CN102720496B - 采煤机煤岩界面自动识别、滚筒自动调高方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采煤机煤岩界面自动识别、滚筒自动调高方法和系统，涉及采煤机煤岩界面自动识别和滚筒调高技术领域。在采煤机机身上安装有控制器，在该控制器中存储有识别各种煤岩介质所需截割力响应值、各截割状态持续时间最大值和滚筒高度预设值。采煤机工作时，由控制器确定出当前截割状态持续时间，并将当前截割力响应值、当前截割状态持续时间和滚筒高度三个参数与控制器内对应预设值按相应算法进行比较，自动识别出当前截割介质；根据识别结果和相应算法，决定滚筒调高。优点是煤岩界面识别结果更加全面；实现滚筒自动调高，且能避免其频繁调整高度。

Description

采煤机煤岩界面自动识别、滚筒自动调高方法和系统

技术领域

本发明涉及采煤机煤岩界面识别和滚筒调高技术领域，具体是一种采煤机煤岩界面自动识别、滚筒自动调高方法和系统，适用于矿井用于具有记忆截割功能的采煤机。

背景技术

采煤机煤岩界面自动识别技术和滚筒自动调高技术是紧密联系在一起的。采煤机煤岩界面自动识别和滚筒自动调高控制技术是实现采煤工作面自动化控制的关键技术。当前，采煤机煤岩界面自动识别和滚筒自动调高技术已发展到“记忆截割”控制技术阶段。基于记忆截割的煤岩界面截割介质自动识别技术，适用于顶、底板比较平整、变化较缓慢的厚煤层工作面。该技术利用（记忆截割模块）控制器所记忆的采煤机在上一截割循环中各固定采样点处的滚筒高度值，自动控制采煤机在下一截割循环各相应采样点处的滚筒高度，同时利用人工观察或识别算法，进行滚筒截割状态识别，来决定是否进行滚筒调高等工作。由于电子技术、检测技术、控制理论与控制技术等科学的快速发展，记忆截割技术的实现已比较容易，该技术能大大提高煤岩界面自动识别的快捷程度，并在一定程度上减轻采煤机司机的工作强度。

当前实验室研究和实际生产中，由于一般都是仅拾取截割力响应信号，从而仅能将滚筒截割状态识别为截煤和截岩两种状态，即截割介质为煤或岩石两种介质。但是，由于采煤机实际截割工况存在煤层性质波动、截割硬煤层、截割顶、截割夹矸和截割断层等工况，比较复杂，且在不同截割介质工况下，滚筒高度需要不同的处理方法。因此，将滚筒截割介质简单地识别为截煤和截岩两种情况，相对于滚筒实际截割工况来说，显得过于粗糙和不精确，在一定程度上也限制了记忆截割技术的应用，这也是为什么在当前实际生产中，记忆截割技术很少应用的原因之一。

现在，随着采煤机功率的增大和截齿材的改进，为保持顶板的平整性，对硬度较小的夹矸、顶板和断层，一般采取直接进行强力截割而不再按照煤岩分界面调整滚筒高度。

根据实际截割经验可知，调整采煤机牵引速度，对于克服由于煤质变化引起的截割负载变化是非常有效的。因此，将识别截割硬煤层异常工况需要的最长持续时间设为2秒。另外，根据实际截割经验，一般认为由于截割夹矸引起的较大截割力响应信号持续时间一般不会超过4秒，比截割顶板时间要短，因此，将4秒作为截割夹矸持续时间最大值。在上述几种工况下，都不需要调整滚筒高度。而当较大截割力响应值持续时间超过4秒、滚筒截割顶板时，此时需要降低滚筒高度，将截割顶板时较大截割力响应信号持续时间最大值设为6秒。而对截割断层工况的识别，在实际工作中，当较大截割力响应信号持续时间超过10秒后，采煤机需停机自保。因此，选择8秒作为截割断层持续时间最大值。采用这种识别方法尽可能的避免了滚筒的频繁调整，保证了顶板的平整性。

从上述内容可以看出，为实现采煤机煤岩界面自动识别和滚筒自动调高，还需要引入截割状态持续时间判据信号及滚筒高度判据信号。

发明内容

本发明针对已有技术中存在的不足之处，针对具有记忆截割功能的采煤机，提供一种采煤机煤岩界面自动识别、滚筒自动调高方法和系统，实现对煤质变化、硬煤层、顶板，夹矸和断层等工况的识别，同时根据识别结果和相应算法，决定是否进行滚筒高度调整和如何进行滚筒高度调整。

本发明是以如下技术方案实现的：一种采煤机煤岩界面自动识别、滚筒自动调高方法，其特征是：包括对滚筒截割力响应值的检测和设定，对滚筒高度参数的检测和设定，具体步骤如下：

