CN104653181A - 一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统包括摄像设备、系统主机、放顶煤控制器、液压支架电液控制系统和液压支架；摄像设备用于实时监测煤和矸石从液压支架的尾梁放煤口放出过程，并连续拍摄煤和矸石放出图像；系统主机通过采集、预处理和分析煤与矸石图像并获得煤和矸石粒径以及各自所占比例两个评价指标，放顶煤控制器通过将前述评价指标与预设阈值比较，向液压支架电液控制系统发出放煤口的关闭和开启指令。本发明能够有效解决放顶煤开采过程中矸石混入比例控制效果差，资源浪费严重和人工放煤对操作人员身体健康危害大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及综放开采过程中放顶煤开采过程混矸比例控制系统及方法，尤其涉及一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统及方法。
背景技术
我国煤炭资源非常丰富，厚度在3.5m以上的煤层储量占总储量的40％以上，放顶煤开采在经济效益上有着巨大的优势，因此，目前我国厚煤层的主导采煤方法是放顶煤开采。
但是，放顶煤开采也存在几个亟待解决的技术问题，其中之一就是放顶煤开采中的放煤问题。放煤作业都是在液压支架后方进行，液压支架后方环境恶劣，放煤操作工人无法进入到液压支架后方进行操作，只能站在液压支架间凭借个人经验操作，因而对于放煤过程的控制十分困难，放出的煤不是矸石太多，就是顶煤放出率低，均造成资源巨大浪费；同时放煤过程会产生大量的粉尘和瓦斯，对放煤操作工人的生命健康造成巨大威胁。
目前，煤矿企业及科研院所一般都是通过采用电液控制系统控制放煤技术、声音控制放煤技术等控制方法来试图解决上述放煤问题。但效果都不明显，资源浪费情况在一些情况可能更大。采用现有控制方法虽然在表面上实现了放煤控制自动化，但由于放煤效果不理想，实际放煤依然需要大量人工干预，放煤作业对操作工人生命健康的威胁依然不减。
综上所述，直到目前，还没有一种控制方法能够有效解决放顶煤开采中放煤控制困难，资源浪费严重和操作工人生命健康受到严重威胁的问题。
发明内容
本发明提供了一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统及方法。
一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统，包括摄像设备、系统主机、放顶煤控制器、液压支架电液控制系统和液压支架；所述摄像设备用于实时监测煤和矸石从所述液压支架的尾梁放煤口放出过程，并连续拍摄煤和矸石放出图像；所述系统主机包括图像采集模块、图像预处理模块、图像灰度处理模块和系统主机显示模块，所述图像采集模块用于将所述摄像设备拍摄的所述煤和矸石放出图像进行采集并存储于所述系统主机上；所述图像预处理模块用于将所述采集的图像进行背景过滤和噪音消除处理；所述图像灰度处理模块用于识别煤和矸石各自所在色域及分布特征，并获得出煤和矸石的粒径以及各自所占比例两个指标值；所述系统主机显示模块用于将所述图像灰度处理模块处理后的图像在屏幕上显示出来；所述放顶煤控制器通过接收所述系统主机处理图像得到的数据，并与预设阈值比较，根据比较结果向所述液压支架电液控制系统发出指令；所述液压支架电液控制系统根据所述放顶煤控制器发出的指令，来确定所述液压支架的所述尾梁摆动及其放煤口的关闭和开启；所述摄像设备安装于所述液压支架的支架底座上，与所述系统主机通过有线或无线方式连接，所述系统主机通过有线或无线方式与所述放顶煤控制器进行连接，所述放顶煤控制器通过有线或无线与所述液压支架电液控制系统进行连接。
可选的，所述的基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统还包括辅助照明设备。
可选的，所述摄像设备包括一台基32位黑光高速摄像机。
可选的，所述的基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统还包括放顶煤控制器图像显示器。
一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制方法，采用上述控制系统来控制综采放顶煤开采中放顶煤开采过程混矸的比例。
所述的基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制方法，包括如下步骤：
(a)将所述摄像设备和所述系统主机安装于所述液压支架的所述液压支架底座上，所述摄像设备靠近所述尾梁对准所述放煤口；
