＊赵婧 王浩 冯杰
（山西高河能源有限公司 山西 046000）
立井提升系统是煤矿运输的咽喉，提升效率决定着煤矿的生产效率，而影响主井提升机安全运行和提升效率的主要因素就是箕斗残留而导致的重复装载提升，在主井提升机箕斗卸煤时，会因提升的煤炭含水量较大黏度较大、大块物料卡滞、箕斗扇形门未全打开或箕斗因内部磨损等情况，会造成箕斗卸载不完全而余煤。如箕斗余煤，则会造成重复装载提升，从而井底每箕斗提升的效率，严重的会导致提升机过载跳闸，此时必须安排人员从副井下井至装载硐室，人力将箕斗内多余的煤扒出。如余煤量过大，则需使用手拉葫芦等工具将箕斗扇形门拉开缝隙，慢慢将煤从箕斗放出至井底，如操作不当很容易将主井底防撞梁、梯子间等砸坏，扩大事故。人员在井筒高空作业，危险系数较大，且耗费大量人力物力，影响生产时间。如箕斗余煤，提升机过载保护设定值较大，未发生过载跳闸，则会重物超载提升，提升机加减速或制动时，很可能因钢丝绳与滚筒摩擦力不足而造成下滑，后果更是极其严重。在以往的提升器中，箕斗残留检测一直是一个大难题，箕斗残留检测也显得异常重要，随着矿井视频监控、信息处理和人工智能技术的发展，一套基于视频智能分析的直观的、可靠的箕斗残留识别检测系统应用而生。
矿井箕斗卸矿过程中，时常会遇到因各种因素造成的箕斗中存在残余煤炭的情形，本来应当全部卸载的煤，部分被截留于箕斗中。箕斗存在余矿时，由于每次装入一定量的矿石，将使总重量加大，在运行的加速过程中，牵引绳的受力增大，严重时会导致牵引绳绷断，箕斗坠落，引发严重的安全事故。主井提升机担负着全矿的生产运输任务，主井提升机的安全、可靠、高效运行是保证高效生产的关键，而影响主井提升机安全运行的最大障碍之一就是箕斗不能完全卸空而导致的重复装载，不仅使计量不准，还容易造成事故。在以往的提升器中，箕斗装载的检测一直是一个大难题，其难点在于箕斗是一个移动的容器，检测信号的传输难以实现。由此可见，上述现有的矿井提升机箕斗卸空控制仍存在缺陷，亟待进一步改进。为了解决上述存在的问题，全国技术人员都费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计能完美解决此问题。因此开发一种新的主井提升机配套的箕斗卸空检测识别装置，迫在眉睫。
系统设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则，并综合考虑维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。其具有以下原则：
安全性：符合矿井安全生产要求，所有井下设备均通过MA认证，达到国家规定安全指标的基础上，提升系统的性能。
先进性：系统的技术性能应达到国际先进水平，同时系统的安装调试、软件编程和操作使用应简单易行，容易掌握。
经济性与实用性：充分考虑箕斗残留检测实际需要的信息技术和发展趋势，根据实际环境选用符合现场应用的配置方案，充分考虑系统性价比，节约工程投资，同时保证系统功能，经济实用。
可靠性：系统满足7×24h，全年365天全天候长期稳定运行。
稳定性：系统设计具有较高的稳定性，系统具有一整套完整的系统管理策略，保证系统的稳定运行。
迭代性：系统软件、算法可以进行在线升级迭代和扩展。
系统在主井上口箕斗卸载处安装一套高帧率摄像仪，通过高算力的分析装置，将抓拍到的图像实时传输至分析装置进行分析，检测箕斗运行状态，发生异常或者残留进行报警，并在操作室客户端软件实时发出报警，提醒操作人员进行有效操作，系统具备历史数据查询，并根据数据分析，提示检修人员将经常发生残留的箕斗进行改造，减少残留概率，并持续改进，彻底杜绝残留，保障提升系统安全、稳固、可靠及智能化等。
（1）系统结构及组成。基于机器视觉的主井提升箕斗残留智能识别系统，主要包括监控计算机、矿用本安型交换机、矿用隔爆兼本安型分析装置、矿用本安型高速摄像仪、矿用隔爆型补光灯、矿用隔爆兼本安型电源六个部分，系统利用安装在箕斗的矿用本安型高速摄像仪和内置GPU芯片和AI视频分析算法的矿用隔爆兼本安型分析装置实现对主井提升箕斗残留的视频识别，视频数据和分析报警数据通过安装在提升机监控室的监控计算机进行显示、报警和记录。
（2）系统设备组成及连接分布。①摄像仪和补光灯安装于箕斗开口部位上方位置，与竖直面夹角呈约10°～30°，摄像仪以拍摄到箕斗底部为宜，并手动调节焦距至最佳状态；
②现场可根据实际情况将摄像仪和补光灯安装于同侧或分开两侧安装；
③频闪灯为脉冲触发，与摄像仪之间通过触发线相连；
④分析装置选择就近位置放置，摄像仪由分析装置的12V端口供电，供电距离需小于30m，防止线缆损耗导致摄像仪无法启动；
⑤考虑摄像仪为高帧率相机，带宽占用大，所以摄像仪与分析装置之间的网线需选用六类网线，分析装置内部也需千兆交换机进行转发。