1）有记忆截割功能的采煤机，从第二截割循环开始，采集截割力响应值和滚筒高度参数，并将采集到的截割力响应值和滚筒高度参数输送至控制器；

2）控制器确定出当前截割状态持续时间；

3）控制器将截割力响应值、当前截割状态持续时间和滚筒高度参数与控制器内相应的预设值按一定算法进行比较，根据比较结果，自动识别出滚筒当前的截割介质情况；

4）根据识别结果和相应算法，对滚筒高度自动进行调整;

煤岩界面自动识别和滚筒高度调整的具体算法是：

1）若截割力响应值突然增大，且持续时间不超过T1秒，则认为属于煤质正常波动，采煤机滚筒当前截割状态仍为截割正常煤层；若持续时间超过T1秒，则降低采煤机牵引速度；

2）采煤机牵引速度降低后，若持续时间不超过T2秒后，截割力响应值恢复到正常范围，则认为采煤机滚筒当前截割状态为截割硬煤层；否则认为滚筒截割到煤岩界面；

3）若较大截割力响应值持续时间不超过T3秒，则滚筒为截割夹矸模式，否则为截割顶板模式，自动降低采煤机滚筒高度；

4）若当滚筒降低时，较大截割力响应值持续时间不超过T4秒，并和上一截割循环中对应点截割数据比较，如果和顶板位置相近，则判断为截割顶板模式；

5）若滚筒继续降低，持续时间超过T5秒后，截割力响应值仍无明显变化，此时和记忆的截割数据相比较，无法确切判断滚筒是截割顶板或断层时，若滚筒继续自动降低，持续时间超过T6秒后，截割力响应值仍无明显变化，则判断为截割断层。

其进一步是：确定滚筒当前截割状态持续时间的方法是：

1）当截割力响应值一直在正常截割煤层范围内时，当前截割状态持续时间为零；

2）当截割力响应值突然增大时，当前截割状态持续时间从零开始累计；当截割力响应值恢复到正常值范围以后，当前截割状态持续时间复位为零。

  本发明的优点是：本发明引入了截割力响应信号、截割状态持续时间及滚筒高度作为煤岩界面自动识别判据信号，使具有记忆截割功能的采煤机在工作时能自动对煤质变化、硬煤层、顶板，夹矸和断层等截割介质工况进行自动识别，信号拾取容易，煤岩界面自动识别结果更加全面、准确；采用这种识别方法能实现滚筒自动调高，且尽可能的避免了滚筒高度的频繁调整，保证了顶板的平整性。

本系统能保证对滚筒不同截割介质的准确识别，同时实现滚筒按要求实现高度调整。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述。

图中：1、机身，2、控制器，3、截割电机，4、高度传感器，5、截割力响应传感器，6、摇臂，7、滚筒，8、位置传感器，9、输出驱动轮，10、牵引部输出轴10。

具体实施方式

如图1所示，以采煤机右行右滚筒截割顶板为例，采煤机煤岩界面自动识别、滚筒自动调高系统主要由机身1、控制器2、截割电机3、高度传感器4、截割力响应传感器5、摇臂6、滚筒7、位置传感器8、输出驱动轮9和输出轴10构成。机身1是一刚性整体，机身1与摇臂6铰接，摇臂6输出端与滚筒7连接。截割电机3与摇臂6固定在一起。采煤机的牵引部输出轴10和输出驱动轮9驱动采煤机前进工作。在机身1上安装控制器2。采煤机位置传感器8安装在采煤机的牵引部输出轴9上，用来测量采煤机在工作面的位置及采煤机牵引速度，可以为光电编码器。截割力响应传感器5用来测量滚筒6的截割力响应信号，截割力响应信号可以是滚筒7的振动等信号，也可以是截割电机3的电流等信号，因此截割力响应传感器为振动传感器，安装在采煤机的摇臂上；或者截割力响应传感器为电流传感器，安装在采煤机的截割电机上。高度传感器为采用摇臂倾角传感器，安装在采煤机的摇臂上，或者采用调高油缸传感器，安装在采煤机的调高油缸上。

位置传感器为光电编码器，安装在采煤机的牵引部输出轴上。

高度传感器4、截割力响应传感器5和采煤机位置传感器8的输出与控制器2相连。控制器2中存储有识别各种煤岩介质所需的截割力响应值、各截割状态持续时间最大值和滚筒高度的预设值，控制器根据各传感器采集到的数据自动识别煤岩界面和调整滚筒高度。

具有记忆截割功能的采煤机工作时，在司机手动操纵人工示教的第一截割循环，按记忆截割功能的要求，由控制器2记忆与滚筒6截割介质识别有关的所有数据，如采煤机位置信息、该位置处的采煤机牵引速度和该位置处的滚筒高度。各截割状态下的截割力响应值大小等。

在第二截割循环开始前，根据在第一截割循环中检测得到的实际数据，对滚筒在各截割介质工况下的截割力响应值预设值和滚筒高度值预设值进行设定。并对各截割介质工况下的截割状态持续时间最大值进行设定。

