CN109488297A - 一种可视化矿井下记忆割煤系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可视化矿井下记忆割煤系统及方法，还包括：第一红外摄像装置(3)，所述第一红外摄像装置(3)设置在采煤机(4)的摇臂上，其与采煤机机载控制器(2)通过阻燃网线连接，采煤机机载控制器(2)通过阻燃网线与第一交换机(1)连接，第一交换机(1)通过阻燃网线与第二交换机(7)连接，第二交换机(7)通过阻燃网线与监控主机(8)连接；及第二红外摄像装置(10)，所述第二红外摄像装置(10)设置于采煤机(4)附近的巷道壁上，用于探测采煤机(4)位置，所述第二红外摄像装置(10)与第一交换机(1)连接。本发明可以完成全自动化矿井下采煤，且井下无需配置较多人数的工作人员，便可以实现全自动采煤。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井下自动采煤系统及方法，尤其涉及一种可视化矿井下记忆割煤系统及方法。
背景技术
采煤机煤岩界面识别是采煤机能够实现自动化控制的关键。由于直接识别煤岩界面具有相当大的难度，无法满足采煤工作现场的要求，现阶段多采用间接的方法进行煤岩界面识别，目前间接识别煤岩界面的方法主要有记忆截割法和截割信号分析法两大类。
然而在现有技术中，采煤机在矿井下采煤、运送煤都需要工作人员全程操作，如此以来矿井下工作人员数量增加，人力资源成本提高，同时也增加了安全隐患。
因此，有必要提供一种可视化矿井下记忆割煤系统及方法，以解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种可视化矿井下记忆割煤系统及方法。
本发明提供一种可视化矿井下记忆割煤系统及方法，采用如下技术方案：
一种可视化矿井下记忆割煤系统，包括采煤机4、刮板输送机5、液压支架6、第一交换机1、采煤机控制器2、第二交换机7、监控主机8，所述采煤机4与刮板输送机5、液压支架6配套使用，且采煤机4的行走机构与刮板输送机5相配合；其特征在于，还包括：
第一红外摄像装置3，所述第一红外摄像装置3设置在采煤机4的摇臂上，其与采煤机机载控制器2通过阻燃网线连接，采煤机机载控制器2通过阻燃网线与第一交换机1连接，第一交换机1通过阻燃网线与第二交换机7连接，第二交换机7通过阻燃网线与监控主机8连接；及
第二红外摄像装置10，所述第二红外摄像装置10设置于采煤机4附近的巷道壁上，用于探测采煤机4位置，所述第二红外摄像装置10与第一交换机1连接。
可选的，所述第二红外摄像装置10在采煤机4附近的巷道壁上并排设置有若干个。
可选的，在所述采煤机4附近的巷道壁上还设置有摄像头11，所述摄像头11用于采集液压支架6位置图像。
一种可视化矿井下记忆割煤方法，包括以下步骤：
S1：采集煤层相关信息；
S2：采煤机控制器2采集且存储采煤机4工作中相关工作参数，并将工作参数设置为后续工作中的相关工作参数；
S3：采煤机4自动运行，红外摄像装置3实时获取采煤机4的截割滚筒上部与煤壁借出去与的红外辐射信号，形成红外温度场信号；
S4：S2中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器2，经过处理后将产生的红外温度场的温度信息识别划分为三种，即将采煤机4的截割状态识别为三种：严重超温截割、超温截割、正常温度截割；
S5：根据S3中的三种温度信息来判断采煤机4的截割状态，其具体判断方法为：
①.如若红外热像图温度超过设定的严重超温截割限值，则采煤机4立即启动自动保护程序；
②.如若红外热像图温度在正常温度截割范围内，则顺槽监控主机8不发送调控采煤机4的指令，采煤机4正常跟踪自动截割；
③.如若红外热像图温度在严重超温截割和正常温度截割之间的超温截割范围内，则采煤机机载控制器2向采煤机4发送降低牵引速度的指令，然后监测从红外摄像装置3发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机4正常跟踪路径记忆截割；如若温度还是在超温截割范围内，则采煤机机载控制器2发送调低采煤机4滚筒高度的指令，然后监测从红外摄像装置3发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机4正常跟踪路径记忆截割，如若温度还是比正常温度截割的值大，则采煤机4启动自动保护程序；
