CN108561133A - 基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统和方法。所述系统包括：布置在工作面的采煤机和液压支架；沿所述工作面延伸方向设置的巡检轨道；巡检装置，所述巡检装置可滑动地安装在所述巡检轨道上，所述巡检装置用于检测煤岩界面数据和工作面直线度，并根据所述煤岩界面数据和所述工作面直线度输出控制指令，所述采煤机根据所述控制指令进行自动割煤控制，所述液压支架根据所述控制指令进行工作面自动找直控制。采用本发明，能够避免综采工作面恶劣的生产环境对视频系统的影响，减少工作面摄像仪的数量，同时完成工作面煤岩界面辨识和工作面直线度检测。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下放顶煤工作面自动化开采技术领域，特别是涉及一种基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统及方法。
背景技术
随着煤矿自动化智能化技术的发展，综采工作面实现了以采煤机记忆割煤为主、液压支架跟机自动控制的工作面设备自动化生产、监控中心和地面远程遥控的生产模式，但是由于煤矿赋存条件在不断的变化，采用该方式生产，在连续多刀作业后会由于煤层变化的影响，必须再次修订记忆割煤曲线，才能保证继续正常生产，由于液压支架动作控制精度误差、传感器误差积累、液压支架与刮板输送机之间的销耳误差，会导致工作面参差不齐，不能满足煤矿安全规程对工作面直线度的要求，必须停下来进行工作面调直控制。
因此，发明人在实现发明创造的过程中发现，工作面要想实现真正意义上的自动化生产、实现无人化生产，必须解决采煤机的煤岩界面识别的问题，同时，还必须解决工作面刮板输送机和液压支架的直线度自动控制问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统及方法，旨在同时实现采煤机自动控制和工作面自动找直，以克服现有技术中存在的缺陷。
本发明所提供的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统包括：布置在工作面的采煤机和液压支架；沿所述工作面延伸方向设置的巡检轨道；巡检装置，所述巡检装置可滑动地安装在所述巡检轨道上，所述巡检装置用于检测煤岩界面数据和工作面直线度，并根据所述煤岩界面数据和所述工作面直线度输出控制指令，所述采煤机根据所述控制指令进行自动割煤控制，所述液压支架根据所述控制指令进行工作面自动找直控制。
进一步，所述巡检轨道包括沿工作面延伸方向设置的轨道平面；所述巡检装置包括驱动滚轮，所述驱动滚轮在所述轨道平面上滚动，从而驱动所述巡检装置在所述巡检轨道上运动。
进一步，所述巡检轨道还包括沿工作面延伸方向设置的轨道齿面，所述巡检装置包括计数齿轮，所述计数齿轮与所述轨道齿面啮合，所述巡检装置在所述巡检轨道上运动时，通过所述轨道齿面带动所述计数齿轮转动。
进一步，所述巡检装置包括图像处理模块和第一摄像仪，所述第一摄像仪用于拍摄煤壁图像，所述处理模块根据所述煤壁图像进行煤岩界面识别，生成所述煤岩界面数据并发送到所述采煤机，所述采煤机根据所述煤岩界面数据进行自动割煤控制。
进一步，所述巡检装置还包括第二摄像仪，所述第二摄像仪用于拍摄工作面的刮板输送机和所述液压支架的工作面姿态，所述图像处理模块根据该工作面姿态计算所述工作面直线度并发送到所述液压支架，所述液压支架根据所述工作面直线度进行工作面自动找直控制。
进一步，所述液压支架的顶梁上设置有测量标签。
进一步，所述巡检装置包括无线通信模块，通过所述无线通信模块进行数据通信。
进一步，所述巡检装置始终保持在所述采煤机的上风头处。
进一步，所述巡检轨道是悬吊式轨道，所述巡检轨道通过安装在工作面的刮板输送机槽帮侧方的支撑架悬吊安装。
进一步，所述液压支架上安装有喷雾装置，所述喷雾装置对煤壁进行喷雾清洗，和/或所述喷雾装置对工作面的刮板输送机和液压支架进行喷雾清洗。
本发明所提供的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的方法，采用如上任意一项所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统来实现，所述方法包括：控制所述巡检装置在所述巡检轨道上运动；通过所述巡检装置检测煤岩界面数据和工作面直线度，并根据所述煤岩界面数据和所述工作面直线度输出控制指令；所述采煤机根据所述控制指令进行自动割煤控制，所述液压支架根据所述控制指令进行工作面自动找直控制。
