CN103233735A - 一种煤岩界面识别手持系统 - Google Patents

Abstract

一种煤岩界面识别手持系统，包括煤岩界面识别处理器和手持终端，所述煤岩界面识别处理器安装在放顶煤液压支架的尾梁或采煤机的摇臂上，包括第一外壳、传感器、第一电路模块、第一无线模块和电池；所述手持终端包括第二外壳、第二电路模块、人机交互模块、第二无线模块和电源模块。本发明的优点在于：为放顶煤工作面提供了判别煤岩识别的一种手段，手持终端可以同时接收多个液压支架上的煤岩界面识别处理器发来的煤岩识别检测结果，在配置有电液控制系统的放顶煤工作面，可以实现以自动化放煤为主，以人工干预为辅的生产模式，进一步降低操作人员劳动负荷，提高综放工作面自动化程度。

Description

一种煤岩界面识别手持系统

技术领域

本发明涉及一种煤岩界面识别手持系统，主要应用于煤矿井下综采放顶煤工作面液压支架进行放煤过程控制。

背景技术

煤矿井下综放工作面由于不同地域或同一地域不同工作面的煤层赋存条件复杂，目前还没有广泛应用于不同地质条件下成熟额煤岩识别技术，因此，放顶煤工作面开采的放煤过程主要还是人工操作，通过操作人员观察放煤口的放煤情况来决定是否结束放煤过程，但由于放煤口煤尘、粉尘较大很难看清楚放煤口放的是煤炭还是岩石，多数情况下又靠操作人员靠听觉来识别放煤口的放煤情况，操作人员必须在放煤口附近进行操作，靠经验来完成，使得井下工人的工作环境差，出煤的含矸量较高，不能准确有效的控制煤炭质量，导致煤炭灰分较高。为此，需要研制煤岩界面识别处理器，并将煤岩识别处理结果报送给操作人员，由操作人员来判断是否结束放煤过程，同时一个操作人员可以通过手持终端，同时对多个液压支架的放煤过程进行监控，随时关闭已经有岩石落下的放顶煤液压支架的放煤口，实现综放工作面减人提效，提高放煤质量的目的。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种放煤煤岩识别手持终端，通过放煤煤岩识别手持终端接收工作面放顶煤液压支架上安装的煤岩界面识别处理器报送过来的煤岩识别检测结果，为放煤操作人员提供放煤放煤口放煤情况信息，帮助操作人员决策是否结束液压支架的放煤过程。对于液压支架手动控制系统，操作人员通过操作手动阀进行放煤口控制，同时操作人员通过手持终端可以同时观察多个液压支架的放煤口落煤情况，随时关闭报送有岩石落下的液压支架放煤口，结束该架的放煤过程。对于配置有液压支架电液控制系统的综放工作面，可以实现以自动放煤为主，人工干预为辅的工作面生产模式，液压支架通过接收本架煤岩界面识别处理器发送来的煤岩识别分析结果自动进行放煤口控制，同时操作人员通过携带的手持终端，随时监测放煤过程，对于特殊情况进行人工干预。通过手持终端操作模式最大限度的降低操作工人的劳动强度，提高煤炭质量。

本发明的具体技术方案为：

一种煤岩界面识别手持系统，包括煤岩界面识别处理器和手持终端，所述煤岩界面识别处理器安装在放顶煤液压支架的尾梁或采煤机的摇臂上，包括第一外壳、传感器、第一电路模块、第一无线模块和电池，所述第一外壳固定连接在所述尾梁或摇臂上，所述传感器、电路模块、无线模块和电池设置在外壳内部，所述外壳为全封闭壳体，壳体连接缝进行密封处理，所述外壳内部采用全灌封密封；所述传感器选自振动传感器和声波传感器中的一种或两种，用于感知放煤或采煤时液压支架或采煤机与煤岩接触所产生的信号；所述电路模块用于采集和处理所述传感器接收到的信号；所述无线模块电气连接所述电路模块，用于将所述电路模块处理后的信号以无线的模式向外部发送；所述电池用于向传感器、电路模块和第一无线模块供电；

