CN105201507A - 急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统及开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统及开采方法。所述开采系统包括：采煤机、控制采煤机的操作台、根据工作面的地质情况获取煤层顶板的变化数据的煤层数据获取子系统、以及主控计算机。所述开采方法包括：通过操作台采集采煤机在一次循环采煤工作流程中摇臂的基准轨迹数据；通过煤层数据获取子系统根据工作面的地质情况获取煤层顶板的变化数据；通过主控计算机接收基准轨迹数据和煤层顶板的变化数据，并根据煤层顶板的变化数据和基准轨迹数据计算摇臂的计划轨迹数据；操作台接收计划轨迹数据，并根据计划轨迹数据控制采煤机进行开采作业。本发明的开采系统和方法能自动适应地质条件变化、也适用于急倾斜特厚煤层短壁工作面。

Description

急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统及开采方法

技术领域

本发明涉及自动化采煤技术领域，特别是涉及一种适用于急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统及开采方法。

背景技术

目前，煤矿开采大多使用双滚筒电牵引式采煤机，具备记忆截割的自动化功能，即由采煤机司机操作采煤机沿工作面煤层人工进行一个循环采煤的工作流程即为示范刀(或叫基准刀)，控制系统利用采高定位系统和位置定位系统将采煤机位置、行进方向和速度、摇臂高度等信息存入控制器，然后通过数据分析、处理形成采煤机截割轨迹，并记录在采煤机存储器中，为采煤机自动截割提供依据。采煤机在启动自动截割程序后，采煤机控制系统通过存储器中的记忆数据，进行数据再现，自动调整采煤机截割高度，跟随基准刀中采煤机的记忆截割轨迹，实现采煤机的自动化开采。

例如，在中国专利CN102797462A中，其所公开的采煤机自动截割控制方法包括以下步骤：一、学习并记忆当前所开采煤层的截割轨迹；二、根据记忆轨迹完成自动割煤，并实时调整记忆轨迹；三、重复步骤二，直至完成当前所开采煤层的全部开采过程。在中国专利CN103835719A中公开的一种基于虚拟轨迹控制的采煤机自适应截割方法，该方法设定虚拟截割轨迹为采煤机的截割轨迹，使采煤机启动后滚筒沿着设定的虚拟轨迹进行截割，在采煤机运行过程中，实时计算采煤机的实际截割轨迹与虚拟轨迹之间的误差S，当误差S大于实际开采需要控制的最大误差S0时，通过采煤机控制系统自动控制采煤机的截割轨迹即调整采煤机的截割滚筒高度，实现基于虚拟轨迹控制的采煤机自适应截割。

然而，上述现有技术的技术方案中均存在以下缺陷：

1)仅能记录固定的摇臂截割轨迹，数据固定无法改变，导致该技术仅能在工作面地质变化较小时使用。地质变化条件较大时无法适用，导致自动化功能失效。

2)因急倾斜特厚煤层的工作面较短，因此，现有技术中所采用的长壁式普通双滚筒采煤机并不能适用于急倾斜特厚煤层的开采。

因此，非常有必要设计一种既能自动适应地质条件变化、又能适用于急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统及开采方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种既能自动适应地质条件变化、又能适用于急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统及开采方法，旨在克服现有技术的缺陷。

本发明所提供的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统包括：设置在工作面的采煤机；用于控制所述采煤机的操作台，所述操作台的控制输出端与所述采煤机的控制输入端连接，所述操作台采集所述采煤机在一次循环采煤工作流程中摇臂的基准轨迹数据；煤层数据获取子系统，所述煤层数据获取子系统根据工作面的地质情况获取煤层顶板的变化数据；主控计算机，所述主控计算机与所述操作台通信地连接，所述主控计算机接收所述基准轨迹数据；所述主控计算机的数据接收端与所述煤层数据获取子系统的数据输出端连接，所述主控计算机接收所述煤层顶板的变化数据；所述主控计算机根据所述煤层顶板的变化数据和所述基准轨迹数据计算摇臂的计划轨迹数据；所述操作台接收所述计划轨迹数据，并根据所述计划轨迹数据控制所述采煤机进行开采作业。