采用本发明所提供的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统和方法，基于所述巡检装置的视频巡检，检测煤岩界面数据和工作面直线度，据此可以确定控制参数，向所述采煤机和液压支架输出控制指令，所述采煤机的控制系统和液压支架的控制系统可以根据该控制指令分别控制所述采煤机和液压支架，从而进行采煤机自动割煤控制和工作面自动找直。一方面，可以实现真正意义上的自动化生产、实现无人化生产；另一方面，还解决了工作面刮板输送机和液压支架的直线度自动控制问题。
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是本发明实施例所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统的示意图；
图2是图1中巡检轨道和巡检装置的示意图；
图3是图2的另一视角的示意图；
图4是本发明实施例所述的巡检装置的功能模块示意图；
图5是本发明实施例所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的方法的流程。
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是本发明实施例所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统的示意图。如图1所示，本发明实施例所提供的系统包括布置在工作面的采煤机1、刮板输送机2和液压支架3，所述液压支架3有多台，并且沿着工作面的延伸方向布置，即沿着图1中垂直于纸面的方向布置。所述采煤机1可以接收巡检装置6提供的煤岩界面识别信息，并采用该信息在下一刀割煤时为煤机摇臂调高提供补偿信息，从而实现采煤机1的自动割煤控制。所述液压支架3可以在巡检轨道5上方的液压支架3顶梁上使用不同颜色进行标识，为使用巡检装置6拍摄视频图像以识别液压支架3偏移直线度位置。所述液压支架3配有电液控制系统，接收巡检装置6提供的液压支架3和刮板输送机2直线度检测调整数据，在下一次推移时，使用该数据进行行程补偿控制。该系统还包括巡检轨道5和巡检装置6，所述巡检轨道5沿所述工作面延伸方向设置，所述巡检装置6可滑动地安装在所述巡检轨道5上，所述巡检装置6可以沿所述巡检轨道5滑动，以检测煤岩界面数据和工作面直线度，所述巡检装置6可以根据所述煤岩界面数据和所述工作面直线度输出控制指令，所述采煤机1根据所述控制指令进行自动割煤控制，所述液压支架3根据所述控制指令进行工作面自动找直控制。具体地，所述巡检装置6可以进行综采工作面视频巡检，用来进行工作面煤岩界面识别，工作面刮板输送机2和液压支架3的直线度检测。
采用本发明所提供的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，基于所述巡检装置6的视频巡检，检测煤岩界面数据和工作面直线度，据此可以确定控制参数，向所述采煤机1和液压支架3输出控制指令，所述采煤机1的控制系统和液压支架3的控制系统可以根据该控制指令分别控制所述采煤机1和液压支架3，从而进行采煤机自动割煤控制和工作面自动找直。一方面，可以实现真正意义上的自动化生产、实现无人化生产；另一方面，还解决了工作面刮板输送机2和液压支架3的直线度自动控制问题。采用本发明的设计，能够避免综采工作面恶劣的生产环境对视频系统的影响，减少工作面摄像仪的数量，同时完成工作面煤岩界面辨识和工作面直线度检测。
图2和图3示出了所述巡检装置6的行走机构的一种实施例，具体地，图2是图1中巡检轨道5和巡检装置6的示意图，图3是图2的另一视角的示意图。在一个实施例中，如图1-3所示，所述巡检轨道5可以为视频巡检装置6提供运行轨道，贯穿整个工作面。所述巡检轨道5包括沿工作面延伸方向设置的轨道平面51，以及沿工作面延伸方向设置的轨道齿面52，在图2中所示的实施例中，所述轨道平面51位于所述巡检轨道5的上表面，所述轨道齿面52位于所述巡检轨道5的下表面。所述巡检装置6包括驱动滚轮61，所述驱动滚轮61在所述轨道平面51上滚动，从而驱动所述巡检装置6在所述巡检轨道5上运动。所述巡检装置6包括计数齿轮62，所述计数齿轮62与所述轨道齿面52啮合，所述巡检装置6在所述巡检轨道5上运动时，通过所述轨道齿面52与所述巡检装置6之间的相对运行，带动所述计数齿轮62转动。所述巡检装置6中可以安装计数器，用于记录齿轮的转动情况，从而获取巡检装置6在巡检轨道5上的移动情况和位置信息。