所述手持终端包括第二外壳、第二电路模块、人机交互模块、第二无线模块和电源模块，所述第二外壳采用塑料材料制成，所述第二电路模块、人机交互模块、第二无线模块和电源模块设置在所述第二外壳内，所述第二无线模块与所述第一无线模块之间可进行无线通讯，所述人机交互模块包括显示屏和键盘，所述第二电路模块包括处理单元，用于进行所述手持终端的输入输出数据处理(包括输出的显示信息和输入的键盘信息)、通讯数据处理(包括第二无线模块接收到的煤岩界面识别信号)和通讯控制(包括第二无线模块的通讯参数设置和通讯时机控制)。

优选所述手持终端可以同时接收多个煤岩界面识别处理器发送来的数据信号。

优选所述电源模块具有在线充电的功能，其充电时所述手持终端能够显示充电状态。

优选所述第二无线模块具有外置天线。

本发明的优点在于：

1、为放顶煤工作面提供了判别煤岩识别的一种手段，改变了传统的人员观察，操作带来的煤炭灰分过高，煤炭质量不好。操作人员可以远离放煤支架，减少了煤尘、粉尘对井下工人的危害，改善了操作人员的工作环境；

2、手持终端可以同时接收多个液压支架上的煤岩界面识别处理器发来的煤岩识别检测结果，从而使操作人员可以同时进行多个支架进行放煤控制，提高了煤矿生产效率；

3、在配置有电液控制系统的放顶煤工作面，可以实现以自动化放煤为主，以人工干预为辅的生产模式，进一步降低操作人员劳动负荷，提高综放工作面自动化程度。

附图说明

附图1为煤岩界面识别手持系统中手持终端的结构示意图；

附图2为煤岩界面识别手持系统中煤岩界面识别处理器的结构示意图；

附图3为本发明所述煤岩界面识别手持系统用于液压支架条件下的工作示意图。

附图标记如下：

1-第二外壳；2-第二电路模块；3-显示屏；4-键盘；5-第二无线模块；6-电源模块；7-外置天线；8-第一外壳；9-第一电路模块；10-第一无线模块；11-传感器；12-手持终端；13-煤岩界面识别处理器；14-液压支架。

具体实施方式

参见附图1-2，其描述根据本发明所述煤岩界面识别手持系统的一个实施例。煤岩界面识别处理器安装在放顶煤液压支架的尾梁或采煤机的摇臂上，主要用于放煤或采煤过程中采集煤岩界面信号。第一外壳固定连接在尾梁或摇臂上，在振动较小的场合，可以在外壳外部采用包络的方式设置磁铁，外壳通过磁铁吸附在放顶煤液压支架的尾梁或采煤机的摇臂上，以达到固定的目的，在振动较大的场合，可以在第一外壳上设置安装孔，使用螺钉将外壳通过安装孔固定拧紧在放顶煤液压支架的尾梁或采煤机的摇臂上，当然也可以同时采用上述两种固定方法以加强固定效果。外壳优选采用较轻的阻燃材料制成，传感器、电路模块、无线模块和电池设置在外壳内部，外壳为全封闭壳体，壳体上没有外接接口，壳体的各处连接缝进行密封处理，如密封材料紧固或粘接成型，外壳内部采用全灌封密封，灌封材料可以选自环氧树脂等常见材料，这样做最大限度的保证了处理器的密封性，避免井下大量的粉尘对传感器内部器件的损害。

