一種基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及綜放開采過程中放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]我國煤炭資源非常豐富，厚度在3.5m以上的煤層儲量占總儲量的40%以上，放頂煤開采在經濟效益上有著巨大的優(yōu)勢，因此，目前我國厚煤層的主導采煤方法是放頂煤開米。
[0003]但是，放頂煤開采也存在幾個亟待解決的技術問題，其中之一就是放頂煤開采中的放煤問題。放煤作業(yè)都是在液壓支架后方進行，液壓支架后方環(huán)境惡劣，放煤操作工人無法進入到液壓支架后方進行操作，只能站在液壓支架間憑借個人經驗操作，因而對于放煤過程的控制十分困難，放出的煤不是矸石太多，就是頂煤放出率低，均造成資源巨大浪費；同時放煤過程會產生大量的粉塵和瓦斯，對放煤操作工人的生命健康造成巨大威脅。
[0004]目前，煤礦企業(yè)及科研院所一般都是通過采用電液控制系統(tǒng)控制放煤技術、聲音控制放煤技術等控制方法來試圖解決上述放煤問題。但效果都不明顯，資源浪費情況在一些情況可能更大。采用現(xiàn)有控制方法雖然在表面上實現(xiàn)了放煤控制自動化，但由于放煤效果不理想，實際放煤依然需要大量人工干預，放煤作業(yè)對操作工人生命健康的威脅依然不減。
[0005]綜上所述，直到目前，還沒有一種控制方法能夠有效解決放頂煤開采中放煤控制困難，資源浪費嚴重和操作工人生命健康受到嚴重威脅的問題。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供了一種基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)及方法。
[0007]一種基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)，包括攝像設備、系統(tǒng)主機、放頂煤控制器、液壓支架電液控制系統(tǒng)和液壓支架；所述攝像設備用于實時監(jiān)測煤和矸石從所述液壓支架的尾梁放煤口放出過程，并連續(xù)拍攝煤和矸石放出圖像；所述系統(tǒng)主機包括圖像采集模塊、圖像預處理模塊、圖像灰度處理模塊和系統(tǒng)主機顯示模塊，所述圖像采集模塊用于將所述攝像設備拍攝的所述煤和矸石放出圖像進行采集并存儲于所述系統(tǒng)主機上；所述圖像預處理模塊用于將所述采集的圖像進行背景過濾和噪音消除處理；所述圖像灰度處理模塊用于識別煤和矸石各自所在色域及分布特征，并獲得出煤和矸石的粒徑以及各自所占比例兩個指標值；所述系統(tǒng)主機顯示模塊用于將所述圖像灰度處理模塊處理后的圖像在屏幕上顯示出來；所述放頂煤控制器通過接收所述系統(tǒng)主機處理圖像得到的數(shù)據(jù)，并與預設閾值比較，根據(jù)比較結果向所述液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)出指令；所述液壓支架電液控制系統(tǒng)根據(jù)所述放頂煤控制器發(fā)出的指令，來確定所述液壓支架的所述尾梁擺動及其放煤口的關閉和開啟；所述攝像設備安裝于所述液壓支架的支架底座上，與所述系統(tǒng)主機通過有線或無線方式連接，所述系統(tǒng)主機通過有線或無線方式與所述放頂煤控制器進行連接，所述放頂煤控制器通過有線或無線與所述液壓支架電液控制系統(tǒng)進行連接。
[0008]可選的，所述的基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)還包括輔助照明設備。
[0009]可選的，所述攝像設備包括一臺基32位黑光高速攝像機。
[0010]可選的，所述的基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)還包括放頂煤控制器圖像顯示器。
[0011]一種基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制方法，采用上述控制系統(tǒng)來控制綜采放頂煤開采中放頂煤開采過程混矸的比例。
[0012]所述的基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制方法，包括如下步驟:
[0013](a)將所述攝像設備和所述系統(tǒng)主機安裝于所述液壓支架的所述液壓支架底座上，所述攝像設備靠近所述尾梁對準所述放煤口 ；
[0014](b)將所述放頂煤控制器安裝于所述液壓支架的所述液壓支架頂梁或所述液壓支架掩護梁上；
[0015](C)將所述各設備進行連接，確保能正常工作，并處于工作狀態(tài)；
[0016](d)放煤開始后，所述攝像設備連續(xù)拍攝所述放煤口放出的煤和矸石，并將煤和矸石圖像實時傳輸給所述系統(tǒng)主機的所述圖像采集模塊；
[0017](e)所述圖像采集模塊經采集存儲后，將所述煤和矸石圖像傳輸給所述圖像預處理模塊，所述圖像預處理模塊濾除所述煤和矸石圖像原有的背景和噪音，然后再將所述煤和矸石圖像傳輸給所述圖像灰度處理模塊，所述圖像灰度處理模塊對煤和矸石圖像進行煤和矸石識別處理，得到煤和矸石粒徑及各自所占比例兩個指標；
[0018](f)所述系統(tǒng)主機將所述圖像灰度處理模塊獲得的所述煤和矸石粒徑以及各自所占的比例兩個指標傳輸給所述放頂煤控制器，所述放頂煤控制器將所述煤和矸石的粒徑以及各自所占比例兩個指標值，與預設置的閾值進行比較，當所述煤和矸石粒徑及各自所占比例指標值均超過所述閾值時，所述放頂煤控制器向所述液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)出關閉所述放煤口的指令；