优选地，所述巡检轨道5可以是悬吊式轨道，所述巡检轨道5通过安装在所述刮板输送机2槽帮侧方的支撑架4悬吊安装。具体地，所述悬吊式轨道通过安装在刮板输送机2槽帮侧方的支撑架4悬吊起来，支撑架4凹向支架方向为工字型，每节中部槽帮上安装一个，轨道为工字型的，上端为平面，供巡检装置6的驱动滚轮61滑行，下端为齿状，带动巡检装置6计数齿轮62旋转，巡检轨道5与采煤机1滚筒应保持一定距离。优选地，所述支撑架4可以固定在刮板输送机2的电缆槽上，刮板输送机2的每节电缆槽外侧安装一根所述支撑架4，为防止巡检轨道5与采煤机1干涉或被割煤时飞溅出来的煤块砸坏，优选地将支撑架4伸向支架内侧方向(图1中的右侧方向)，支撑架4升起后下吊巡检轨道5；更佳地，可以在巡检轨道5前设置挡板，避免在割煤过程中飞溅的煤块把巡检轨道5砸的变形。
图4是本发明实施例所述的巡检装置6的功能模块示意图。结合图1-4所示，所述巡检装置6包括视频模块，具体包括图像处理模块、第一摄像仪和第二摄像仪，所述第一摄像仪用于拍摄煤壁图像，例如工作面垂直方向上的煤壁图像，所述处理模块根据所述煤壁图像进行煤岩界面识别，生成所述煤岩界面数据并发送到所述采煤机1，所述采煤机1根据所述煤岩界面数据进行自动控制。例如，对煤壁图像进行灰度识别来确定当前截割岩石的情况，为采煤机1提供下一刀割煤时摇臂需要调节的高度，所述采煤机1的控制系统在接收到巡检装置6发送的煤岩界面数据后，在下一刀割煤时，采用煤岩界面数据对割煤高度进行补偿控制，实现采煤机1自动割煤控制。
所述第二摄像仪用于拍摄所述刮板输送机2和所述液压支架3的工作面姿态，例如工作面水平方向上的所述刮板输送机2和所述液压支架3的工作面姿态，所述图像处理模块根据该工作面姿态计算所述工作面直线度(例如刮板输送机2和液压支架3的偏移量)并发送到所述液压支架3，所述液压支架3根据所述工作面直线度进行工作面自动找直。例如，通过拍摄工作面方向图像，通过在液压支架3上的标识，通过图像识别技术，可以计算出液压支架3和刮板输送机2偏移的位置尺寸，描绘出当前工作面姿态，给出工作面直线度需要调整的位置尺寸，同时发送给液压支架3电液控制系统按照工作面直线度检测偏移的位置尺寸进行纠偏控制。所述支架电液控制系统在接收到工作面刮板输送机2和液压支架3的偏移量后，在下一刀割煤移架时，采用该偏移量进行液压支架3推移量的补偿控制，实现工作面的自动找直控制。
优选地，所述液压支架3的顶梁上可以设置有测量标签，可以标识有支架标号，优选设置10cm色带，带宽为1cm，使用不同颜色间隔排布。在具体使用过程中，，所述巡检装置6可以分别在水平方向和垂直方向上配置云台摄像仪，垂直方向上的一台用来拍摄煤壁图像，通过图像处理模块进行煤岩界面识别，并报送给采煤机1控制系统。水平方向上的一台用来拍摄刮板输送机2和液压支架3工作面姿态，通过在所述液压支架3上标识的色带，通过图像处理模块进行支架位置识别，与标准的刮板输送机2姿态和液压支架3工作面姿态进行比对，计算出偏差值，并报送给液压支架3的电液控制系统。
所述巡检装置6还包括无线通信模块，通过所述无线通信模块进行数据通信。具体地，所述巡检装置6的无线通信模块可以有WI-FI、ZigBee等多种无线通信模式，可以与采煤机1控制系统、液压支架3电液控制系统及工作面综合接入进行数据通信，将巡检装置6图像处理结果和图像传送到上述指定设备上。
如图1-4所示，所述巡检装置6还包括控制模块，具体包括驱动模块、电机、减速器、驱动滚轮61、计数齿轮62、编码器和定位模块。所述巡检装置6由驱动模块发出行走指令，通过驱动模块中的驱动电路将信号放大，控制电机转动，电机通过减速机构带动驱动滚轮61在巡检轨道5上滚动行走，从而带动所述计数齿轮62转动，即：驱动滚轮61为驱动轮，计数齿轮62为从动轮。计数齿轮62带动编码器转动计数，通过定位模块计算出巡检装置6在轨道上行走的距离，得到所述巡检装置6当前所在位置信息。除此之外，所述巡检装置6也可以通过WI-FI、ZigBee等无线通信模式与采煤机1控制系统和液压支架3控制系统进行信息交换，为其提供检测信息；也能通过ZigBee能量检测方式得到当前所在支架的位置信息；另外还可以通过拍摄在液压支架3吊挂的架号标牌或喷涂在液压支架3上的架号信息，通过图像识别方式确定巡检装置6所处的位置。