优选地，所述主控计算机上设置有第一数据输入端和第二数据输入端；所述煤层数据获取子系统包括：用于识别煤岩分界界面信息的煤岩分界识别装置，所述煤岩分界识别装置安装在所述采煤机上，所述煤岩分界识别装置的数据输出端与所述主控计算机的第一数据输入端连接，所述煤岩分界识别装置通过所述主控计算机的第一数据输入端将煤岩分界界面信息发送到所述主控计算机；煤壁视频摄像仪，所述煤壁视频摄像仪的数据输出端与所述主控计算机的第二数据输入端连接，所述煤壁视频摄像仪采集煤壁的图像，根据该图像计算煤岩分界数值，并将所述煤岩分界数值发送到主控计算机；所述主控计算机根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。

优选地，所述主控计算机上还设置有第三数据输入端，所述煤层数据获取子系统还包括：修正数值输入装置，所述修正数值输入装置的数据输出端与所述主控计算机的第三数据输入端连接，所述修正数值输入装置获取用户输入的修正数值，并将该修正数值发送到所述主控计算机；所述主控计算机根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值、修正数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。

优选地，所述修正数值输入装置是设置在工作面的液压支架电液控制装置。

优选地，所述采煤机是短壁电牵引采煤机。

本发明所提供的利用上述急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统的开采方法包括以下步骤：a)通过所述操作台采集所述采煤机在一次循环采煤工作流程中摇臂的基准轨迹数据；b)通过所述煤层数据获取子系统根据工作面的地质情况获取煤层顶板的变化数据；c)通过所述主控计算机接收所述基准轨迹数据和所述煤层顶板的变化数据，并根据所述煤层顶板的变化数据和所述基准轨迹数据计算摇臂的计划轨迹数据；d)所述操作台接收所述计划轨迹数据，并根据所述计划轨迹数据控制所述采煤机进行开采作业。

优选地，所述煤层数据获取子系统包括煤岩分界识别装置和煤壁视频摄像仪；所述步骤b)包括：b1)通过所述煤岩分界识别装置识别煤岩分界界面信息，并将煤岩分界界面信息发送到所述主控计算机；b2)通过所述煤壁视频摄像仪采集煤壁的图像，根据该图像计算煤岩分界数值，并将所述煤岩分界数值发送到主控计算机；在所述步骤c)中，所述主控计算机根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。

优选地，所述煤层数据获取子系统还包括修正数值输入装置；所述步骤b)还包括：所述修正数值输入装置获取用户输入的修正数值，并将该修正数值发送到所述主控计算机；在所述步骤c)中，所述主控计算机根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值、修正数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。

采用本发明所提供的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统及开采方法，可以将记忆截割功能从长壁电牵引采煤机上应用到了短壁电牵引采煤机，实现了急倾斜特厚煤层的采煤机自动化开采；可以通过多种手段对记忆截割的轨迹进行人工或智能化修正，实现了煤层赋存条件变化较大时，采煤机运行轨迹与实际地理变化情况的契合。本发明所提供的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统及开采方法实现了急倾斜特厚煤层的智能化开采，减少了煤矿工人在环境恶劣的工作面条件下的作业，将人解放到相对安全和环境较好的地方进行开采。同时保证了工作面的产量没有减少。

附图说明

下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:

图1是本发明的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统的一种优选实施例。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

图1是本发明的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统的一种优选实施例。如图1所示，本发明所提供的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统包括：采煤机20、操作台30、煤层数据获取子系统50和主控计算机40。

所述采煤机20设置在工作面10，用于进行采煤作业，在优选实施例中，所述采煤机20通过短壁电牵引采煤机实现，并将采煤机20安装在急倾斜特厚煤层短壁工作面，以完成急倾斜特厚煤层短壁工作面的采煤作业。对于所述采煤机20的具体结构和原理，这里不再赘述。

