CN107676095B - 厚煤层放顶煤开采装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种厚煤层放顶煤开采装置及方法，其中采用雷达扫描探头以超宽带的扫描信号得到煤岩信号，并将煤岩信号发送至处理识别模块进行匹配处理，匹配处理结果传给电液传输及控制模块，电液传输及控制模块根据接收到的煤岩分界信息进行判断决策，根据处理后的结果发出控制指令，控制放煤液压支架设备，实现自动化放顶煤。上述方案可以满足煤岩分界和煤矸识别的自动化生产要求，适用于厚煤层的综放和综采工作面。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采智能监控技术领域，尤其涉及一种厚煤层放顶煤开采装置及方法。
背景技术
目前的煤矿开采工艺中，放顶煤工作面主要采用人工放煤和电液控制自动放煤。采用人工放煤，工人离放煤口比较近，煤矸在放出过程中产生大量的粉尘，使得放煤口附近能见度很低，工人较多依赖现场视觉观察、声音、时间和经验来判断来终止放煤，操作存在着随机性，粉尘对人体的伤害较大。采用电液控制自动放煤，依靠时间控制，不能适应煤层赋存条件的变化。而之所以还没有有效的自动化手段，究其原因在于在井下没有成熟的煤矸识别技术，不能准确的得到煤层中煤和岩石之间的分界线。
对井下煤矸识别和煤岩分界的技术研究有一些论文和申请中的专利，可以分为3类：第一类是γ射线传感器，第二类是基于振动加速度传感的煤岩界面识别装置，适合前部采煤机割煤，第三类是基于窄带电磁波传播特性的雷达式煤岩界面识别装置。实践表明，现有煤岩界面识别装置由于技术原理所限，存在如下问题：(1)γ射线传感器要求顶底板围岩必须有放射性元素，因此其对于砂岩顶板的适应性极差，由此存在适用范围受限的问题；(2)振动加速度等特性的煤岩界面识别装置均属于接触式识别装置，存在一定的滞后性及安全性问题；(3)窄带电磁波传播特性的雷达式煤岩界面识别装置测量精度低、分辨率低、抗干扰能力差、电磁兼容性差的问题，无法满足厚煤层无人化开采的要求。
基于此，有必要发明一种全新的厚煤层放顶煤开采装置及方法。
发明内容
本发明要旨在提供一种厚煤层放顶煤开采装置及方法，能够准确检测厚煤层放煤和采煤过程中检测放煤过程中顶煤剩余厚度变化，放煤后的上覆岩层高度，并据此控制煤液压支架设备实现自动化采煤和放煤。
为此，本发明提供一种厚煤层放顶煤开采装置，包括：
雷达扫描探头，以预设时间为周期输出超宽带的扫描信号至放顶煤煤层中，并接收扫描信号被所述放顶煤煤层反射后的反射信号，根据所述反射信号得到煤岩信号，所述煤岩信号包括顶煤厚度、顶板高度；
处理识别模块，接收所述煤岩信号，根据所述煤岩信号得到煤层与岩石的分界线作为实际煤岩分界数据；将所述实际煤岩分界数据与预设煤岩分界数据进行比对处理并得到与所述实际煤岩分界数据匹配的煤岩分界数据；
电液传输及控制模块，接收所述匹配的煤岩分界数据，根据所述匹配的煤岩分界数据发出控制信号以控制采煤设备和/或放煤设备执行相应的操作。
可选地，上述的厚煤层放顶煤开采装置中，所述雷达扫描探头输出的所述扫描信号频率在0.1-100GHz范围内。
可选地，上述的厚煤层放顶煤开采装置中，所述雷达扫描探头包括发射天线和接收天线；
所述发射天线用于输出所述扫描信号，所述接收天线用于接收所述反射信号。
可选地，上述的厚煤层放顶煤开采装置中，所述预设周期在0.5-1.5秒范围内。
可选地，上述的厚煤层放顶煤开采装置中，还包括：
位置检测传感器，设置于所述采煤设备上，检测采煤设备的位置并输出表征采煤设备位置的位置信号；