优选地，所述巡检装置6的电源模块可以通过具有馈电报警功能的设备来实现，例如，在通过电池来供电的情况下，电源模块可以检测电池电压，在电池馈电时，将进行馈电预警。所述巡检装置6的人机交互模块可以用于向所述控制模块发送指令，驱动所述巡检装置6行走，具体实现过程中可以设置有手动按键，也可以通过遥控器进行巡检装置6的行走加速、减速控制，与巡检装置6进行数据交换，进行巡检装置6的参数设置与参数修改操作。
优选地，所述巡检装置6始终保持在所述采煤机1的上风头处，可以防止巡检装置6摄像仪镜头免受工作面生产环境的污染，防止在割煤过程中飞溅的煤块砸到巡检装置6上。在上行割煤时，巡检装置6跟随在采煤机1后滚筒后方拍摄视频图像，进行煤岩界面识别与工作面直线度检测，在采煤机1下行割煤时，巡检装置6在采煤机1前滚筒前方进行检测，对检测数据进行复核校验，到机头处生成整个工作面的煤岩界面识别曲线和工作面刮板输送机2和液压支架3姿态曲线。
更佳地，实施巡检装置6可以始终处于直线段轨道上行驶，及在完成液压支架3推溜动作后巡检装置6才能行走，用来拍摄工作面刮板输送机2和液压支架3直线度状况，这样带了的好处是可以有效的避免巡检装置6在刮板输送机2弯曲段行走时需要调整摄像仪的角度，轨道在弯曲段不如平直段衔接的平稳，这样可以保证工作面运行轨道平稳，摄像仪不回出现抖动等问题，使整个控制过程简单方便免维护
优选地，所述液压支架3上安装有喷雾装置，所述喷雾装置对煤壁进行喷雾清洗，和/或所述喷雾装置对所述刮板输送机2和液压支架3进行喷雾清洗。例如，在采煤机1下行(由机头向机尾)割煤时，在煤机后上风头处对煤壁进行喷水，清洗煤岩界面处使其清晰可见，冲洗刮板输送机2和液压支架3上标识的色带使其清晰可见，从而可以拍摄到非常清晰的图像，以确保拍摄画面的质量。
图5是本发明实施例所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的方法的流程。结合图1-5所示，本发明实施例所提供的方法采用如上实施例所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统来实现，所述方法包括以下步骤。
步骤S501，控制所述巡检装置6在所述巡检轨道5上运动；步骤S502，通过所述巡检装置6检测煤岩界面数据和工作面直线度，并根据所述煤岩界面数据和所述工作面直线度输出控制指令；步骤S503，所述采煤机1根据所述控制指令进行自动割煤控制，所述液压支架3根据所述控制指令进行工作面自动找直控制。关于具体的实施过程，上文实施例中以做了详细介绍，此处不再赘述。
本发明实施例构建了一套自动控制和自动找直的系统，在刮板输送机2槽帮上固定一个工字型支撑架4，每节槽帮上安装一个支撑架4，在支撑架4上吊装一个贯彻整个工作面轨道，巡检装置6可以通过轨道从工作面机头行走到工作面机尾，在巡检装置6上水平方向和垂直方向上各安装一台云台摄像仪，分别拍摄煤壁和工作面液压支架3和刮板输送机2，并完成工作面煤岩界面识别和工作面直线度检测，同时可以将检测信息发送给采煤机1和液压支架3控制系统进行采煤机1摇臂调高补偿和液压支架3、刮板输送机2推移量补偿，从而实现工作面采煤机1的自动控制和工作面直线度自动控制，解决了无人化工作面关键技术问题，实现了视频巡视与工作面采煤工艺的有效结合，改善了视频系统使用环境，减少了视频系统维护量，提高了视频系统画面质量，提高了设备运行效率。
本发明实施例的优点包括：巡检轨道5结构简单，平稳，巡检装置6远离采煤机1割煤现场，有效的避免了摄像仪镜头污染和巡检装置6被砸坏等问题。同事，巡检装置6仅配置两个云台摄像仪即可，较之于以往工作面每4-6架就要配置一套视频系统、全工作面需要配置40-60台摄像仪以上、同时还需要配置大量电源供电、配置相应的综合接入器进行图像传输，本发明实施例大大简化了工作面设备布置，减少了设备投入，减少了系统维护工作量，同时极大的提高了视频系统图像质量及其可靠性，高效的完成了工作面煤岩界面识别和工作面直线度测量，实现工作面采煤机1记忆割煤补偿离线控制，实现工作面直线度离线补偿控制，为实现综采工作面无人化提供了一个新思路。
