李波,周榮福(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇 徐州 221000)
在2018年,我國(guó)已實(shí)現(xiàn)了在煤礦井下孔超過(guò)2 300.0m,相關(guān)此方面技術(shù)的研究與設(shè)計(jì)已達(dá)到了一種世界級(jí)水平。在煤礦井下孔深度不斷增加的過(guò)程中,工程實(shí)施可能遇到的不可測(cè)因素也越來(lái)越多,與此同時(shí),煤礦井下孔內(nèi)發(fā)生工程安全事故的概率也將越來(lái)越大。其中,下孔鉆具掉落在工程中,便屬于一種常規(guī)性的事故類(lèi)型[1-2]。發(fā)生事故的原因不僅在于定向施工鉆孔器具接頭過(guò)多,同時(shí)也在于目前工程實(shí)施,對(duì)其進(jìn)行的可視化處理不到位所造成。針對(duì)提出的問(wèn)題,大部分工程隊(duì)伍,選擇盲目打撈的方式對(duì)鉆具進(jìn)行獲取。但此種行為的實(shí)施由于技術(shù)支撐不到位,極易發(fā)生二次事故問(wèn)題,為了更好地解決這一問(wèn)題,提升下孔過(guò)程中對(duì)相關(guān)器具的可視化能力,文章將根據(jù)煤礦井下孔行為的實(shí)施,設(shè)計(jì)一種面向下孔事故的可視處理技術(shù),致力于通過(guò)此種方式,為井下施工提供一種全新的技術(shù),降低二次事故的發(fā)生概率,確保煤礦井下孔工程的順利實(shí)施。
為了確保文章設(shè)計(jì)的可視處理技術(shù)在應(yīng)用中具備一定有效性,可選擇某煤礦井下孔工程作為研究對(duì)象,對(duì)其孔內(nèi)工程信息進(jìn)行描述[3],具體如表1所示。
表1 煤礦井下孔內(nèi)工程信息描述
在掌握煤礦井下孔內(nèi)工程相關(guān)信息的基礎(chǔ)上,使用計(jì)算機(jī)控制下孔深度與開(kāi)關(guān),并在下孔的前端安裝傳感裝置,使其接口與RS223單片機(jī)進(jìn)行連接。當(dāng)下孔深度位于B3#孔時(shí),可打開(kāi)傳感器接口開(kāi)關(guān),以此種方式獲取煤礦井下孔內(nèi)連續(xù)圖像[4]。直到觀察計(jì)算機(jī)顯示無(wú)明顯異常后,完成對(duì)事故信息的初步采集。
當(dāng)完成對(duì)事故信息的采集后,使用終端計(jì)算機(jī)裝置,控制透性光源的開(kāi)啟,將獲取的光源信息使用光學(xué)處理鏡頭進(jìn)行放大處理,使其成像在CMOS傳感器上,并將信息以一種串行通信的方式,傳遞在計(jì)算機(jī)終端,將其以24位圖像格式的方式進(jìn)行存儲(chǔ)[5]??紤]到獲取的處理圖像,可能會(huì)受到獲取信息過(guò)程中圖像弧度值的影響,因此需要在完成對(duì)事故信息的獲取后,同步對(duì)其進(jìn)行磨粒提取,使獲取的信息呈現(xiàn)一種二值化圖像。
例如在獲取每一組連續(xù)圖像中,可認(rèn)為其中每一個(gè)連續(xù)的像素點(diǎn)均是由B、G、R三類(lèi)連續(xù)的分量構(gòu)成,而對(duì)其進(jìn)行灰度處理,便是將連續(xù)的分量進(jìn)行重組,得到一組新的圖像灰度值。本章采用分析圖譜橫向紋路的方式,對(duì)其進(jìn)行處理[6]。處理過(guò)程中,可將成像中的噪聲與異常連續(xù)區(qū)域進(jìn)行放大處理,綜合分量的最大值,使其整體呈現(xiàn)一種亮化的趨勢(shì)。此過(guò)程中弱化了一些細(xì)微的半透明聚合物,將其表現(xiàn)為一種相對(duì)平滑的現(xiàn)象。
在執(zhí)行上述處理事故信息的過(guò)程中,需要保留原始模板信息,并對(duì)其邊緣進(jìn)行對(duì)應(yīng)的銳化處理。在確保事故信息原有層次被保留的前提下,清晰化處理圖像邊緣,使其紋理具備一定的規(guī)律,以此種方式完成對(duì)煤礦井下孔內(nèi)事故信息的獲取與處理。
在上文完成對(duì)煤礦井下孔內(nèi)事故信息的獲取及處理后,需要選擇事故可視處理組合鉆具,對(duì)孔內(nèi)獲取信息進(jìn)行持續(xù)成像。本章選擇的組合鉆具是基于Android運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)的,可滿足在高度惡劣條件下對(duì)多元化煤礦井下懸空關(guān)鍵信息的抓取。可視處理組合鉆具結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 事故可視處理組合鉆具結(jié)構(gòu)
