煤礦井下孔內(nèi)事故可視處理技術(shù)研究

李波，周榮福(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

0 引言

在2018年，我國(guó)已實(shí)現(xiàn)了在煤礦井下孔超過(guò)2 300.0m，相關(guān)此方面技術(shù)的研究與設(shè)計(jì)已達(dá)到了一種世界級(jí)水平。在煤礦井下孔深度不斷增加的過(guò)程中，工程實(shí)施可能遇到的不可測(cè)因素也越來(lái)越多，與此同時(shí)，煤礦井下孔內(nèi)發(fā)生工程安全事故的概率也將越來(lái)越大。其中，下孔鉆具掉落在工程中，便屬于一種常規(guī)性的事故類型[1-2]。發(fā)生事故的原因不僅在于定向施工鉆孔器具接頭過(guò)多，同時(shí)也在于目前工程實(shí)施，對(duì)其進(jìn)行的可視化處理不到位所造成。針對(duì)提出的問(wèn)題，大部分工程隊(duì)伍，選擇盲目打撈的方式對(duì)鉆具進(jìn)行獲取。但此種行為的實(shí)施由于技術(shù)支撐不到位，極易發(fā)生二次事故問(wèn)題，為了更好地解決這一問(wèn)題，提升下孔過(guò)程中對(duì)相關(guān)器具的可視化能力，文章將根據(jù)煤礦井下孔行為的實(shí)施，設(shè)計(jì)一種面向下孔事故的可視處理技術(shù)，致力于通過(guò)此種方式，為井下施工提供一種全新的技術(shù)，降低二次事故的發(fā)生概率，確保煤礦井下孔工程的順利實(shí)施。

1 獲取及處理煤礦井下孔內(nèi)事故信息

為了確保文章設(shè)計(jì)的可視處理技術(shù)在應(yīng)用中具備一定有效性，可選擇某煤礦井下孔工程作為研究對(duì)象，對(duì)其孔內(nèi)工程信息進(jìn)行描述[3]，具體如表1所示。

表1 煤礦井下孔內(nèi)工程信息描述

在掌握煤礦井下孔內(nèi)工程相關(guān)信息的基礎(chǔ)上，使用計(jì)算機(jī)控制下孔深度與開(kāi)關(guān)，并在下孔的前端安裝傳感裝置，使其接口與RS223單片機(jī)進(jìn)行連接。當(dāng)下孔深度位于B3#孔時(shí)，可打開(kāi)傳感器接口開(kāi)關(guān)，以此種方式獲取煤礦井下孔內(nèi)連續(xù)圖像[4]。直到觀察計(jì)算機(jī)顯示無(wú)明顯異常后，完成對(duì)事故信息的初步采集。

當(dāng)完成對(duì)事故信息的采集后，使用終端計(jì)算機(jī)裝置，控制透性光源的開(kāi)啟，將獲取的光源信息使用光學(xué)處理鏡頭進(jìn)行放大處理，使其成像在CMOS傳感器上，并將信息以一種串行通信的方式，傳遞在計(jì)算機(jī)終端，將其以24位圖像格式的方式進(jìn)行存儲(chǔ)[5]?？紤]到獲取的處理圖像，可能會(huì)受到獲取信息過(guò)程中圖像弧度值的影響，因此需要在完成對(duì)事故信息的獲取后，同步對(duì)其進(jìn)行磨粒提取，使獲取的信息呈現(xiàn)一種二值化圖像。

例如在獲取每一組連續(xù)圖像中，可認(rèn)為其中每一個(gè)連續(xù)的像素點(diǎn)均是由B、G、R三類連續(xù)的分量構(gòu)成，而對(duì)其進(jìn)行灰度處理，便是將連續(xù)的分量進(jìn)行重組，得到一組新的圖像灰度值。本章采用分析圖譜橫向紋路的方式，對(duì)其進(jìn)行處理[6]。處理過(guò)程中，可將成像中的噪聲與異常連續(xù)區(qū)域進(jìn)行放大處理，綜合分量的最大值，使其整體呈現(xiàn)一種亮化的趨勢(shì)。此過(guò)程中弱化了一些細(xì)微的半透明聚合物，將其表現(xiàn)為一種相對(duì)平滑的現(xiàn)象。

在執(zhí)行上述處理事故信息的過(guò)程中，需要保留原始模板信息，并對(duì)其邊緣進(jìn)行對(duì)應(yīng)的銳化處理。在確保事故信息原有層次被保留的前提下，清晰化處理圖像邊緣，使其紋理具備一定的規(guī)律，以此種方式完成對(duì)煤礦井下孔內(nèi)事故信息的獲取與處理。