所述电液传输及控制模块，接收所述位置信号，根据所述位置信号及预设的采放煤动作，控制所述采煤设备的采煤速度和所述放煤设备的放煤速度。
可选地，上述的厚煤层放顶煤开采装置中，所述位置检测传感器采用超宽带测距方法检测所述采煤设备的位置。
可选地，上述的厚煤层放顶煤开采装置中，还包括：
负荷检测传感器，设置于所述放煤设备的刮板运输机上，检测所述刮板运输机的负荷大小并输出表征所述负荷大小的负荷信号；
所述电液传输及控制模块，接收所述负荷信号，根据所述负荷信号控制所述放煤设备的放煤速度与所述采煤设备的采煤速度。
本发明还提供一种厚煤层放顶煤开采方法，利用以上任一项所述的厚煤层放顶煤开采装置，其中：
所述开采装置中的雷达扫描探头放置于液压支架的顶梁下方和/或掩护梁下方和/或尾梁下方。
可选地，上述的厚煤层放顶煤开采方法中，所述雷达扫描探头放置于液压支架的顶梁下方时，其放置于所述顶梁靠近煤壁的一端的下方。
可选地，上述的厚煤层放顶煤开采方法中，所述雷达扫描探头放置于液压支架的掩护梁下方时，其放置于所述掩护梁的中部的下方。
本发明提供的上述技术方案，与现有技术相比，至少具有如下优势效果：采用雷达扫描探头以超宽带的扫描信号得到煤岩信号，并将煤岩信号发送至处理识别模块进行匹配处理，匹配处理结果传给电液传输及控制模块，电液传输及控制模块根据接收到的煤岩分界信息进行判断决策，根据处理后的结果发出控制指令，控制放煤液压支架设备，实现自动化放顶煤。与现有人工放煤及煤岩界面识别装置相比，上述方案所述基于超宽带透地雷达的煤岩界面识别装置，利用超宽带信号抗干扰能力强、电磁兼容性良好、测量精度高等优点，结合电磁脉冲波技术实现对煤岩层穿透，实现高分辨率、实时、自动识别待放煤层的煤岩界面。与γ射线传感器相比，上述方案利用微波段，元器件电路设计实现容易、成本低；与基于振动传感器的煤岩界面识别装置相比，上述方案属可进行放煤生产前、中和后期的检测，适用灵活性更强；与基于窄带电磁波传播特性的雷达识别装置相比，上述方案的测量分辨率和精度更高。因此上述方案可以满足煤岩分界和煤矸识别的自动化生产要求，适用于厚煤层的综放和综采工作面。
附图说明
图1为本发明一个实施例所述厚煤层放顶煤开采装置的原理框图；
图2为本发明另一实施例所述厚煤层放顶煤开采装置的原理框图；
图3为本发明厚煤层放顶煤开采装置中雷达扫描探头设置位置示意图。
具体实施方式
下面将结合附图进一步说明本发明实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间接口间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本文中的术语“第一”、“第二”、“第三”等用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。
实施例1
本实施例提供一种厚煤层放顶煤开采装置，如图1所示，包括：
雷达扫描探头11，以预设时间为周期输出超宽带的扫描信号至放顶煤煤层中，并接收扫描信号被所述放顶煤煤层反射后的反射信号，根据所述反射信号得到煤岩信号，所述煤岩信号包括顶煤厚度、顶板高度；处理识别模块12，接收所述煤岩信号，根据所述煤岩信号得到煤层与岩石的分界线作为实际煤岩分界数据；将所述实际煤岩分界数据与预设煤岩分界数据进行比对处理并得到与所述实际煤岩分界数据匹配的煤岩分界数据；电液传输及控制模块13，接收所述匹配的煤岩分界数据，根据所述匹配的煤岩分界数据发出控制信号以控制采煤设备21和/或放煤设备22执行相应的操作。