传感器为振动传感器或声波传感器，也可以同时使用振动传感器和声波传感器，其用于感知放煤或采煤时液压支架或采煤机与煤岩接触所产生的信号，煤炭较软而岩石较硬，因此，在放煤过程中煤块垮落并砸到液压支架尾梁上或采煤时采煤机滚筒截齿割到煤炭上时，其振动较小或声波频率较低，而在放煤过程中岩石垮落砸在液压支架尾梁上或采煤时采煤机滚筒截齿割到岩石上时，其振动较大或声波频率较高，即随着煤层中岩石的增多，振动或声波频率逐渐增大，这样，根据当前煤矿的地质情况，结合采煤过程中对煤石比的要求，可以得出振动或声波频率的限值，当振动或声波频率超过限值时，即认为设备已进入岩石层。为更好的接收设备的振动或声波信号，优选将传感器紧贴外壳设置，外壳和传感器之间的缝隙使用固体填料填平。

第一电路模块用于采集和处理传感器接收到的信号，通过对采集信号的噪声剔除，滤波及数学模型运算，进行煤岩识别信号的能量积分，识别煤岩混合比例，判断在液压支架放煤过程中是否出现了大块煤，或在采煤机割煤过程中是否碰到了岩石。

第一无线模块电气连接第一电路模块，其上配置有处理器天线，用于将电路模块处理后的信号以无线的模式向外部发送，可以将所述电路模块处理完的煤岩识别结果发送到手持终端上去，优选其同时具有接收功能，以便于内外数据的交流并可对煤岩界面识别处理器进行控制。电池用于向传感器、第一电路模块和第一无线模块供电，其优选固定在壳体内部的腔室内，并通过密封圈进行密封，使其能够防潮，同时又能能够方便更换。电池供电和无线传输的工作方式避免在液压支架或采煤机上再提供电源及其对电缆的维护工作，同时避免了在外壳上开设接口孔。

手持终端包括第二外壳、第二电路模块、人机交互模块、第二无线模块和电源模块，第二外壳采用塑料材料制成，第二电路模块、人机交互模块、第二无线模块和电源模块设置在所述第二外壳内，第二无线模块与所述第一无线模块之间可进行无线通讯，接收第一无线模块发送的煤岩识别结果，优选第二无线模块可以同时与多个第一无线模块建立通讯链接，为保证通讯质量，可将第二无线模块的天线延伸出第二外壳，形成外置天线，人机交互模块包括显示屏和键盘，第二电路模块的处理单元，优选是高性能单片机，将上述接收到的煤岩识别结果进行分析处理，并在显示屏上显示出来，同时第二电路模块的处理单元同时接收操作人员通过键盘输入的数据，以对系统进行操作和设置，如开关机、显示的改变等，其同时连接第二无线模块，调整第二无线模块的通讯时间和传输速率。电源模块用于向手持终端的第二电路模块、人机交互模块等供电，考虑到井下对安全的要求较高且不具备便捷的有线充电接口，可以考虑使用带有在线充电功能的电源模块，其充电时手持终端能够通过显示屏显示充电状态，保证充电过程中手持终端的正常使用。

在综放工作面每台液压支架上都配置有具有无线通信功能的煤岩界面识别处理器，煤岩界面识别处理器可以与工作面一定距离范围内的煤岩识别手持终端建立网络连接，实现煤岩界面识别处理器与煤岩识别手持终端的数据交换。

煤岩界面识别手持系统的工作方法基本包括以下步骤：

在液压支架放煤过程中(参见附图3)，煤岩界面识别处理器不断读取传感器数据，检测石头的垮落，并在线实时将检测结果通过无线方式报送给指定的手持终端，具体包括以下步骤：

①开始放煤，液压支架打开放煤口；

②通过煤岩界面识别处理器自动识别开始放煤，搜索附近的手持终端，并建立于手持终端的无线通信连接，一个支架的煤岩界面识别处理器可以与多个手持终端建立无线通信连接，一个手持终端也可以与多个支架的煤岩界面识别处理器建立无线连接；

③煤岩界面识别处理器采集传感器信号；

④煤岩界面识别处理器进行煤岩识别信号处理与模型计算，并进行分析；

⑤煤岩界面识别处理器将分析结果报送到指定的手持终端装置，手持终端装置实时显示分析结果，设备使用人员根据分析结果判断是否发生石头跨落，如发生石头的垮落则通过手持终端向液压支架发送停止命令，结束放煤；

⑥重复步骤③-⑤直到放煤结束；

⑦液压支架关闭放煤口；

⑧通过支架控制器或手持终端通知指定支架的煤岩界面识别处理器停止工作；或煤岩界面识别处理器依据煤岩信号所发生的变化，判定已经结束放煤，煤岩界面识别处理器进入待机低功耗工作模式；

在采煤机割煤过程中，煤岩界面识别处理器不断读取煤岩识别传感器数据，检测采煤机滚筒上的截齿是否割到石头，并在线实时将检测结果通过无线方式报送给采煤机控制系统，具体包括以下步骤：

①开始割煤，采煤机滚筒开始转动；

②通过煤岩界面识别处理器自动识别开始割煤，并搜索附近的手持终端设备，并建立于手持终端的无线通信连接，一个支架的煤岩界面识别处理器可以与多个手持终端建立无线通信连接，一个手持终端也可以与多个支架的煤岩界面识别处理器建立无线连接；

③煤岩界面识别处理器采集煤岩识别传感器信号；

④煤岩界面识别处理器进行煤岩识别信号处理与模型计算，并进行分析；

⑤煤岩界面识别处理器将分析结果报送到指定的采煤机手持终端，手持终端装置实时显示分析结果，设备使用人员根据分析结果判断是否发生切割到石头的情况，如发生则通过手持终端向采煤机发送停止命令，停止割煤；

⑥重复步骤③-⑤直到割煤结束；

⑦采煤机滚筒停止转动；

⑧通过采煤机手持终端装置通知指定煤岩界而识别处理器停止工作；或煤岩界面识别处理器依据煤岩信号所发生的变化，判定已经结束割煤，煤岩界面识别处理器进入待机低功耗工作模式。

以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种煤岩界面识别手持系统，包括煤岩界面识别处理器和手持终端，其特征在于：所述煤岩界面识别处理器安装在放顶煤液压支架的尾梁或采煤机的摇臂上，包括第一外壳、传感器、第一电路模块、第一无线模块和电池，所述第一外壳固定连接在所述尾梁或摇臂上，所述传感器、电路模块、无线模块和电池设置在外壳内部，所述外壳为全封闭壳体，壳体连接缝进行密封处理，所述外壳内部采用全灌封密封；所述传感器选自振动传感器和声波传感器中的一种或两种，用于感知放煤或采煤时液压支架或采煤机与煤岩接触所产生的信号；所述电路模块用于采集和处理所述传感器接收到的信号；所述无线模块电气连接所述电路模块，用于将所述电路模块处理后的信号以无线的模式向外部发送；所述电池用于向传感器、电路模块和第一无线模块供电；

所述手持终端包括第二外壳、第二电路模块、人机交互模块、第二无线模块和电源模块，所述第二外壳采用塑料材料制成，所述第二电路模块、人机交互模块、第二无线模块和电源模块设置在所述第二外壳内，所述第二无线模块与所述第一无线模块之间可进行无线通讯，所述人机交互模块包括显示屏和键盘，所述第二电路模块包括处理单元，用于进行所述手持终端的输入输出数据处理、通讯数据处理和通讯控制。

2.如权利要求1所述的煤岩界面识别手持系统，其特征在于：所述手持终端可以同时接收多个煤岩界面识别处理器发送来的数据信号。

3.如权利要求1所述的煤岩界面识别手持系统，其特征在于：所述电源模块具有在线充电的功能，其充电时所述手持终端能够显示充电状态。

4.如权利要求1所述的煤岩界面识别手持系统，其特征在于：所述第二无线模块具有外置天线。

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