性,设计了一套灾害温度、速度特征模拟实验装置:采用直径315 mm PVC管模拟圆形巷道;采用颜色、密度相近的10 mm橡胶球替代破碎煤岩作为主要实验材料与主要识别目标;采用物理加热法(热水浴)使橡胶球温度达到灾害发生时的温度异常范围;采用高压鼓风机提供动力源,使橡胶球速度能够达到灾害发生时的速度异常范围。并利用红外热像仪来完成对整个模拟灾害过程的监视与热红外视频图像采集。对所提出的灾害感知报警方法进行了代码实现。模拟实验与结果分析表明,该方法识别效果良好,验证了基于热红外图像的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法的可行性与有效性。 展开更多
关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 图像识别 煤矿事故报警 热红外图像
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