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 (11)
1.一种基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，其特征在于，包括：
布置在工作面的采煤机和液压支架；
沿所述工作面延伸方向设置的巡检轨道；
巡检装置，所述巡检装置可滑动地安装在所述巡检轨道上，所述巡检装置用于检测煤岩界面数据和工作面直线度，并根据所述煤岩界面数据和所述工作面直线度输出控制指令，所述采煤机根据所述控制指令进行自动割煤控制，所述液压支架根据所述控制指令进行工作面自动找直控制。
2.根据权利要求1所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，其特征在于，所述巡检轨道包括沿工作面延伸方向设置的轨道平面；所述巡检装置包括驱动滚轮，所述驱动滚轮在所述轨道平面上滚动，从而驱动所述巡检装置在所述巡检轨道上运动。
3.根据权利要求2所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，其特征在于，所述巡检轨道还包括沿工作面延伸方向设置的轨道齿面，所述巡检装置包括计数齿轮，所述计数齿轮与所述轨道齿面啮合，所述巡检装置在所述巡检轨道上运动时，通过所述轨道齿面带动所述计数齿轮转动。
4.根据权利要求3所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，其特征在于，所述巡检装置包括图像处理模块和第一摄像仪，所述第一摄像仪用于拍摄煤壁图像，所述处理模块根据所述煤壁图像进行煤岩界面识别，生成所述煤岩界面数据并发送到所述采煤机，所述采煤机根据所述煤岩界面数据进行自动割煤控制。
5.根据权利要求4所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，其特征在于，所述巡检装置还包括第二摄像仪，所述第二摄像仪用于拍摄工作面的刮板输送机和所述液压支架的工作面姿态，所述图像处理模块根据该工作面姿态计算所述工作面直线度并发送到所述液压支架，所述液压支架根据所述工作面直线度进行工作面自动找直控制。
6.根据权利要求5所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，其特征在于，所述液压支架的顶梁上设置有测量标签。
7.根据权利要求6所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，其特征在于，所述巡检装置包括无线通信模块，通过所述无线通信模块进行数据通信。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，其特征在于，所述巡检装置始终保持在所述采煤机的上风头处。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，其特征在于，所述巡检轨道是悬吊式轨道，所述巡检轨道通过安装在工作面的刮板输送机槽帮侧方的支撑架悬吊安装。
10.根据权利要求1-7任意一项所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统，其特征在于，所述液压支架上安装有喷雾装置，所述喷雾装置对煤壁进行喷雾清洗，和/或所述喷雾装置对工作面的刮板输送机和液压支架进行喷雾清洗。
11.一种基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-10任意一项所述的基于视频巡检的采煤机自动控制和工作面自动找直的系统来实现，所述方法包括：
控制所述巡检装置在所述巡检轨道上运动；
通过所述巡检装置检测煤岩界面数据和工作面直线度，并根据所述煤岩界面数据和所述工作面直线度输出控制指令；
所述采煤机根据所述控制指令进行自动割煤控制，所述液压支架根据所述控制指令进行工作面自动找直控制。
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