S6：步骤S2中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器2处理后再传送到监控主机8，顺槽监控主机8将传送过来的红外温度场信号处理后生成红外热成像图，此时顺槽处监控人员可以根据采煤机截割工况红外热成像图的直观温度信息，在采煤机4出现紧急状况时调控采煤机；
S7：第二红外摄像装置10采集采煤机4的截割筒的红外图像，将图像信息发送给监控主机8，同时摄像头11采集液压支架6的位置信息；
S8：工作人员根据采煤机4与液压支架6的距离，控制液压支架6自动移架。
可选的，在S1中，采集煤层相关信息包括以下步骤：
根据待开采区域的采掘工程平面图和地质钻孔数据确定所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度、以及采煤设备布置情况；以及
采煤机根据所确定的所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度进行自动采煤操作；
所述根据待开采区域的采掘工程平面图和地质钻孔数据确定所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度、以及采煤设备布置情况，包括：根据待开采区域的采掘工程平面图和地质钻孔数据建立用于采煤机控制的采煤模型，该采煤模型包含所述待开采区域的上工作面参数、下工作面参数、煤层高度参数、煤层厚度参数、以及采煤设备布置参数；
所述采煤机根据所确定的所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度进行自动采煤操作，包括：建立采煤模型后，采煤机基于采煤模型进行自动采煤操作，根据该采煤模型从沿着上/下工作面开始进行割煤，并在割煤的过程中，对采煤模型中的上/下工作面进行修正。
可选的，采煤机进行自动采煤操作包括：
采煤机的一个截割滚筒沿着所述上工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹；
每割完一刀煤，判断所述切割轨迹上的多个感兴趣点的位置状态，该位置状态包括煤层和岩石层；
根据判断结果用切割轨迹对所述上工作面进行修正，以确定用于下一刀割煤操作的切割路径；
在割下一刀煤时，采煤机截割滚筒沿着所确定的用于下一刀割煤操作的切割路径进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹。
可选的，采煤机进行自动采煤操作包括：
采煤机的一个截割滚筒沿着所述下工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹；
根据判断结果用切割轨迹对所述下工作面进行修正，以确定用于下一刀割煤操作的切割路径；
可选的，采煤机进行自动采煤操作包括：
根据判断结果确定是否需要对所述上工作面进行修正；
如果确定需要对所述上工作面进行修正，则根据所述判断结果对所述上工作面进行修正；
在割下一刀煤时，采煤机截割滚筒根据修正后的上工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹。
可选的，采煤机进行自动采煤操作包括：
根据判断结果确定是否需要对所述下工作面进行修正；
如果确定需要对所述下工作面进行修正，则根据判断结果对所述下工作面进行修正；
在割下一刀煤时，采煤机截割滚筒根据修正后的下工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹。
进一步的方案为，判断所述切割轨迹上的多个感兴趣点的位置状态是通过以下方法的任意一种或多种的组合来确定的：
分析截割下来的煤岩比例；
对采煤机的工作参数状态进行分析判断，确定是否割到岩层；或
通过人工监视采煤机行进轨迹上的煤岩分界情况。
与相关技术相比，本发明具有如下技术效果：
本发明可以完成全自动化矿井下采煤，且井下无需配置较多人数的工作人员，便可以实现全自动采煤。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请参照图1，本发明的一种可视化矿井下记忆割煤系统，包括采煤机4、刮板输送机5、液压支架6、第一交换机1、采煤机控制器2、第二交换机7、监控主机8，所述采煤机4与刮板输送机5、液压支架6配套使用，且采煤机4的行走机构与刮板输送机5相配合；其特征在于，还包括：