所述操作台30用于控制所述采煤机20，所述操作台30的控制输出端与所述采煤机20的控制输入端连接。具体地，所述操作台30可以采集所述采煤机20在一次循环采煤工作流程中摇臂的基准轨迹数据。在具体实现过程中，可以由采煤机20司机通过操作台30来操作短壁电牵引采煤机沿工作面10煤层人工进行一个循环采煤的工作流程形成示范刀(也称基准刀)，并将摇臂实际运行轨迹作为模板保存在主控计算机40上。

所述煤层数据获取子系统50根据工作面10的地质情况获取煤层顶板的变化数据，优选地，所获取的煤层顶板的变化数据在实际操作中可以包括以下一种或多种数据：煤岩分界界面信息、煤壁的图像、煤岩分界数值、人工修正数值等。所获取的这些具体的数据可以作为重新对基准轨迹数据进行调整的依据，从而使采煤作业能够根据不同的地质情况进行自动调整。

所述主控计算机40与所述操作台30通信地连接，所述主控计算机40接收所述基准轨迹数据；所述主控计算机40的数据接收端与所述煤层数据获取子系统50的数据输出端连接，所述主控计算机40接收所述煤层顶板的变化数据；所述主控计算机40根据所述煤层顶板的变化数据和所述基准轨迹数据计算摇臂的计划轨迹数据；所述操作台30接收所述计划轨迹数据，并根据所述计划轨迹数据控制所述采煤机20进行开采作业。

在图1所示的优选实施例中，所述主控计算机40上设置有第一数据输入端和第二数据输入端。所述煤层数据获取子系统50包括：煤壁视频摄像仪52，以及用于识别煤岩分界界面信息的煤岩分界识别装置51。

具体地，所述煤岩分界识别装置51的数据输出端与所述主控计算机40的第一数据输入端连接，所述煤岩分界识别装置51通过所述主控计算机40的第一数据输入端将煤岩分界界面信息发送到所述主控计算机40。所述煤壁视频摄像仪52的数据输出端与所述主控计算机40的第二数据输入端连接，所述煤壁视频摄像仪52采集煤壁的图像，根据该图像计算煤岩分界数值，并将所述煤岩分界数值发送到主控计算机40。在这种设计中，所获取的煤层顶板的变化数据包括煤岩分界界面信息和煤岩分界数值，因此，所述主控计算机40可以根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。在具体实施过程中，所述煤壁视频摄像仪52也可以直接将所采集煤壁的图像发送到主动计算机，而所述煤岩分界数值可以通过主控计算机40来进行计算得出。

为了使采煤作业更加符合工作面10的实际情况，还可以在计算计划轨迹数据时加入人工修正值进行综合考量。优选地，可以在所述主控计算机40上还设置第三数据输入端，所述煤层数据获取子系统50还可以包括修正数值输入装置53，所述修正数值输入装置53的数据输出端与所述主控计算机40的第三数据输入端连接，所述修正数值输入装置53获取用户输入的修正数值，并将该修正数值发送到所述主控计算机40。在这种设计中，所述主控计算机40可以根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值、修正数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。在图1所示的优选实施例中，所述修正数值输入装置53通过设置在工作面10的液压支架电液控制装置来实现。实际上，所述修正数值输入装置53还可以通过其它各种具有数据输入功能的装置来实现。

优选地，煤岩分界识别装置51可以安装在采煤机20上，并以串口连接；采煤机20可以通过以太网连接至主控计算机40；视频摄像仪与电液控制装置都可以通过以太网传输连接至主控计算机40；操作台30与主控计算机40可以通过串口连接。

采用本发明所提供的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统，可以实现急倾斜特厚煤层条件下的短壁电牵引采煤机自动化开采的控制，同时可以解决截割轨迹无法随地质条件变化而自适应变化的问题。进一步，短壁电牵引采煤机在急倾斜特厚煤层条件下的记忆截割自动化开采，通过人工修正、图像识别及测量、煤岩分界等方法和技术，与记忆截割相结合，解决了记忆截割无法适应地质条件变化的缺点，实现了短壁电牵引采煤机的全自动化开采控制系统。

本发明还提供了一种利用如上所述的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统的开采方法。具体地，所述开采方法的步骤如下。