2 選擇事故可視處理組合鉆具

在上文完成對(duì)煤礦井下孔內(nèi)事故信息的獲取及處理后，需要選擇事故可視處理組合鉆具，對(duì)孔內(nèi)獲取信息進(jìn)行持續(xù)成像。本章選擇的組合鉆具是基于Android運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)的，可滿足在高度惡劣條件下對(duì)多元化煤礦井下懸空關(guān)鍵信息的抓取?？梢曁幚斫M合鉆具結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 事故可視處理組合鉆具結(jié)構(gòu)

綜合上述圖1中內(nèi)容，對(duì)鉆具結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)與功能進(jìn)行定義，如表2所示。

表2 事故可視處理組合鉆具構(gòu)件參數(shù)與功能

在完成對(duì)事故可視處理組合鉆具相關(guān)功能與結(jié)構(gòu)參數(shù)的布設(shè)后，應(yīng)及時(shí)在煤礦井下孔過(guò)程中，對(duì)裝置外部進(jìn)行降溫處理，并同步清理煤礦井下孔內(nèi)的煤渣，避免或降低由于孔內(nèi)溫度過(guò)高出現(xiàn)的自然二次事故現(xiàn)象發(fā)生概率。

3 規(guī)劃可視處理事故信息流程

在完成上述工作后，本章將對(duì)可視處理事故流程進(jìn)行規(guī)劃，此過(guò)程中相關(guān)工作的實(shí)施前，應(yīng)先定位煤礦井下孔鉆具的鉆速與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，及其對(duì)煤礦井下孔的影響，如圖2所示。

圖2 煤礦井下孔鉆具鉆速與轉(zhuǎn)速關(guān)系

圖2中：(1)表示為煤礦井下孔過(guò)程中軟煤層；(2)表示為煤礦井下孔中研磨性較低的煤層；(3)表示為煤礦井下孔過(guò)程中研磨性較高(/硬度較高)的煤層。綜合上述圖2中信息，可看出在n0點(diǎn)時(shí)，硬煤層轉(zhuǎn)速處于峰值，也因此證明在進(jìn)行硬煤層下深過(guò)程中，可選擇n0點(diǎn)轉(zhuǎn)速進(jìn)行下深，此時(shí)獲取可呈現(xiàn)的結(jié)果相對(duì)較優(yōu)。

考慮到煤礦井下孔內(nèi)事故的發(fā)生存在不可預(yù)測(cè)性，為了確保對(duì)其可視處理的規(guī)范性，制定了如下所述的工作流程。

第一步，使用事故可視處理組合鉆具，在事故前3.0 m位置處，進(jìn)行附近沉渣的處理，在確保下深通風(fēng)的基礎(chǔ)上，將鉆具緩緩送入事故發(fā)生位置處。對(duì)其進(jìn)行緩慢回轉(zhuǎn)，結(jié)合不同的煤層特性，對(duì)其施加持續(xù)壓力，持續(xù)重復(fù)上述操作(下深與適當(dāng)退鉆處理)，以此種方式確保事故處理的可視化。

第二步，為了確保公錐被完全推斷，需在上述行為基礎(chǔ)上，進(jìn)行沖孔處理。此過(guò)程中，每退出三次，執(zhí)行一次沖孔處理，每沖孔一次，執(zhí)行一次渣料清理處理行為。在保障下孔行為順暢的前提下，緩慢下深鉆具探頭，觀察孔內(nèi)情況，直到探頭接近事故發(fā)生前端1.0 m位置處，觀察事故情況，并將獲取信息在終端成像。

第三步，在完成上述相關(guān)操作的基礎(chǔ)上，為了獲取更加清晰的可視化圖像，需要持續(xù)進(jìn)行獲取可視處理成像的描述。此過(guò)程中，磨粒面積覆蓋指數(shù)(I)作為參照，統(tǒng)計(jì)成像中指數(shù)I的具體值。I的計(jì)算公式如式(1)所示。

式中：Ci為對(duì)可視成像的目標(biāo)像素；w為事故發(fā)生沉積區(qū)域的長(zhǎng)度；h為事故發(fā)生沉積區(qū)域的寬度。

輸出計(jì)算結(jié)果I。當(dāng)I的統(tǒng)計(jì)值越趨近于0時(shí)，代表對(duì)煤礦井下孔內(nèi)事故可視處理的效果越好。假定在此過(guò)程中，I的統(tǒng)計(jì)值較高，需要返回上述步驟二與步驟三，直到I值滿足可視處理需求。以此，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下孔內(nèi)事故的可視處理技術(shù)研究。

4 結(jié)語(yǔ)

文章根據(jù)煤礦井下孔行為的實(shí)施，設(shè)計(jì)一種面向下孔事故的可視處理技術(shù)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)的技術(shù)，在與常規(guī)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比的過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)的可視處理效果更優(yōu)。