[0019](g)所述液壓支架電液控制系統(tǒng)在接到所述指令后啟動關閉所述放煤口的程序，關閉所述放煤口。
[0020]可選的，在所述步驟(e)中，所述圖像灰度處理模塊對煤和矸石圖像時，結合煤和矸石的自然色差分別進行反向處理。提高煤和矸石的對比度，在增加煤塊灰度值的同時降低矸石灰度值，使得混矸分界更清晰。
[0021]可選的，在所述步驟(e)中，所述圖像灰度處理模塊對煤和矸石圖像進行煤和矸石識別處理后，還將處理結果傳輸?shù)剿龇彭斆嚎刂破鲌D像顯示器上，使操作工人實時直觀看到所述放煤口的煤和矸石比例情況。
[0022]本發(fā)明的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:
[0023]①本發(fā)明提供的基于灰度識別技術的綜放開采放頂煤開采過程混矸比例控制方法，由于采用灰度識別技術來達到控制煤和矸石比例的目的，有效消除了煤層開采條件復雜，頂煤放出規(guī)律性差且開采環(huán)境噪音大的不利影響，因此，本發(fā)明適應性強，并能夠有效控制煤和矸石的放出比例。
[0024]②本發(fā)明提供的基于灰度識別技術的綜放開采放頂煤開采過程混矸比例控制方法，由于采用黑光攝像機來拍攝放煤口煤和矸石的圖像，因此，本發(fā)明能夠有效消除放煤口周圍環(huán)境能見度差的問題，保證灰度識別的準確度。
[0025]③本發(fā)明提供的基于灰度識別技術的綜放開采放頂煤開采過程混矸比例控制方法，由于圖像采集采用32位圖像采集，分辨率高，并通過結合煤和巖石的自然色差進行反向處理，提高了煤和矸石的對比度，因此，本發(fā)明能夠在增加煤塊灰度值的同時降低矸石灰度值，提高煤和矸石識別的準確度。
[0026]④本發(fā)明提供的基于灰度識別技術的綜放開采放頂煤開采過程混矸比例控制方法，由于通過系統(tǒng)主機圖像灰度處理模塊對煤和矸石圖像進行掃描，識別了煤和矸石各自所在色域及分布特征，并據(jù)此建立了煤和矸石粒徑與各自所占比例兩個控制指標，因此，本發(fā)明能夠較為客觀、準確的確定放煤口煤和矸石分布情況，對放頂煤過程混矸比例控制效果十分理想。
[0027]⑤本發(fā)明提供的基于灰度識別技術的綜放開采放頂煤開采過程混矸比例控制方法，由于在獲得評價指標后經由放頂煤控制器向液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)出指令，由液壓支架電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)對放煤口的關閉和開啟，因此，本發(fā)明能夠真正實現(xiàn)無人自動放頂煤，有效降低放煤對操作人員的健康損害。
[0028]⑥本發(fā)明提供的基于灰度識別技術的綜放開采放頂煤開采過程混矸比例控制方法，由于采用了輔助照明設備，因此，本發(fā)明能夠進一步降低放煤口周圍環(huán)境能見度差的影響，保證煤和矸石比例灰度識別的準備性，并不會增加安全隱患和能量消耗。
[0029]⑦本發(fā)明提供的基于灰度識別技術的綜放開采放頂煤開采過程混矸比例控制方法，由于增加了放頂煤控制器顯示器，系統(tǒng)主機對煤和矸石圖像處理結果可以直觀的在放煤現(xiàn)場顯示出來，操作人員可以通過現(xiàn)場對處理圖像的觀察，對于不合理的閾值設定及臨時故障進行及時調整處理，因此，本發(fā)明非常方便自動化放煤控制和人工操作的組合作業(yè)，能夠更加有效的保證煤和矸石比例的合理控制。
【附圖說明】
[0030]為了使發(fā)明的內容更容易被清楚的理解，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0031]為了使本發(fā)明的內容更容易被清晰的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中:
[0032]圖1是本發(fā)明一種基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0033]圖2是本發(fā)明一種基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)中系統(tǒng)主機的結構示意圖；
[0034]圖3是本發(fā)明一種基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)布置示意圖。
[0035]附圖標記為:1_攝像設備，2-系統(tǒng)主機，3-放頂煤控制器，4-液壓支架電液控制系統(tǒng)，5-液壓支架，6-輔助照明設備，7-放頂煤控制器圖像顯示器，201-圖像采集模塊，202-圖像預處理模塊，203-圖像灰度處理模塊，204-系統(tǒng)主機顯示模塊，501-液壓支架底座，502-液壓支架掩護梁，503-液壓支架頂梁，504-液壓支架尾梁。
【具體實施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0037]圖1-3是本發(fā)明一種基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)及控制方法的優(yōu)選實施例。
[0038]所述基于灰度識別技術的放頂煤開采過程混矸比例控制系統(tǒng)包括攝像設備1、系統(tǒng)主機2、放頂煤控制器3、液壓支架電液控制系統(tǒng)4和液壓支架5 ;所述攝像設備I用于實時監(jiān)測煤和矸石從所述液壓支架5的尾梁504放