步骤a)，通过所述操作台30采集所述采煤机20在一次循环采煤工作流程中摇臂的基准轨迹数据。在具体实现过程中，可以由采煤机20司机通过操作台30来操作短壁电牵引采煤机沿工作面10煤层人工进行一个循环采煤的工作流程形成示范刀(也称基准刀)，并将摇臂实际运行轨迹作为模板保存在主控计算机40上。

步骤b)，通过所述煤层数据获取子系统50根据工作面10的地质情况获取煤层顶板的变化数据。在具体实现过程中，所获取的煤层顶板的变化数据在实际操作中可以包括以下一种或多种数据：煤岩分界界面信息、煤壁的图像、煤岩分界数值、人工修正数值等。所获取的这些具体的数据可以作为重新对基准轨迹数据进行调整的依据，从而使采煤作业能够根据不同的地质情况进行自动调整。

步骤c)，通过所述主控计算机40接收所述基准轨迹数据和所述煤层顶板的变化数据，并根据所述煤层顶板的变化数据和所述基准轨迹数据计算摇臂的计划轨迹数据。所述计划轨迹数据可以表示采煤机20在下一个工作流程中摇臂的计划运动轨迹，以此来调整采煤机20的工作状态和实际参数。

步骤d)，所述操作台30接收所述计划轨迹数据，并根据所述计划轨迹数据控制所述采煤机20进行开采作业。通过这种控制，可以使采煤机20实时地对工作状态进行调整，从而适应不同的地质情况。

优选地，所述煤层数据获取子系统50包括煤岩分界识别装置51和煤壁视频摄像仪52。所述步骤b)包括：通过所述煤岩分界识别装置51识别煤岩分界界面信息，并将煤岩分界界面信息发送到所述主控计算机40；通过所述煤壁视频摄像仪52采集煤壁的图像，根据该图像计算煤岩分界数值，并将所述煤岩分界数值发送到主控计算机40。在所述步骤c)中，所述主控计算机40根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。

更优选地，所述煤层数据获取子系统50还包括修正数值输入装置53。所述步骤b)还包括：所述修正数值输入装置53获取用户输入的修正数值，并将该修正数值发送到所述主控计算机40。在所述步骤c)中，所述主控计算机40根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值、修正数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。

在实际使用过程中，本发明的开采系统和开采方法可以将传统应用于长壁电牵引采煤机上的记忆截割功能移植到短壁电牵引采煤机上，并增加煤壁视频摄像仪、煤岩分界识别系统、液压支架电液控制系统作为自动化开采的辅助手段组成该自动化开采系统。在开采作业时，系统可以首先由采煤机司机操作短壁电牵引采煤机沿工作面煤层人工进行一个循环采煤的工作流程即为示范刀(或叫基准刀)，并将摇臂实际运行轨迹作为模板保存在主控计算机上。然后，系统通过三种方式获取煤层顶板的变化数据：将远程视频监控的图像进行图像识别及测量，获得煤岩分界数值；巡检工在采场就地观察，并将修正数值输入液压支架电液控制系统；通过安装在采煤机上的煤岩分界智能化识别煤岩分界的界面。将这三种方式得到的煤层顶板的变化信息传输到主控计算机，经主控计算机计算，与示范刀所采集的轨迹模板进行拟合，得到下一刀的新的摇臂滚筒计划运行轨迹，并在下一刀割煤过程中应用，同时得到新的下一刀运行轨迹，周而复始实现短壁电牵引采煤机的连续推进。

采用本发明所提供的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统及开采方法，可以将记忆截割功能从长壁电牵引采煤机上应用到了短壁电牵引采煤机，实现了急倾斜特厚煤层的采煤机自动化开采；可以通过多种手段对记忆截割的轨迹进行人工或智能化修正，实现了煤层赋存条件变化较大时，采煤机运行轨迹与实际地理变化情况的契合。本发明所提供的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统及开采方法实现了急倾斜特厚煤层的智能化开采，减少了煤矿工人在环境恶劣的工作面条件下的作业，将人解放到相对安全和环境较好的地方进行开采。同时保证了工作面的产量没有减少。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统，其特征在于，所述开采系统包括：