(b)将所述放顶煤控制器安装于所述液压支架的所述液压支架顶梁或所述液压支架掩护梁上；
(c)将所述各设备进行连接，确保能正常工作，并处于工作状态；
(d)放煤开始后，所述摄像设备连续拍摄所述放煤口放出的煤和矸石，并将煤和矸石图像实时传输给所述系统主机的所述图像采集模块；
(e)所述图像采集模块经采集存储后，将所述煤和矸石图像传输给所述图像预处理模块，所述图像预处理模块滤除所述煤和矸石图像原有的背景和噪音，然后再将所述煤和矸石图像传输给所述图像灰度处理模块，所述图像灰度处理模块对煤和矸石图像进行煤和矸石识别处理，得到煤和矸石粒径及各自所占比例两个指标；
(f)所述系统主机将所述图像灰度处理模块获得的所述煤和矸石粒径以及各自所占的比例两个指标传输给所述放顶煤控制器，所述放顶煤控制器将所述煤和矸石的粒径以及各自所占比例两个指标值，与预设置的阈值进行比较，当所述煤和矸石粒径及各自所占比例指标值均超过所述阈值时，所述放顶煤控制器向所述液压支架电液控制系统发出关闭所述放煤口的指令；
(g)所述液压支架电液控制系统在接到所述指令后启动关闭所述放煤口的程序，关闭所述放煤口。
可选的，在所述步骤(e)中，所述图像灰度处理模块对煤和矸石图像时，结合煤和矸石的自然色差分别进行反向处理。提高煤和矸石的对比度，在增加煤块灰度值的同时降低矸石灰度值，使得混矸分界更清晰。
可选的，在所述步骤(e)中，所述图像灰度处理模块对煤和矸石图像进行煤和矸石识别处理后，还将处理结果传输到所述放顶煤控制器图像显示器上，使操作工人实时直观看到所述放煤口的煤和矸石比例情况。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
①本发明提供的基于灰度识别技术的综放开采放顶煤开采过程混矸比例控制方法，由于采用灰度识别技术来达到控制煤和矸石比例的目的，有效消除了煤层开采条件复杂，顶煤放出规律性差且开采环境噪音大的不利影响，因此，本发明适应性强，并能够有效控制煤和矸石的放出比例。
②本发明提供的基于灰度识别技术的综放开采放顶煤开采过程混矸比例控制方法，由于采用黑光摄像机来拍摄放煤口煤和矸石的图像，因此，本发明能够有效消除放煤口周围环境能见度差的问题，保证灰度识别的准确度。
③本发明提供的基于灰度识别技术的综放开采放顶煤开采过程混矸比例控制方法，由于图像采集采用32位图像采集，分辨率高，并通过结合煤和岩石的自然色差进行反向处理，提高了煤和矸石的对比度，因此，本发明能够在增加煤块灰度值的同时降低矸石灰度值，提高煤和矸石识别的准确度。
④本发明提供的基于灰度识别技术的综放开采放顶煤开采过程混矸比例控制方法，由于通过系统主机图像灰度处理模块对煤和矸石图像进行扫描，识别了煤和矸石各自所在色域及分布特征，并据此建立了煤和矸石粒径与各自所占比例两个控制指标，因此，本发明能够较为客观、准确的确定放煤口煤和矸石分布情况，对放顶煤过程混矸比例控制效果十分理想。
⑤本发明提供的基于灰度识别技术的综放开采放顶煤开采过程混矸比例控制方法，由于在获得评价指标后经由放顶煤控制器向液压支架电液控制系统发出指令，由液压支架电液控制系统实现对放煤口的关闭和开启，因此，本发明能够真正实现无人自动放顶煤，有效降低放煤对操作人员的健康损害。
⑥本发明提供的基于灰度识别技术的综放开采放顶煤开采过程混矸比例控制方法，由于采用了辅助照明设备，因此，本发明能够进一步降低放煤口周围环境能见度差的影响，保证煤和矸石比例灰度识别的准备性，并不会增加安全隐患和能量消耗。
⑦本发明提供的基于灰度识别技术的综放开采放顶煤开采过程混矸比例控制方法，由于增加了放顶煤控制器显示器，系统主机对煤和矸石图像处理结果可以直观的在放煤现场显示出来，操作人员可以通过现场对处理图像的观察，对于不合理的阈值设定及临时故障进行及时调整处理，因此，本发明非常方便自动化放煤控制和人工操作的组合作业，能够更加有效的保证煤和矸石比例的合理控制。
附图说明
为了使发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
为了使本发明的内容更容易被清晰的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统的结构示意图；
图2是本发明一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统中系统主机的结构示意图；
图3是本发明一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统布置示意图。
