智能分析技术在煤矿井下钻场监控系统中的应用探究

智能分析技术在煤矿井下钻场监控系统中的应用探究

摘要：传统的视频监控系统主要是由监控中心中视频显示、作业点视频采集及网络通信传输系统等设备构成，能够实时监测到重点作业位置的工况信息，为煤矿安全生产提供了良好的保障。本文对智能分析技术在煤矿井下钻场监控系统中的应用进行分析，以供参考。

关键词：智能分析；煤矿井下；钻场监控

引言

改革开放以来，我国煤炭工业通过不断自主创新取得了长足的发展，煤炭开采经历从人工、机械化、自动化到初级智能化的转变，矿井生产规模、生产效率显著提升，我国相继建成上百个智能化工作面。伴随着采煤方法与工艺的进步，高产高效矿井对地质保障程度的要求不断提高，煤矿井下坑道钻探作为保障煤矿安全高效生产的重要组成部分，在瓦斯高效抽采、顶板超前疏排水、底板隔水层注浆加固、井下隐蔽致灾地质因素探查等方面发挥了重要作用。

1智能视频监控系统的架构

智能视频监控系统主要由三部分组成:前端设备、传输网络和监控中心。前端设备是系统的“视听器官”，包括摄像机、镜头、拾音器、防护罩等;传输网络是系统的“神经网络”，必须保证系统上下通畅，不受或少受干扰;监控中心是整个系统的“大脑”，包括视频服务器(DVS)、网络录像机(NVR)、视频内容分析单元(VCA)、中央管理平台(CMS)、存储设备、解码显示设备等。智能视频监控系统采用全分布式结构，不受空间的限制，并具有抗干扰能力。智能管理软件能够实现视频资源的管理、传输、调用、存储、报警等功能。

2智能分析技术在监控系统中的应用

智能分析式视频监控系统主要由采集装置、信息传输、监控、智能分析等部分构成。其中采集装置需要安装在监控区域，全天候地传递数据信息，获取监控视频。采集装置则通过多台摄像机和配电机箱等组成，因其安装在井下，需要使用本安或隔爆型矿用光纤摄像仪，其外壳必须防水、防尘、防腐，为不锈钢外壳，以适应煤尘爆炸及瓦斯爆炸等风险的作业环境。传输系统主要是应用双绞线电缆传输技术，利用双绞线传输信号，双绞线有限距离不小于2km，上下行宽带可达20m，能有效解决钻场施工过程中移动性较强、维护烦琐、环境恶劣、光缆熔接困难等问题，且能确保数据传输的有效性和准确性，传输系统常由交换机及收发器等组成。监控装置主要安装在地面调度室内，其功能是线上系统采集的视频监控信息及数据，接受智能分析装置检测、分析异常事件的数据和报警，分析处理异常数据，并存入数据库，以备查询和检索异常事件。智能分析系统则主要由打钻监控、画面分析、智能识别及预警等部分构成。

3监控中心设计

3.1视频解码与图像显示

在智能视频监控系统中，视频的解码与图像显示是最终的环节，所有的视频图像在经历了编码、传输、存储之后，解码显示才是用户的最终应用界面。大屏幕拼接显示系统，可以实现整屏画面任意分割、开窗漫游等拼控功能，目前已在大型项目中广泛应用。根据显示单元的工作方式，主要有两种类型:LCD、LED平板显示单元拼接系统和DLP、激光等投影显示系

统。其中，激光投影显示技术具有无拼接、更节能、色域宽等特点，将成为未来高端显示的

主流

3.2网络录像机(NVR)

网络录像机简称NVR，是智能视频监控系统的存储转发单元，与视频编码器或网络摄像

机配合工作，完成视频的录像、存储与转发。网络录像机是真正的数字化、网络化的系统，

具有良好的集成能力，无论在视频的互联互通方面，还是与其他的安防子系统的融合上，都

比较灵活方便存储空间计算:每路视频存储容量(TB)=[视频码流(Mb)×60s×60min×24h×存储天数/8]/1024/1024。总存储容量=每路码流大小×总路数×总存储时间近几年已开始推广应用H.265

编码标准，H.265编码标准极大缓解了高清视频流传输的网络带宽压力，同等的画面质量仅

需要H.264编码标准带宽的一半，也节省了存储空间。

4智能化定向钻探技术发展路径

4.1自动化定向钻机集成控制

煤矿井下自动化定向钻机是实现自动化定向钻进的核心装备，通过自动化控制技术与电

液比例控制技术、传感器检测技术、网络通讯技术、可视化监测技术、防爆控制设计技术的

深度融合和高效集成，实现井下自动装卸钻杆、自动钻进、自主调节、远程控制等功能，同

时能满足爆炸性气体环境、封闭受限空间作业环境和复杂多样地质环境下作业要求。自动化

定向钻机将在防突、探放水和防冲钻孔施工中发挥关键作用，可将施工人员从危险作业环境

和繁重劳动中解放出来。

4.2基于预定轨迹的高精度导向钻进技术

结合煤矿井下旋转导向钻进与地质导向钻进的优势进行钻孔轨迹的高精度导向控制是自

动化定向钻进的显著特征。旋转导向钻进可实现钻孔轨迹的随钻测量和控制，能够在钻杆柱

旋转状态下连续和实时调控井眼轨迹，确保实钻轨迹与预定轨迹在偏差范围内，具有钻进效

率高、轨迹平滑、延伸能力强、孔内清洁度高的优势，可满足井下超长和超大直径定向钻孔

施工需要。地质导向钻进可实现地质参数的实时测量与地层评价，它是以随钻测量地质信息

为基础，通过不断修正和精确控制钻孔轨迹命中目标，实现最优化导向钻进。

5智能化定向钻探关键技术

智能化定向钻探是煤矿井下坑道钻探的高级阶段。目前，煤矿井下随钻测量定向钻进技

术与装备在中硬煤层、碎软煤层、复杂顶底板岩层取得了较好的应用效果。但由于煤矿井下

特殊作业环境及现阶段技术发展水平的限制，距离实现智能化定向钻探还有相当长的路程要走。实现自动化定向钻探是进行智能化定向钻探的关键，目前亟需在以下核心技术方面取得

突破：①自动化定向钻机研制；②旋转导向钻进技技术；③地质导向钻进技术；④随钻地

质信息三维动态建模技术；⑤智能化钻探数据库；⑥钻孔事故预防与处理技术。

6钻场视频监控智能分析的实现及其预警技术分析

智能分析预警主要是针对钻场视频监控区物体出现的异常扭曲、位移等状况进行快速识

别及自动预警。这种识别及预警较为主动，能够及时捕捉到视频内容中异常变化，调度管理

者能够在室内有效监测到异常情况发生的位置，有效地弥补了传统监控系统的缺陷。智能预

警技术主要包括检测异常、设置动态区域、图像清晰化过滤及芯片嵌入等技术。系统采集到

预设区域作为监测重点，该区域内画面如果发生异常变化，该视觉分析系统便会感知，在对

光线变化干扰排除后进行识别检测，从而提高了检测的准确性和可靠性。同时，应用设置动

态区域的技术重新设置监测区域，并对其进行检测扫描。此外，由于阴影遮挡、光线变化及

采集设备抖动等因素的干扰，会给监控视频清晰度带来影响，为此应对其进行过滤，以提高

识别及检测的准确性和可靠性。当然，若要确保智能预警系统的稳定还需要应用嵌入式技术。