（1）监控计算机和AI客户端软件平台。监控计算机平台安装在提升机监控室，可实时查看现场视频，具备分析预览、实时预览及报警历史记录查询等功能。并且将智能分析功能加入到客户端中，客户端可以对所有摄像机和智能分析装置进行设备发现、IP修改、软件升级、区域划分、报警类型配置、日志下载、配置系统的摄像机通道、智能摄像机分析功能、服务器识别算法、用户管理等，同时提供Web浏览功能。通过管理软件能实时显示箕斗的运行状态、环境状态、故障、并根据客户选择的配置打开相应的视频监控进行查看。（2）矿用本安型交换机。内置千兆和百兆光接口、百兆电接口，将前端的视频信号和隔爆分析装置的信号传输给监控计算机。（3）AI分析装置。基于ARM+DSP的架构，主要进行各种智能分析算法的运算，智能分析服务器主要用于集中分析现有摄像机的图像，可以对箕斗残留分级报警，同时具备箕斗运行状态的实时监测分析等功能。（4）矿用本安型高速AI摄像机。根据箕斗运行速度，采用高帧率相机，有效提供抓拍的清晰度和有效性，即使是在高速运行中的箕斗也能有效抓拍到清晰图片，为分析识别率提供有效的前端保障。（5）声光报警器及补光灯。针对箕斗位置特殊，环境噪声大，增加一套声光报警器，让现场人员能第一时间接到报警，有效处理，保障提升系统的安全稳定运行。（6）系统主要工作过程。矿用本安型高速摄像仪采集现场高速运行的箕斗卸载情况视频数据，将视频数据传输给矿用隔爆兼本安型分析装置（内置GUP和箕斗残留识别算法），通过分析装置的识别将分析结果通过矿用本安型交换机传输给监控室的监控计算机，在监控计算机的箕斗残留识别软件进行统一显示、报警和记录。
该系统不仅只可以检测箕斗卸载情况，还可以检测箕斗运行状态，同时客户端软件具备实时报警和语音提示功能，该系统采用高帧率相机搭配高频补光灯，抓拍的图像清晰，系统具备自学功能，无需人为进行样本训练，识别率高。且造价低廉，功能完善，重大价值得以充分显现出来。系统的主要功能具体如下：
（1）实时显示、识别卸载点箕斗煤料堆堵状况，系统可对主井箕斗卸载进行有效安全控制，以免箕斗重载下放或二次装载的事故发生。（2）控制主机可检测箕斗被测载面卸载残留煤的厚度值，按预设的上、下限报警值进行报警。（3）采用视频监控系统及图像识别技术，实现箕斗卸载情况的可视化监控。监控数据既可以本地报警、本地显示，也可以接入调度中心。（4）具有控制信号输出，可根据报警等级进行系统联动停机并通过语音在司机台发出声音报警；
（5）系统具备箕斗运行情况实时检测和报警功能。（6）运用视频监控及图像识别技术监测箕斗卸载情况，与提升机控制系统相连，实现对提升机监控保护，防止因卸载不净导致重斗下放的情况发生。（7）具备Modbus-TCP协议与提升系统的联动，读取箕斗到位信号及不到位信号。（8）系统具备自学功能，无需经历漫长的样本搜集和训练过程。（9）系统具备语音报警功能，可通过客户端进行语音预警，弹窗预警及现场的声光报警。（10）对监控区域可以抓拍图片及录像，形成报警记录，将报警信息推送到客户端；
可以对报警信息进行筛选确认，按报警时间和所属通道分类汇总并生成报表。
（1）利用机器视觉+人工智能的方法实现对箕斗残留的识别和报警，解决了箕斗残留的问题，系统通信设备采用标准TCP/IP协议，具有远程WEB管理功能，维护操作简便；
（2）设计开发了适合煤矿应用的矿用高帧频摄像仪，解决了提升机快速移动的视频采集问题；
（3）设计开发了适合煤矿应用的矿用隔爆兼本安型视频分析装置，内置GUP和AI识别算法，实现对视频信号的提取和分析；
（4）具有联动控制功能：箕斗残留识别后既可以报警和抓拍，给人员报警提示，也可根据设置输出开关量或者MODBUS-TCP协议进行联动控制。
系统采用先进的设计理念，国内首次使用基于视频视觉的AI智能识别箕斗运行状况和残留，直观有效的识别出箕斗残留数量和等级，大大降低了箕斗因残留造成的洒煤和提升效率低的情况，减少了岗位工人的数量和人为判断的误区及盲点，提高生产和运煤的效率，保障了提升系统的运行安全，提升煤矿智能化水平。
基于机器视觉的主井提升箕斗残留识别系统是一种采用TCP/IP、流媒体视频、人工智能等技术开发的新一代基于机器视觉的主井提升箕斗残留识别系统，系统采用分布式控制结构，支持TCP/IP通信协议，利用机器视觉+人工智能技术实现提升系统箕斗残留的有效识别和报警，解决了箕斗残留无法识别的技术难题，系统实时检测提升箕斗卸载的残留状态，卸载残留达到设定的阈值自动进行报警，抓拍照片及录像，生成报警记录。系统具备输出联动控制接口和协议的功能，可以控制提升机停勾，为提升机的设备安全运行和提升效率提高提供技术保障，该系统特别适合在煤矿主井恶劣环境中使用，整个系统智能化程度高、抗干扰能力显著、可靠性高、环境适应性强。实现了箕斗卸煤管理信息化、数字化和智能化，提高我国煤炭生产设备的研究设计与生产制造能力安全生产水平。为煤矿智能化生产奠定了坚固的基础。具有广泛的应用和推广价值。可推动我国无人（少人）智能提升自动化技术的发展。
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