附图标记为：1-摄像设备，2-系统主机，3-放顶煤控制器，4-液压支架电液控制系统，5-液压支架，6-辅助照明设备，7-放顶煤控制器图像显示器，201-图像采集模块，202-图像预处理模块，203-图像灰度处理模块，204-系统主机显示模块，501-液压支架底座，502-液压支架掩护梁，503-液压支架顶梁，504-液压支架尾梁。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1-3是本发明一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统及控制方法的优选实施例。
所述基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统包括摄像设备1、系统主机2、放顶煤控制器3、液压支架电液控制系统4和液压支架5；所述摄像设备1用于实时监测煤和矸石从所述液压支架5的尾梁504放煤口放出过程，并连续拍摄煤和矸石放出图像；所述系统主机2包括图像采集模块201、图像预处理模块202、图像灰度处理模块203和系统主机显示模块204，所述图像采集模块201用于将所述摄像设备1拍摄的所述煤和矸石放出图像进行采集并存储于所述系统主机2上；所述图像预处理模块202用于将所述采集的图像进行背景过滤和噪音消除处理；所述图像灰度处理模块203用于识别煤和矸石各自所在色域及分布特征，并计算出煤和矸石的粒径以及各自所占比例；所述系统主机显示模块204用于将所述图像灰度处理模块203处理后的图像在屏幕上显示出来；所述放顶煤控制器3通过接收所述系统主机2处理图像得到的数据，并与预设阈值比较，根据比较结果向所述液压支架电液控制系统4发出指令；所述液压支架电液控制系统4根据所述放顶煤控制器3发出的指令，来确定所述液压支架5的所述尾梁504摆动及其放煤口的关闭和开启；所述摄像设备1安装于所述液压支架5的支架底座501上，与所述系统主机2通过有线或无线方式连接，所述系统主机2通过有线或无线方式与所述放顶煤控制器3进行连接，所述放顶煤控制器3通过有线或无线与所述液压支架电液控制系统(4)进行连接。
在本实施例中，所述基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统还包括辅助照明设备6。
在本实施例中，所述基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统还包括放顶煤控制器图像显示器7。
所述基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制方法，采用本实施例所述的控制系统来控制综采放顶煤开采中放顶煤开采过程混矸的比例。
在本实施例中，所述基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制方法包括如下步骤：
(a)将所述摄像设备1和所述系统主机2安装于所述液压支架5的所述液压支架底座501上，所述摄像设备1靠近所述尾梁504对准所述放煤口；
(b)将所述放顶煤控制器3安装于所述液压支架5的所述液压支架顶梁502上；
(c)将所述各设备进行连接，确保能正常工作，并处于工作状态；
(d)放煤开始后，所述摄像设备连续拍摄所述放煤口放出的煤和矸石，并将煤和矸石图像实时传输给所述系统主机2的所述图像采集模块201；
(e)所述图像采集模块201经采集存储后，将所述煤和矸石图像传输给所述图像预处理模块202，所述图像预处理模块202滤除所述煤和矸石图像原有的背景和噪音，然后再将所述煤和矸石图像传输给所述图像灰度处理模块203，所述图像灰度处理模块203对煤和矸石图像进行煤和矸石识别处理，得到煤和矸石粒径及各自所占比例两个指标；
(f)所述系统主机2将所述图像灰度处理模块203获得的所述煤和矸石粒径以及各自所占的比例两个指标传输给所述放顶煤控制器3，所述放顶煤控制器3将所述煤和矸石的粒径以及各自所占比例两个指标值，与预设置的阈值进行比较，当所述煤和矸石粒径及各自所占比例指标值均超过所述阈值时，所述放顶煤控制器3向所述液压支架电液控制系统4发出关闭所述放煤口的指令；
(g)所述液压支架电液控制系统4在接到所述指令后启动关闭所述放煤口的程序，关闭所述放煤口。
在本实施例中，在所述步骤(e)中，所述图像灰度处理模块203对煤和矸石图像时，结合煤和矸石的自然色差进行反向处理。
在本实施例中，在所述步骤(e)中，所述图像灰度处理模块203对煤和矸石图像进行煤和矸石识别处理后，还将处理结果传输到所述放顶煤控制器图像显示器7上，使操作工人实时直观看到所述放煤口的煤和矸石比例情况。
在其他实施例中，所述放顶煤控制器3安装于所述液压支架5的所述液压支架掩护梁503上。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统，其特征在于：包括摄像设备(1)、系统主机(2)、放顶煤控制器(3)、液压支架电液控制系统(4)和液压支架(5)；
