文章摘自

《智能礦山》2021年第1期熱點(diǎn)述評(píng)欄目，中煤科工集團(tuán)重慶研究院樊榮研究員——煤礦安全智能管控技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

1 傳感層關(guān)鍵技術(shù)

災(zāi)害監(jiān)測(cè)智能傳感器在信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、信息交互和邏輯判斷等過(guò)程中，應(yīng)具備數(shù)據(jù)預(yù)處理、自校準(zhǔn)、自診斷、自適應(yīng)、雙向通信、智能組態(tài)、信息存儲(chǔ)和記憶、自推演與自學(xué)習(xí)等通用特性。

目前甲烷現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)正從離散點(diǎn)式監(jiān)測(cè)向全覆蓋模式發(fā)展，應(yīng)通過(guò)對(duì)基于TDLAS激光檢測(cè)技術(shù)深入研究，研制多通道、低成本、長(zhǎng)壽命分布式激光甲烷監(jiān)測(cè)設(shè)備，以滿足現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)需要。  

風(fēng)速風(fēng)向的精準(zhǔn)檢測(cè)，是構(gòu)建瓦斯場(chǎng)、揭示瓦斯運(yùn)移規(guī)律、突出報(bào)警、智能調(diào)風(fēng)的關(guān)鍵。目前風(fēng)速測(cè)量“以點(diǎn)代面”誤差大，存在下限測(cè)量盲區(qū)（<0.3 m/s），難以滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要。應(yīng)研究基于超聲波時(shí)差法的全斷面風(fēng)速測(cè)量技術(shù)，利用多線多點(diǎn)測(cè)量與巷道斷面擬合積分，精確計(jì)算巷道全斷面風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)向。

采空區(qū)自然發(fā)火目前多采用束管監(jiān)測(cè)，該方法存在束管容易破裂漏氣、管內(nèi)氣體置換時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)時(shí)性差、誤差大等問(wèn)題亟待解決。研究基于波長(zhǎng)調(diào)制和諧波解調(diào)的激光痕量光譜吸收技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)CO、C2H4、C2H2等氣體檢測(cè)的“就地采樣、就地處理、就地測(cè)量”；利用分布式光纖測(cè)溫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)部溫度直接測(cè)量是今后發(fā)展趨勢(shì)。該技術(shù)也可用于環(huán)境中CO的檢測(cè)，克服現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)存在的交叉干擾、穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

帶式輸送機(jī)運(yùn)輸里程長(zhǎng)，維保人員多，人工巡檢勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、巡檢不到位，易引發(fā)安全事故。巡檢機(jī)器人“安全充電、看得準(zhǔn)、聽(tīng)得清”是亟需解決的3個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。通過(guò)“電-機(jī)-電”能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，解決危險(xiǎn)場(chǎng)所自主安全充電問(wèn)題；構(gòu)建大氣散射圖像轉(zhuǎn)換模型、基于深度學(xué)習(xí)的相關(guān)算法智能識(shí)別膠帶帶面損傷、跑偏、堆積煤、冒煙等異常工況，使機(jī)器人具備慧眼；基于聲品質(zhì)分析，提取出托輥噪音特征參數(shù)，自動(dòng)辨識(shí)托輥故障（開(kāi)裂、斷裂、潤(rùn)滑不良），使機(jī)器人具備靈耳；通過(guò)熱成像等技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)征兆，可有效防控帶式輸送機(jī)火災(zāi)事故。

井下違章和隱患形式多樣，隨機(jī)性強(qiáng)。需重點(diǎn)解決井下圖像畫(huà)質(zhì)差、高質(zhì)量違章樣本少、過(guò)程定性與定量識(shí)別難等問(wèn)題。對(duì)此，可利用暗通道先驗(yàn)去霧算法，基于大氣散射模型和圖像成像先驗(yàn)知識(shí)，提升視頻圖像的清晰度和對(duì)比度，克服井下圖像畫(huà)質(zhì)差問(wèn)題；基于目標(biāo)輪廓先驗(yàn)知識(shí)，采用候選區(qū)域生成方法結(jié)合遷移學(xué)習(xí)算法解決高質(zhì)量違章樣板少難題；基于多局部單應(yīng)性矩陣的圖像拼接、縫合線主導(dǎo)法的圖像融合算法與深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)行為過(guò)程的定性與定量識(shí)別。

目前井下移動(dòng)目標(biāo)定位多采用UWB技術(shù)，通過(guò)飛行時(shí)間測(cè)距法或到達(dá)時(shí)間差法進(jìn)行測(cè)距，其本質(zhì)是一維定位，存在穿透性差、信號(hào)覆蓋距離短等問(wèn)題。從發(fā)展趨勢(shì)看，應(yīng)重點(diǎn)建立井下全覆蓋的位置服務(wù)平臺(tái)，建立基于統(tǒng)一坐標(biāo)系系統(tǒng)和高程基準(zhǔn)的井下空間位置服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備空間定位、移動(dòng)目標(biāo)的精確定位，以便于應(yīng)急救援。