从第二截割循环开始，依次用控制器2记忆的有关截割数据，即上一截割循环中各对应位置处的采煤机牵引速度、滚筒6高度参数，自动控制采煤机在本截割循环的截割工作。

采煤机煤岩界面自动识别、滚筒自动调高方法是对滚筒截割力响应值的检测和其均值的设定，对滚筒高度参数的检测和设定，具体步骤如下：

1）具有记忆截割功能的采煤机，从第二截割循环开始，采集截割力响应值和滚筒高度参数，并将采集到的截割力响应值和滚筒高度参数输送至控制器；

2）控制器确定出当前截割状态持续时间；

3）控制器将截割力响应值、当前截割状态持续时间和滚筒高度参数与控制器内相应的预设值按一定算法进行比较，根据比较结果，自动识别出滚筒当前的截割介质情况；

4）根据识别结果和相应算法，对滚筒高度自动进行调整。

确定滚筒当前截割状态持续时间的方法是：

1）当截割力响应值一直在正常截割煤层范围内时，当前截割状态持续时间为零；

2）当截割力响应值突然增大时，当前截割状态持续时间从零开始累计；当截割力响应值恢复到正常值范围以后，当前截割状态持续时间复位为零。

煤岩界面自动识别和滚筒高度调整的具体算法是：

1）若截割力响应值突然增大，且持续时间不超过1秒，则认为属于煤质正常波动，采煤机滚筒当前截割状态仍为截割正常煤层；若持续时间超过1秒，则降低采煤机牵引速度；

2）采煤机牵引速度降低后，若持续时间不超过2秒后，截割力响应值恢复到正常范围，则认为采煤机滚筒当前截割状态为截割硬煤层；否则认为滚筒截割到煤岩界面；

3）若较大截割力响应值持续时间不超过4秒，则滚筒为截割夹矸模式，否则为截割顶板模式，自动降低采煤机滚筒高度。

4）若当滚筒降低时，较大截割力响应值持续时间不超过6秒，并和上一截割循环中对应点截割数据比较，如果和顶板位置相近，则判断为截割顶板模式。

5）若滚筒继续降低，持续时间超过6秒后，截割力响应值仍无明显变化，此时和记忆的截割数据相比较，无法确切判断滚筒是截割顶板或断层时，若滚筒继续自动降低，持续时间超过8秒后，截割力响应值仍无明显变化，则判断为截割断层。

从以上煤岩界面自动识别过程、可以看出，本发明方法能对煤质变化、硬煤层、顶板，夹矸和断层等截割介质工况进行自动识别，使煤岩界面自动识别结果更加全面，准确；并能实现滚筒自动调高，且能避免滚筒频繁调整高度，保持了顶板的平整性。

Claims (2)

1.一种采煤机煤岩界面自动识别、滚筒自动调高方法，其特征是：包括对滚筒截割力响应值的检测和设定，对滚筒高度参数的检测和设定，具体步骤如下：

1）有记忆截割功能的采煤机，从第二截割循环开始，采集截割力响应值和滚筒高度参数，并将采集到的截割力响应值和滚筒高度参数输送至控制器；

2）控制器确定出当前截割状态持续时间；

3）控制器将截割力响应值、当前截割状态持续时间和滚筒高度参数与控制器内相应的预设值按一定算法进行比较，根据比较结果，自动识别出滚筒当前的截割介质情况；

4）根据识别结果和相应算法，对滚筒高度自动进行调整;

煤岩界面自动识别和滚筒高度调整的具体算法是：

1）若截割力响应值突然增大，且持续时间不超过T1秒，则认为属于煤质正常波动，采煤机滚筒当前截割状态仍为截割正常煤层；若持续时间超过T1秒，则降低采煤机牵引速度；

2）采煤机牵引速度降低后，若持续时间不超过T2秒后，截割力响应值恢复到正常范围，则认为采煤机滚筒当前截割状态为截割硬煤层；否则认为滚筒截割到煤岩界面；

3）若较大截割力响应值持续时间不超过T3秒，则滚筒为截割夹矸模式，否则为截割顶板模式，自动降低采煤机滚筒高度；

4）若当滚筒降低时，较大截割力响应值持续时间不超过T4秒，并和上一截割循环中对应点截割数据比较，如果和顶板位置相近，则判断为截割顶板模式；

5）若滚筒继续降低，持续时间超过T5秒后，截割力响应值仍无明显变化，此时和记忆的截割数据相比较，无法确切判断滚筒是截割顶板或断层时，若滚筒继续自动降低，持续时间超过T6秒后，截割力响应值仍无明显变化，则判断为截割断层。

2.根据权利要求1所述的采煤机煤岩界面自动识别、滚筒自动调高方法，其特征是：确定滚筒当前截割状态持续时间的方法是：

1）当截割力响应值一直在正常截割煤层范围内时，当前截割状态持续时间为零；

2）当截割力响应值突然增大时，当前截割状态持续时间从零开始累计；当截割力响应值恢复到正常值范围以后，当前截割状态持续时间复位为零。