设置在工作面的采煤机；

用于控制所述采煤机的操作台，所述操作台的控制输出端与所述采煤机的控制输入端连接，所述操作台采集所述采煤机在一次循环采煤工作流程中摇臂的基准轨迹数据；

煤层数据获取子系统，所述煤层数据获取子系统根据工作面的地质情况获取煤层顶板的变化数据；

主控计算机，所述主控计算机与所述操作台通信地连接，所述主控计算机接收所述基准轨迹数据；所述主控计算机的数据接收端与所述煤层数据获取子系统的数据输出端连接，所述主控计算机接收所述煤层顶板的变化数据；所述主控计算机根据所述煤层顶板的变化数据和所述基准轨迹数据计算摇臂的计划轨迹数据；所述操作台接收所述计划轨迹数据，并根据所述计划轨迹数据控制所述采煤机进行开采作业。

2.根据权利要求1所述的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统，其特征在于，所述主控计算机上设置有第一数据输入端和第二数据输入端；所述煤层数据获取子系统包括：

用于识别煤岩分界界面信息的煤岩分界识别装置，所述煤岩分界识别装置安装在所述采煤机上，所述煤岩分界识别装置的数据输出端与所述主控计算机的第一数据输入端连接，所述煤岩分界识别装置通过所述主控计算机的第一数据输入端将煤岩分界界面信息发送到所述主控计算机；

煤壁视频摄像仪，所述煤壁视频摄像仪的数据输出端与所述主控计算机的第二数据输入端连接，所述煤壁视频摄像仪采集煤壁的图像，根据该图像计算煤岩分界数值，并将所述煤岩分界数值发送到主控计算机；

所述主控计算机根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。

3.根据权利要求2所述的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统，其特征在于，所述主控计算机上还设置有第三数据输入端，所述煤层数据获取子系统还包括：

修正数值输入装置，所述修正数值输入装置的数据输出端与所述主控计算机的第三数据输入端连接，所述修正数值输入装置获取用户输入的修正数值，并将该修正数值发送到所述主控计算机；

所述主控计算机根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值、修正数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。

4.根据权利要求3所述的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统，其特征在于，所述修正数值输入装置是设置在工作面的液压支架电液控制装置。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统，其特征在于，所述采煤机是短壁电牵引采煤机。

6.一种利用权利要求1所述的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采系统的开采方法，其特征在于，所述开采方法包括以下步骤：

a)通过所述操作台采集所述采煤机在一次循环采煤工作流程中摇臂的基准轨迹数据；

b)通过所述煤层数据获取子系统根据工作面的地质情况获取煤层顶板的变化数据；

c)通过所述主控计算机接收所述基准轨迹数据和所述煤层顶板的变化数据，并根据所述煤层顶板的变化数据和所述基准轨迹数据计算摇臂的计划轨迹数据；

d)所述操作台接收所述计划轨迹数据，并根据所述计划轨迹数据控制所述采煤机进行开采作业。

7.根据权利要求6所述的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采方法，其特征在于，所述煤层数据获取子系统包括煤岩分界识别装置和煤壁视频摄像仪；

所述步骤b)包括：

b1)通过所述煤岩分界识别装置识别煤岩分界界面信息，并将煤岩分界界面信息发送到所述主控计算机；

b2)通过所述煤壁视频摄像仪采集煤壁的图像，根据该图像计算煤岩分界数值，并将所述煤岩分界数值发送到主控计算机；

在所述步骤c)中，所述主控计算机根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。

8.根据权利要求7所述的急倾斜特厚煤层短壁工作面的开采方法，其特征在于，所述煤层数据获取子系统还包括修正数值输入装置；

所述步骤b)还包括：

所述修正数值输入装置获取用户输入的修正数值，并将该修正数值发送到所述主控计算机；

在所述步骤c)中，所述主控计算机根据煤岩分界界面信息、煤岩分界数值、修正数值和基准轨迹数据计算所述计划轨迹数据。