以上，所述设定时间决定了处理识别模块12接收到顶煤厚度和顶板高度数据的频率，理论上这一时间越短越好，具体以处理识别模块12的数据处理速度和数据处理量结合考虑，一般情况下可以选择0.5-1.5s即可，优选为1s。而扫描信号满足超宽带透地特性为佳，因此其频率可以覆盖0.1-100GHz的范围内。采用了超宽带透地雷达扫描探头11其采用电磁波脉冲成像技术，其利用了超宽带信号的抗干扰能力强、电磁兼容性良好、测量精度高等优点，结合电磁脉冲波技术实现对煤岩层穿透成像，能够实现高分辨率、实时、自动识别待放煤层的煤岩界面的效果。处理识别模块12中预先存储有多组顶煤厚度、顶板高度的数据，并且存储有顶煤厚度、顶板高度与煤岩分界线的对应关系，因此当雷达扫描探头11扫描得到顶煤厚度和顶板高度并将其发送至处理识别模块12后，处理识别模块12将这些数据与预存的数据进行比对匹配后，就能够得对应的煤岩分界数据。处理识别模块12基于雷达扫描探头11得到的准确的煤层厚度和顶板高度得到煤层和岩石的分界位置，控制采煤设备21和放煤设备22进行自动化工作，由于整个过程几乎是实时进行的，因此一旦发现采煤设备21已经采到煤岩分界线附近，可立即控制采煤设备21停止采煤。
上述方案与现有人工放煤及煤岩界面识别装置相比，上述方案所述基于超宽带透地雷达的煤岩界面识别装置，利用超宽带信号抗干扰能力强、电磁兼容性良好、测量精度高等优点，结合电磁脉冲波技术实现对煤岩层穿透，实现高分辨率、实时、自动识别待放煤层的煤岩界面。与γ射线传感器相比，上述方案利用微波段，元器件电路设计实现容易、成本低；与基于振动传感器的煤岩界面识别装置相比，上述方案属可进行放煤生产前、中和后期的检测，适用灵活性更强；与基于窄带电磁波传播特性的雷达识别装置相比，上述方案的测量分辨率和精度更高。因此上述方案可以满足煤岩分界和煤矸识别的自动化生产要求，适用于厚煤层的综放和综采工作面。
以上方案中，雷达扫描探头11其可以采用同一天线既执行发送扫描信号的操作又执行接收反射信号的操作。为了提高雷达扫描探头11数据处理的效率和准确性，如图2所示，可以令所述雷达扫描探头11包括发射天线16和接收天线17；所述发射天线16用于输出所述扫描信号，所述接收天线17用于接收所述反射信号。如此能够是的发射天线16和接收天线17互不影响，均处于实时工作的状态。
如图2中所示的情况，上述装置还包括：
位置检测传感器14，设置于所述采煤设备21上，检测采煤设备21的位置并输出表征采煤设备21位置的位置信号；所述电液传输及控制模块13，接收所述位置信号，根据所述位置信号及预存的所述采煤设备21与液压支架间的距离，控制所述采煤设备21的采煤速度和所述放煤设备22的放煤速度。在处理识别模块12中，存储有液压支架与采煤设备21的距离、液压支架与放煤设备22的距离，由此即可得到采煤设备21与放煤设备22之间的距离。采煤设备21的运行速度与放煤设备22的运行速度相匹配，协同工作，以保证采煤设备21运行至放煤设备22处时，放煤设备22恰好完成前一周期的放煤工作。
进一步地，上述装置还负荷检测传感器15，设置于所述放煤设备22的刮板运输机上，检测所述刮板运输机的负荷大小并输出表征所述负荷大小的负荷信号；所述电液传输及控制模块13，接收所述负荷信号，根据所述负荷信号控制所述放煤设备22的放煤速度与所述采煤设备21的采煤速度。根据放煤设备22刮板运输机上的负荷能够判断刮板运输机上还有多少煤量或者煤流体积，将其反馈给电液传输及控制模块13使其保证放煤过程的高效及与采煤设备21的配合协调。
实施例2
