[发明专利]基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警方法，该方法涉及图像处理和通信等领域。

背景技术

煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。我国煤矿发生重特大事故中，多数为重特大瓦斯事故，瓦斯事故所造成的伤亡人数也是所有煤矿事故中所占比例最大的。因此，瓦斯事故防治十分重要。

瓦斯事故包括瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、瓦斯窒息、瓦斯燃烧等事故。为避免或减少煤与瓦斯突出事故发生，人们提出了多种煤或岩与瓦斯突出防治方法，在煤矿安全生产工作中发挥着重要作用。但现有煤与瓦斯突出实时监测与预报方法(包括微震、声发射、电磁辐射、红外辐射等)误报率和漏报率还较高，难以满足煤矿安全生产的需要。

煤矿井下的掘进工作面易发生煤与瓦斯突出，如能在第一时间快速准确地判定该区域的煤与瓦斯突出，可有效避免煤与瓦斯突出引发瓦斯爆炸等事故，避免或减少由于瓦斯窒息和瓦斯爆炸造成人员伤亡。

发明内容

当煤矿掘进工作面发生煤与瓦斯突出情况时，会有大量的煤岩高速向外涌出，并大量堆积在工作面大部分区域内，并通过掘进巷道向外涌出，并可能对该区域内的各类电子设备及通信线路造成损坏，同时甲烷浓度迅速增高；本发明根据这些特点提出了一种基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警方法，主要原理在于，通过对摄像机采集视频图像的实时分析，发现监控区域内异常的大量煤岩的运动与堆积，结合甲烷传感器的数值变化情况实现煤与瓦斯突出报警。具体方法包括：

1.煤矿井下，在掘进工作面的掘进巷道中或掘进机上、掘进巷道岔口一侧或两侧放置摄像机；实时检测所采集的各路视频图像数据，检测摄像机及通信线路的工作情况，同时监测附近区域的甲烷传感器数值的变化；当检测到摄像机视频图像中设定区域异常出现物体堆积、或大量物体高速运动时，则判定为数据异常；当检测到数据异常同时监测到附近区域的甲烷浓度迅速增高或达到报警值，或数据异常与相关设备故障在短时间内相继出现，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源，通知撤出煤矿井下作业人员。

2.摄像机安装位置靠近巷道顶部或高度大于2米；手动设定摄像机焦距和曝光值，并关闭摄像机的自动对焦和自动白平衡功能。

3.对掘进工作面的掘进巷道中或掘进机上摄像机监控范围境内的未被掘进机遮挡的部分区域进行设定，在摄像机工作正常及视频通信正常的条件下，当检测到设定区域的视频图像数据发生剧烈变化，而且数据变化不可恢复，同时监测到附近区域的甲烷浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。

4.对掘进工作面的掘进巷道中或掘进机上摄像机采集的视频图像与背景图像的设定区域运用差分算法进行运算；再对差值图像进行二值化处理实现对运动物体的分割；当统计发现发生了物体移动的区域的像素数超过阈值并持续一段时间，同时监测到附近区域的甲烷浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。

5.当检测到掘进巷道岔口进风侧或回风侧放置的摄像机所采集的视频图像中有大量物体向巷道远离工作面方向高速运动，同时监测到附近区域的甲烷浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。

6.对掘进巷道岔口进风侧或回风侧摄像机采集的视频图像与保存的本路背景图像运用差分算法进行运算；在对差值图像进行二值化处理实现对运动物体的分割；当统计发现某路图像中物体移动的区域的像素数均超过相关阈值并持续增大，同时监测到附近区域的甲烷浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。

7.当检测到画面中的多件原位置固定的物体都向巷道远离工作面方向高速运动，同时监测到附近区域的甲烷浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。

8.如权利要求7所述的报警方法，其特征在于：对监控区域进行设定和静态背景图像中的固定物体轮廓形状预先进行设置；运用差分算法对视频图像与保存的背景图像进行运算；对运算得到的差值图像进行二值化处理实现对运动物体的分割；统计各固定物体轮廓形状区域与发生了物体移动的区域的交集像素数，当各交集像素数与各固定物体轮廓形状区域像素数比值超过相关阈值，并持续增大，同时监测到附近区域的甲烷浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警和断电闭锁信号。