[發明專利]一種煤礦井下工作面粉塵濃度的監測及測量方法

有效

• 申請號: 201110182879.2
• 申請日: 2011-07-01
• 公開（公告）號: CN102353622A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 劉丹丹;趙燦;湯春瑞
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技學院
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 深圳市智科友專利商標事務所 44241
• 代理人: 曲家彬

技術領域

本發明涉及煤礦監測及測量粉塵濃度的方法。特別是特大型礦井綜采、綜掘工作面、巷道粉塵分布監測及運動規律監測的方法。???????????????????????????????????

背景技術

伴隨著高效綜采裝備不斷升級，開采技術和工藝不斷完善。特大型礦井作業點隨著機械化程度的提高，工作面粉塵的生成量也大大增大。煤塵的時域及空域分布規律相當復雜。雖然己有多種降除塵技術和措施，對粉塵的防治起到一定作用，但由于對特大型礦井綜采、綜掘工作面、巷道風流分布和粉塵分布情況認識模糊缺乏定量分析，各種除塵技術和設備都未能達到預期的降塵效果，不能適應日益復雜的工作點防塵需要，成為高效安全生產的瓶頸。研究采煤工作面的粉塵分布規律，對于采取相應的防塵措施具有重要的指導意義。掌握采煤工作面粉塵的分布、運動規律，就能夠針對不同的環境采用合適的除塵方法，降低工作面的粉塵濃度，完善綜合防塵措施。

從上述國內的發展情況來看，我國目前現有的各類粉塵監測儀器和手段中，各煤礦日前普遍使用的都是粉塵采樣器，并被列入我國粉塵排放測試方法國家標準，其余各種方法的儀器目前在這方面還停留在比較落后的水平上。粉塵采樣器的優點是測量精度較高，理論上能達到±10%，但其缺點也較多，如影響測量精度的因素較多、占用房間和設備較多、采樣時間較長、操作程序繁雜、儀器維修量大、花費成本較高等等。國內各煤礦井下粉塵檢測點很多，一般都在100個左右，而按照有關規定，每個測塵點每月要測塵兩次，測塵采樣、稱重、計算等一系列工作相當繁瑣。粉塵采樣器測塵方法，遠遠滿足不了測塵工作的需要。難以滿足日益增長的環境保護和安全生產在線監測的要求。

發明內容

為了克服上述不足，本發明利用煤礦井下現有的井下視頻監視系統、粉塵分散度測量系統，提出基于暗原色先驗原理對特大型礦井粉塵分布及運動規律監測方法。依據暗原色先驗原理，對現有視頻監視系統的圖像進行處理得到透射率，基于構建的粉塵環境下的圖像退化模型，計算粉塵質量濃度，其動態數據結合初始數據形成原位測量，獲得粉塵的分布及運動規律。

暗原色先驗理論是由何愷明（He?Kaiming）等人于2009年基于對大量室外無霧圖像的統計分析而得到的一種物理規律，即在無霧圖像的絕大部分局部圖像塊內存在這樣的一些像素，它們至少在一個顏色通道內的灰度值非常小，被稱為暗原色。暗元色源于陰影、彩色物體和黑暗的物體表面。

本發明基于上述暗原色先驗原理對視頻監視系統實時采集獲取的工作面粉塵環境下的退化圖進行處理，在井下粉塵環境中，粉塵能以固體微粒形式在空氣中懸浮一段時間，是一種氣溶膠（即粉塵的表面附著水分子）。對入射光線產生散射與吸收作用，那些平時暗的像素會變亮，從而弱化了圖像的色彩及對比度，引起圖像退化，通過這些暗像素的變化情況即可直接得到粉塵環境下的光傳輸量，構建的粉塵環境下的圖像退化依據一級多次散射近似法和輻射傳輸理論建立的透射率、消光系數、輻射長度、粉塵相函數構成的計算方程，獲得到圖像中各個像素點處對應的透射率，得不同區域的粉塵濃度。最終實現煤礦井下工作面粉塵濃度的監測及測量。

本發明實現發明目的采用的技術方案是，實現該方法包括：煤礦井下視頻監視系統、測量工作面與視頻監視系統中攝像頭距離測量系統和粉塵分散度測量系統，該方法由以下步驟實現：

⑴、對視頻監視系統實時采集獲取的工作面粉塵環境下的退化圖像劃分為一組面積相同的方塊區域，設置每個方塊區域具有相同的深度，透射率在每個方塊區域內為一常量，每個方塊區域的相函數取近似常量，對每個方塊區域的像素塊ＲＧＢ三通道同時取最小化操作，得具有塊效應的粗略傳輸圖；

⑵、對步驟⑴獲取的粗糙傳輸圖進行精細化處理。所述的精細化處理是采用對由粗糙傳輸圖，拉普拉斯修補矩陣，單位矩陣，歸一化參數構成的方程進行能量最小化處理，實現對粗糙傳輸圖進行細化，其中拉普拉斯修補矩陣由克羅內克函數及待修復傳輸圖窗口的均值、協方差矩陣構成，經過修補之后的粗糙傳輸圖，可精確反應粉塵環境中空氣光的傳輸過程，得到圖像中各個像素點處對應的透射率；