本实施例提供一种厚煤层放顶煤开采方法，利用实施例1中任一方案中的厚煤层放顶煤开采装置，其中所述开采装置中的雷达扫描探头放置于液压支架的顶梁33下方和/或掩护梁32下方和/或尾梁31下方。如图3所示，所述雷达扫描探头放置于液压支架的顶梁33下方时，其放置于所述顶梁33靠近煤壁的一端的下方。所述雷达扫描探头放置于液压支架的掩护梁32下方时，其放置于所述掩护梁32的中部的下方。
本实施例中，采用雷达扫描探头得到准确的煤岩分界线，将采集到的煤岩分界发送到处理识别模块进行匹配处理，并将匹配处理的信息传给电液传输及控制模块；电液传输及控制模块根据接收到的煤岩分界信息进行判断决策，根据处理后的结果发出控制指令，控制采煤设备和放煤设备工作，实现自动化开采。
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精神和范围。
Claims (7)
1.一种厚煤层放顶煤开采装置，其特征在于，包括：
雷达扫描探头，放置于液压支架的顶梁下方和/或掩护梁下方和/或尾梁下方，以预设时间为周期输出超宽带的扫描信号至放顶煤煤层中，并接收扫描信号被所述放顶煤煤层反射后的信号，根据反射信号得到煤岩信号，所述煤岩信号包括顶煤厚度、顶板高度；所述雷达扫描探头输出的所述扫描信号频率在0.1-100GHz范围内；
处理识别模块，预先存储有多组顶煤厚度、顶板高度的数据，并且存储有顶煤厚度、顶板高度与煤岩分界线的对应关系；其接收所述煤岩信号，根据所述煤岩信号得到煤层与岩石的分界线作为实际煤岩分界数据；将所述实际煤岩分界数据与预设煤岩分界数据进行比对处理并得到与所述实际煤岩分界数据匹配的煤岩分界数据；
电液传输及控制模块，接收所述匹配的煤岩分界数据，根据所述匹配的煤岩分界数据发出控制信号以控制采煤设备和/或放煤设备执行相应的操作；其包括：所述采煤设备采到煤岩分界线附近时，立即控制采煤设备停止采煤。
2.根据权利要求1所述的厚煤层放顶煤开采装置，其特征在于：
所述雷达扫描探头包括发射天线和接收天线；
所述发射天线用于输出所述扫描信号，所述接收天线用于接收所述反射信号。
3.根据权利要求1所述的厚煤层放顶煤开采装置，其特征在于：
所述预设时间在0.5-1.5秒钟范围内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的厚煤层放顶煤开采装置，其特征在于，还包括：
位置检测传感器，设置于所述采煤设备上，检测采煤设备的位置并输出表征采煤设备位置的位置信号；
所述电液传输及控制模块，接收所述位置信号，根据所述位置信号及预存的所述采煤设备与液压支架间的距离，控制所述采煤设备的采煤速度和所述放煤设备的放煤速度。
5.根据权利要求4所述的厚煤层放顶煤开采装置，其特征在于：
所述位置检测传感器采用超宽带测距方法检测所述采煤设备的位置。
6.根据权利要求1-3任一项所述的厚煤层放顶煤开采装置，其特征在于，还包括：
负荷检测传感器，设置于所述放煤设备的刮板运输机上，检测所述刮板运输机的负荷大小并输出表征所述负荷大小的负荷信号；
所述电液传输及控制模块，接收所述负荷信号，根据所述负荷信号控制所述放煤设备的放煤速度与所述采煤设备的采煤速度。
7.一种厚煤层放顶煤开采方法，利用权利要求1-6任一项所述的厚煤层放顶煤开采装置，其中：
所述雷达扫描探头放置于液压支架的顶梁下方时，其放置于所述顶梁靠近煤壁的一端的下方；和/或，
所述雷达扫描探头放置于液压支架的掩护梁下方时，其放置于所述掩护梁的中部的下方。
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