所述摄像设备(1)用于实时监测煤和矸石从所述液压支架(5)的尾梁(504)放煤口放出过程，并连续拍摄煤和矸石放出图像；
所述系统主机(2)包括图像采集模块(201)、图像预处理模块(202)、图像灰度处理模块(203)和系统主机显示模块(204)，所述图像采集模块(201)用于将所述摄像设备(1)拍摄的所述煤和矸石放出图像进行采集并存储于所述系统主机(2)上；所述图像预处理模块(202)用于将所述采集的图像进行背景过滤和噪音消除处理；所述图像灰度处理模块(203)用于识别煤和矸石各自所在色域及分布特征，并获得煤和矸石的粒径以及各自所占比例；所述系统主机显示模块(204)用于将所述图像灰度处理模块(203)处理后的图像在屏幕上显示出来；
所述放顶煤控制器(3)通过接收所述系统主机(2)处理图像得到的数据，并与预设阈值比较，根据比较结果向所述液压支架电液控制系统(4)发出指令；
所述液压支架电液控制系统(4)根据所述放顶煤控制器(3)发出的指令，来确定所述液压支架(5)的所述尾梁(504)摆动及其放煤口的关闭和开启；
所述摄像设备(1)安装于所述液压支架(5)的支架底座(501)上，与所述系统主机(2)通过有线或无线方式连接，所述系统主机(2)通过有线或无线方式与所述放顶煤控制器(3)进行连接，所述放顶煤控制器(3)通过有线或无线与所述液压支架电液控制系统(4)进行连接。
2.根据权利要求1所述的基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统，其特征在于：还包括辅助照明设备(6)。
3.根据权利要求1或2所述的基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制系统，其特征在于：还包括放顶煤控制器图像显示器(7)。
4.一种基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制方法，其特征在于：采用权利要求1-3任一所述的控制系统来控制综采放顶煤开采中放顶煤开采过程混矸的比例。
5.根据权利要求4所述的基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
(a)将所述摄像设备(1)和所述系统主机(2)安装于所述液压支架(5)的所述液压支架底座(501)上，所述摄像设备(1)靠近所述尾梁(504)对准所述放煤口；
(b)将所述放顶煤控制器(3)安装于所述液压支架(5)的所述液压支架顶梁(502)或所述液压支架掩护梁(503)上；
(c)将所述各设备进行连接，确保能正常工作，并处于工作状态；
(d)放煤开始后，所述摄像设备连续拍摄所述放煤口放出的煤和矸石，并将煤和矸石图像实时传输给所述系统主机(2)的所述图像采集模块(201)；
(e)所述图像采集模块(201)经采集存储后，将所述煤和矸石图像传输给所述图像预处理模块(202)，所述图像预处理模块(202)滤除所述煤和矸石图像原有的背景和噪音，然后再将所述煤和矸石图像传输给所述图像灰度处理模块(203)，所述图像灰度处理模块(203)对煤和矸石图像进行煤和矸石识别处理，得到煤和矸石粒径及各自所占比例两个指标；
(f)所述系统主机(2)将所述图像灰度处理模块(203)获得的所述煤和矸石粒径以及各自所占的比例两个指标传输给所述放顶煤控制器(3)，所述放顶煤控制器(3)将所述煤和矸石的粒径以及各自所占比例两个指标值，与预设置的阈值进行比较，当所述煤和矸石粒径及各自所占比例指标值均超过所述阈值时，所述放顶煤控制器(3)向所述液压支架电液控制系统(4)发出关闭所述放煤口的指令；
(g)所述液压支架电液控制系统(4)在接到所述指令后启动关闭所述放煤口的程序，关闭所述放煤口。
6.根据权利要求5所述的基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制方法，其特征在于：在所述步骤(e)中，所述图像灰度处理模块(203)对煤和矸石图像时，结合煤和矸石的自然色差进行反向处理。
7.根据权利要求5所述的基于灰度识别技术的放顶煤开采过程混矸比例控制方法，其特征在于：在所述步骤(e)中，所述图像灰度处理模块(203)对煤和矸石图像进行煤和矸石识别处理后，还将处理结果传输到所述放顶煤控制器图像显示器(7)上，使操作工人实时直观看到所述放煤口的煤和矸石比例情况。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |