CN1040413A - 矿山采掘机改良导向方法与设备 - Google Patents

Abstract

一种双端伸缩式滚筒铣削机的后滚筒，通过从铣削机取得信号产生一种计算方法，决定在矿层中的采掘面上根据斜度，方向和移动量的变化，控制后滚筒的方向。前滚筒的高度用作基准，以决定后滚筒的最佳位置，以取得采掘材料的恒定质量。

Description

本发明与矿山采掘机导向方法有关，这种采矿机器的类型为有一个主体沿采掘的矿层前进，主体前后端有伸缩臂安装在主体上，每一臂上安装一个旋转铣削滚筒。这种机器称为双端伸缩滚筒铣削机。

这种机器安装若干传感器装置，用于感测采掘作业中的不同参数，产生表示该参数的电信号。例如，可安排该第一传感装置沿机器的工作面角度或倾斜度测量，第二传感装置可安排作机器移动和方向测量，第三传感装置可测量前后伸缩臂相对于机器的位置。发明还包括本方法使用的设备。

在采矿掘进作业中，尤其是煤矿，必须控制采掘机的方向，保证仅采掘需要的矿物，即煤，才能取得作业的最高效率，并且保证机器不在煤层以外的地层中掘进。为此，一般在采掘的煤层中留剩几英吋的矿物作顶板和底板，因而采掘机路线的任何微小变化，仅改变顶板和底板的厚度而不会切入相邻的地层。

已知有许多采掘和回收需要的矿物的措施，但最常用的形式，尤其在采煤方面，都是用前后端有伸缩臂的伸缩滚筒式采煤机，铣削滚筒有若干截齿在每一伸缩臂端旋转，伸缩臂安装在机器主体上旋转。机器的主体在工作面上牵引，每一旋转滚筒就在工作面上铣削矿层。

通过调节伸缩臂的旋转控制器，便可控制这类机器的方向，使滚筒永远在煤层中铣削。这可由熟练工人手工操作，工人观察滚筒的进程和煤层，但一般希望用自动装置，因为造成的粉尘和喷水可能影响工人对滚筒的观察。

已有人提出自动化的顶板感测，有许多装置已在使用。在一种自动化传感方法中，在机器上安装一种传感器，测量正在铣削的矿层顶板发出的γ射线，机器上安装的传感器感测顶板上剩余有用材料量造成的γ射降低的计数，产生与顶板煤层厚度成反比的控制信号。可将这信号与其他信号综合，控制伸缩臂角度的设定，从而保证顶板留存材料厚度基本恒定。可在机器的伸缩臂上安装第二传感器跟踪顶板位置，具体接触在先铣削的顶板上。这传感器产生测定铣削滚筒相对于原来暴露的顶板的高度的信号。可设置一个第三传感器，测量机器在工作面行进的角度。这装置产生与该角度相关的信号，以保持系统的稳定状态。

目前双端伸缩滚筒采煤机用传感器控制采掘，从而前滚筒在顶板上留存有用材料（煤）的厚度理想，而后滚筒与顶板偏离，作不变的采掘。由于要求后滚筒的位置与顶板有一个距离，而过去用的顶板跟踪臂都比较长，而有抵靠顶板的耐磨区的臂端跟在滚筒后面，向方向控制器发出尽可能紧跟滚筒进程的指令。于是长顶板跟踪臂便可能损坏，产生错误的读数。过去又曾在本人等的专利第2，121，852号中提出用短跟踪臂，有一个旋转短跟踪臂位于伸缩臂本身上的铣削滚筒附近。

本发明的目的是提出一种采矿机后滚筒的改良导向方法，使机器的两个铣削滚筒有精确的路线，保持路线在正铣削的材料中。本发明又提出一种设备，使该方法实现。

据本发明所提出，一种双端采掘机的后滚筒的导向方法，包括采掘机的类型为有一个主体沿正在采掘的回采面前进，主体两端安装伸缩臂在主体上旋转，每一臂上安装一个旋转铣削滚筒，其一为前滚筒，另一为后滚筒，机器上安装若干传感器装置，用于测量回采作业中的各种参数，产生表示这些参数的电信号，第一个该传感装置测量机器沿工作面的角度，即倾斜度，第二传感装置测量机器移动和方向，第三该传感装置测量该前臂与该后臂和机器相对的位置;包括从第一及第二传感装置，确定表示机器的方向和移动，以及机器相对于基准线的位置的电信号，从第三传感装置供给的电信号并通过计算，确定铣削顶板高出基准线的高度，并将从这些信号取得的信息在储存装置中储存;然后向后滚筒的控制装置供给输出信号，使该控制装置改变后滚筒位置，从而后滚筒切出与前滚筒先切出的顶板平行的底板。

本发明还包括一个传感器装置，用于一对垂直的管子，这两管子下端用水平管连接，有液体注入水平管和部分垂直管，每一垂直管顶部有分别的传感器。

分别的传感器最好属超声波型，液体最好有中等的粘滞性。

为便于彻底了解本发明，可就用本发明的方法和有用于这方法的设备的采煤机的一例参照附图说明，图1简示在一煤层中工作的双端伸缩滚筒采煤机，简示确定后悬臂高度的计算，图2显示用于图1中设备的传感器装置。

现参看图1，显示煤矿的一个煤层。测知煤层1为水平方向的波浪形，一个用号2一般表示的双端伸缩采煤机放在煤层中，按长壁前进式开采法操作。机器2有机体3，有前滚筒4安装在机体3前端上的一个伸缩臂或旋转悬臂5上。在伸缩臂或旋转臂7上的后滚筒6，与机体3的后部相连。

每一滚筒4及6可旋转，有一圈截齿安装在叶片上，叶片旋转时切入煤层的回采面。前滚筒4铣削矿层的上面，后滚筒6采掘矿层的其余部分。用手工或现有的自动化技术，将前滚筒4靠近相邻地层的矿层上缘8上。与此相似，用本发明将后滚筒6放在已铣削的顶板下方的一个距离d处。号4′显示这次铣削中后滚筒所处的是前滚筒在上一次铣削中所处的位置。

铣削机铣削时，按通常的方式沿一个铠装运输机弃引（未示）。

机器2机体中有一个传感器9测量机器2沿工作面的斜度AFT。这量度用于计算前履带板13通过工作面时，其与铠装运输器接触的地点离开水平基准线10的机体高度A。后履板14离开基准线10的高度表示为A′。传感器9产生与机器倾斜度成正比的电信号。这信号称为AFT信号，表示沿工作面的斜度。还用一个传感器（未示）测定机器沿工作面行动的位置和方向，这种传感器称为机器移动及方向感测器MMADD，产生机器的移动及方向相关的输出信号。这移动按增量单位记录，如12所示。AFT信号反映相对代表水平基准线10的设定值的变化，这数值在机器最初安装时设定。前滚筒伸缩臂5旋转时促动传感器16，产生的信号用于测定前滚筒铣削点上相对基准线10的顶板高度11。

将机器在工作面中定位，使其前滚筒铣削矿层的顶部，后滚筒在矿层的底部。当机器沿工作面行动时，通过计算距离增量12的数目，记录机器离工作面终端的距离，与之对照记录前履带板13的高度A与顶板离基准线10的高度11。

将这信息储存。用这信息确定后滚筒的自动方向控制。

利用储存中的关于履带板13，14主体高度的信息，和根据履带板及滚筒沿工作面相对于基准线得知的顶板高度的信息，将后滚筒定位，将这信息供给传感器17改变伸缩臂7的位置，保证滚筒6底部在顶板下面的正确距离d。

现在可对取得决定后悬臂高度的计算方法作评估。

在沿工作面的全部测量中，都用主平巷滚筒的圆心作参考点。这些量度对照主平巷中心线测量。

在图中数值A表示前履带板13绕后履带板14旋转，在水平基准线10上面的高度，计算方法如下：

A＝（履带板13，14距离×sinAFT）+A′

当前履带板13在工作面上的位置为数值A由履带板13，14间距离抵销，则数值A′表示从资料储存中取得的后履带板14的高度。

注：假如两履带板间的距离不是MMADD增量的整数倍，则可求得A′的垂直高度如下：

A′实际值＝A′+h

式中h＝sin    α×MMADD增量超量的分数部分

α＝tan^-1〔（A+1）′-A′/MMADD增量的超量〕

例如：如A′＝500mm，A＝550mm，MMADD的每一增量＝160mm，两履带板间距离＝7.5MMADD增量，于是α＝tan〔（550-500）/（160×0.5）〕＝32度。

h＝sin32×80＝42.4mm

因此，A′实际值＝500+42.4＝542.4mm

数值C表示前滚筒4底部在水平基准线10上方的距离，计算方法如下：

C＝A+（臂长′×sinAFT）+为考虑采掘机是绕相应履带板13旋转而非绕轴颈中心旋转而用一个固定距离将臂长修改为臂长′时前悬臂的高度。

数值C′表示为了使后滚筒6有如前滚筒镜面影象的形式，要求后滚筒6达到的高出水平基准线10的高度。这数值必然可用需用的任何采掘控制装置在垂直方向上抵销。可以看到C′是C值的重复，由两滚筒中心沿工作面的距离抵销。

数值D表示计算出的后滚筒从其参考位置出发的变化，在参考位置上时滚筒底部一般和溜槽（pan）的底部平，按下述方法计算，产生必须的正确采掘控制，同时考虑到在工作面的该点上前滚筒的铣削形式。

D＝C′-〔A′+（臂长′×sinAFT）〕-（铣削滚筒直径）

假如前履带板13高于后履板14，则视AFT为正值，从而在运输方向相反时，双端伸缩铣削机单程作业的AFT的符号改变。

可理解在传统的双端伸缩滚筒铣削机的操作中，在后退采掘时原来的后滚筒变为前滚筒，本发明在这新的后滚筒上的应用与前面铣削完全相同。

为使导向取得最大的准确度，必须使一切的量度尽可能精确。在AFT的计算中角α的测量尤其重要。适当的传感器的安排如图2所示，现提出作参考。

安排中包括一对平行管21，22，内装中等粘滞度液体23。两管下端弯曲，其间用软管24连接。管21有一个超声波传感器25，在管的最上端固定，管22在最上端有相应的传感器26。两管间有测得的距离E，实践中距离是履带板13，14间的距离。

这装置在有与机体2相同的保护的位置上安装，当机器在水平面时，在相应管21，22中的液面上的传感器25，26间的距离，分别为27、28，各传感器产生一个与距离成正比的同强度的电信号。

装置开始倾斜时距离27，28开始变化，当管22相对于管21升高时，距离28变为小于27。这促使两传感器发出不同的信号，这些信号可用已有的数学装置得到倾斜角α。

软管24及管21，22中的液体23经选择，没有过高的粘滞性以防确定角度时有长的延时。当然粘滞性也不应太低，否则使会因机器振动而使传感器的输出经常变化。

Claims (7)

1、一种控制双端滚筒采矿机后滚筒方向的方法，机器的类型为有一个主体沿铣削的采掘面前进，主体的两端上各安装一个伸缩臂在上面旋转，每一臂上安装一个铣削滚筒，一个是前滚筒，另一个是后滚筒，机器上安装若干传感装置，用于测量采掘作业中的各种参数，产生表示各该参数的电信号，该传感器的第一个测量沿工作面的角度或倾斜度，第二个测量机器的移动和方向，第三个该传感器测量该前臂和该后臂相对于机器的位置；包括用第一及第二传感装置确定表示机器方向和移动，和机器相对于基准线的位置的电信号，用第三传感装置的电信号，并加计算确定基准线上方的铣削顶板的高度，并将从这些信号取得的信息，储存在储存器中，然后将输出信号供给后滚筒的控制装置，改变后滚筒的位置，以保持后滚筒的导向移动，使铣削的底板平行于先用前滚筒铣削的顶板。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征为沿工作面的倾角用α表示，机器前履带板离基准线的高度用A表示，后履带板离同一基准线的高度用A′表示，A的值用下式计算求得：

A＝（履带板间的距离×sin  α）+A′

3、根据权利要求2所述的方法，其特征为前滚筒底离基准线的高度用下式计算：

C＝A+（臂长′×sin  α）+测量安装前滚筒的悬臂的活动角度的传感器测得的前滚筒底的高度。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征为后滚筒在基准线上的高度C′，用计算数值C的相同公式求得，但对前后滚筒中心的距离作校正。

5、用于任何前述权利要求的方法的传感器装置，其特征为装置有一对垂直的管子，其下端用一根水平管连接，水平管和一部分垂直管中注入液体，每一垂直管顶上有分别的传感器。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征为传感器是超声波型传感器。

7、根据权利要求5或6所述的装置，其特征为液体有中等粘滞性。