綜合上述圖1中內(nèi)容,對(duì)鉆具結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)與功能進(jìn)行定義,如表2所示。
表2 事故可視處理組合鉆具構(gòu)件參數(shù)與功能
在完成對(duì)事故可視處理組合鉆具相關(guān)功能與結(jié)構(gòu)參數(shù)的布設(shè)后,應(yīng)及時(shí)在煤礦井下孔過(guò)程中,對(duì)裝置外部進(jìn)行降溫處理,并同步清理煤礦井下孔內(nèi)的煤渣,避免或降低由于孔內(nèi)溫度過(guò)高出現(xiàn)的自然二次事故現(xiàn)象發(fā)生概率。
在完成上述工作后,本章將對(duì)可視處理事故流程進(jìn)行規(guī)劃,此過(guò)程中相關(guān)工作的實(shí)施前,應(yīng)先定位煤礦井下孔鉆具的鉆速與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系,及其對(duì)煤礦井下孔的影響,如圖2所示。
圖2 煤礦井下孔鉆具鉆速與轉(zhuǎn)速關(guān)系
圖2中:(1)表示為煤礦井下孔過(guò)程中軟煤層;(2)表示為煤礦井下孔中研磨性較低的煤層;(3)表示為煤礦井下孔過(guò)程中研磨性較高(/硬度較高)的煤層。綜合上述圖2中信息,可看出在n0點(diǎn)時(shí),硬煤層轉(zhuǎn)速處于峰值,也因此證明在進(jìn)行硬煤層下深過(guò)程中,可選擇n0點(diǎn)轉(zhuǎn)速進(jìn)行下深,此時(shí)獲取可呈現(xiàn)的結(jié)果相對(duì)較優(yōu)。
考慮到煤礦井下孔內(nèi)事故的發(fā)生存在不可預(yù)測(cè)性,為了確保對(duì)其可視處理的規(guī)范性,制定了如下所述的工作流程。
第一步,使用事故可視處理組合鉆具,在事故前3.0 m位置處,進(jìn)行附近沉渣的處理,在確保下深通風(fēng)的基礎(chǔ)上,將鉆具緩緩送入事故發(fā)生位置處。對(duì)其進(jìn)行緩慢回轉(zhuǎn),結(jié)合不同的煤層特性,對(duì)其施加持續(xù)壓力,持續(xù)重復(fù)上述操作(下深與適當(dāng)退鉆處理),以此種方式確保事故處理的可視化。
第二步,為了確保公錐被完全推斷,需在上述行為基礎(chǔ)上,進(jìn)行沖孔處理。此過(guò)程中,每退出三次,執(zhí)行一次沖孔處理,每沖孔一次,執(zhí)行一次渣料清理處理行為。在保障下孔行為順暢的前提下,緩慢下深鉆具探頭,觀察孔內(nèi)情況,直到探頭接近事故發(fā)生前端1.0 m位置處,觀察事故情況,并將獲取信息在終端成像。
第三步,在完成上述相關(guān)操作的基礎(chǔ)上,為了獲取更加清晰的可視化圖像,需要持續(xù)進(jìn)行獲取可視處理成像的描述。此過(guò)程中,磨粒面積覆蓋指數(shù)(I)作為參照,統(tǒng)計(jì)成像中指數(shù)I的具體值。I的計(jì)算公式如式(1)所示。
式中:Ci為對(duì)可視成像的目標(biāo)像素;w為事故發(fā)生沉積區(qū)域的長(zhǎng)度;h為事故發(fā)生沉積區(qū)域的寬度。
輸出計(jì)算結(jié)果I。當(dāng)I的統(tǒng)計(jì)值越趨近于0時(shí),代表對(duì)煤礦井下孔內(nèi)事故可視處理的效果越好。假定在此過(guò)程中,I的統(tǒng)計(jì)值較高,需要返回上述步驟二與步驟三,直到I值滿足可視處理需求。以此,實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下孔內(nèi)事故的可視處理技術(shù)研究。
文章根據(jù)煤礦井下孔行為的實(shí)施,設(shè)計(jì)一種面向下孔事故的可視處理技術(shù),經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用,本文設(shè)計(jì)的技術(shù),在與常規(guī)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比的過(guò)程中,可實(shí)現(xiàn)的可視處理效果更優(yōu)。