邊緣計(jì)算與控制可有效減少系統(tǒng)時(shí)延、增加局部智能，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性。應(yīng)重點(diǎn)解決多制式信號(hào)接入、多通道毫秒級(jí)并發(fā)采樣、數(shù)據(jù)無(wú)損存儲(chǔ)、智能組態(tài)與設(shè)備特征級(jí)數(shù)據(jù)融合分析等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)采掘區(qū)域信號(hào)一站式匯集、信息就地融合、趨勢(shì)預(yù)判、協(xié)同控制。

2 傳輸層關(guān)鍵技術(shù)

目前井下骨干網(wǎng)絡(luò)傳輸多采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，存在光纖易折斷、斷點(diǎn)難定位、熔接困難不易維護(hù)等缺點(diǎn)，設(shè)備層大容量組網(wǎng)、高速可靠交互仍是難題。從發(fā)展趨勢(shì)看，骨干網(wǎng)采用F5G全光網(wǎng)絡(luò)是新方向；分支網(wǎng)絡(luò)有線與無(wú)線會(huì)長(zhǎng)期并存，5G、WIFI6是值得重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)；應(yīng)研究實(shí)現(xiàn)傳感設(shè)備終端全IP化接入。

3 應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)

基于移動(dòng)互聯(lián)的安全精益管理：應(yīng)圍繞語(yǔ)音識(shí)別、手寫(xiě)識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、情景感知驅(qū)動(dòng)等技術(shù)開(kāi)展研究，實(shí)現(xiàn)安全管理信息便捷化錄入;對(duì)煤礦一通三防、隱患排查治理、防災(zāi)治災(zāi)等安全管理核心業(yè)務(wù)工作進(jìn)行系統(tǒng)梳理，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)要素進(jìn)行編碼、建立評(píng)判準(zhǔn)則、固化工作流程，基于工作流與移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，構(gòu)建班組、區(qū)隊(duì)、礦井、集團(tuán)分級(jí)閉環(huán)管控模型，實(shí)現(xiàn)安全管理任務(wù)工單化、管控流程標(biāo)準(zhǔn)化、執(zhí)行過(guò)程可視化、數(shù)據(jù)指標(biāo)化。

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的異常識(shí)別與趨勢(shì)預(yù)測(cè)：現(xiàn)階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以數(shù)理統(tǒng)計(jì)、閾值報(bào)警為主，目前開(kāi)展了基于事故致因理論的突出預(yù)警等模型研究，對(duì)數(shù)據(jù)的高階認(rèn)知分析不足、預(yù)警模型普適性不強(qiáng)、準(zhǔn)確度不高。構(gòu)建數(shù)據(jù)特征圖譜與安全知識(shí)圖譜，建立以成因機(jī)理與大數(shù)據(jù)分析互饋的柔性預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)異常早期篩選、自動(dòng)鎖定、回溯分析與趨勢(shì)預(yù)測(cè)，按需形成分析報(bào)告，主動(dòng)推送安全異常管理任務(wù)工單并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管控，流程性值班與調(diào)度工作由機(jī)器自動(dòng)執(zhí)行、分配、跟蹤，實(shí)現(xiàn)值班與調(diào)度自動(dòng)化、便捷化。

基于三層遞階安全協(xié)同控制：利用信息融合技術(shù)，構(gòu)建監(jiān)測(cè)點(diǎn)就地控制、區(qū)域協(xié)同控制、全礦優(yōu)化控制為一體的三層遞階協(xié)同控制模型，實(shí)現(xiàn)區(qū)域爆炸風(fēng)險(xiǎn)精細(xì)管控、分級(jí)分區(qū)超前斷電、智能調(diào)風(fēng)、通信聯(lián)動(dòng)、應(yīng)急智能指揮等。

煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)量化分析與可視化：基于事故致因理論，從煤礦固有自然特性、礦井布局及采掘條件、礦井重大風(fēng)險(xiǎn)與違章識(shí)別、監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)、事故數(shù)據(jù)分析、宏觀技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策等方面構(gòu)建基準(zhǔn)指標(biāo)體系，揭示煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)大數(shù)據(jù)時(shí)空演變特征及變化規(guī)律，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)價(jià)指標(biāo)與模型。開(kāi)展基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的海量數(shù)據(jù)交互式分析技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力分布、瓦斯地質(zhì)、水文地質(zhì)、生產(chǎn)系統(tǒng)布局、安全風(fēng)險(xiǎn)可視化多維度推演與反演分析。

|來(lái)源：智能礦山雜志