第一红外摄像装置3，所述第一红外摄像装置3设置在采煤机4的摇臂上，其与采煤机机载控制器2通过阻燃网线连接，采煤机机载控制器2通过阻燃网线与第一交换机1连接，第一交换机1通过阻燃网线与第二交换机7连接，第二交换机7通过阻燃网线与监控主机8连接；及
第二红外摄像装置10，所述第二红外摄像装置10设置于采煤机4附近的巷道壁上，用于探测采煤机4位置，所述第二红外摄像装置10与第一交换机1连接。
可选的，所述第二红外摄像装置10在采煤机4附近的巷道壁上并排设置有若干个。
可选的，在所述采煤机4附近的巷道壁上还设置有摄像头11，所述摄像头11用于采集液压支架6位置图像。
一种可视化矿井下记忆割煤方法，包括以下步骤：
S1：采集煤层相关信息；
S2：采煤机控制器2采集且存储采煤机4工作中相关工作参数，并将工作参数设置为后续工作中的相关工作参数；
S3：采煤机4自动运行，红外摄像装置3实时获取采煤机4的截割滚筒上部与煤壁借出去与的红外辐射信号，形成红外温度场信号；
S4：S2中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器2，经过处理后将产生的红外温度场的温度信息识别划分为三种，即将采煤机4的截割状态识别为三种：严重超温截割、超温截割、正常温度截割；
S5：根据S3中的三种温度信息来判断采煤机4的截割状态，其具体判断方法为：
①.如若红外热像图温度超过设定的严重超温截割限值，则采煤机4立即启动自动保护程序；
②.如若红外热像图温度在正常温度截割范围内，则顺槽监控主机8不发送调控采煤机4的指令，采煤机4正常跟踪自动截割；
③.如若红外热像图温度在严重超温截割和正常温度截割之间的超温截割范围内，则采煤机机载控制器2向采煤机4发送降低牵引速度的指令，然后监测从红外摄像装置3发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机4正常跟踪路径记忆截割；如若温度还是在超温截割范围内，则采煤机机载控制器2发送调低采煤机4滚筒高度的指令，然后监测从红外摄像装置3发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机4正常跟踪路径记忆截割，如若温度还是比正常温度截割的值大，则采煤机4启动自动保护程序；
S6：步骤S2中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器2处理后再传送到监控主机8，顺槽监控主机8将传送过来的红外温度场信号处理后生成红外热成像图，此时顺槽处监控人员可以根据采煤机截割工况红外热成像图的直观温度信息，在采煤机4出现紧急状况时调控采煤机；
S7：第二红外摄像装置10采集采煤机4的截割筒的红外图像，将图像信息发送给监控主机8，同时摄像头11采集液压支架6的位置信息；
S8：工作人员根据采煤机4与液压支架6的距离，控制液压支架6自动移架。
请参照图2，在S1中，采集煤层相关信息包括以下步骤：
根据待开采区域的采掘工程平面图和地质钻孔数据确定所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度、以及采煤设备布置情况；以及
采煤机根据所确定的所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度进行自动采煤操作；
所述根据待开采区域的采掘工程平面图和地质钻孔数据确定所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度、以及采煤设备布置情况，包括：根据待开采区域的采掘工程平面图和地质钻孔数据建立用于采煤机控制的采煤模型，该采煤模型包含所述待开采区域的上工作面参数、下工作面参数、煤层高度参数、煤层厚度参数、以及采煤设备布置参数；
所述采煤机根据所确定的所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度进行自动采煤操作，包括：建立采煤模型后，采煤机基于采煤模型进行自动采煤操作，根据该采煤模型从沿着上/下工作面开始进行割煤，并在割煤的过程中，对采煤模型中的上/下工作面进行修正。
可选的，采煤机进行自动采煤操作包括：
采煤机的一个截割滚筒沿着所述上工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹；
每割完一刀煤，判断所述切割轨迹上的多个感兴趣点的位置状态，该位置状态包括煤层和岩石层；
根据判断结果用切割轨迹对所述上工作面进行修正，以确定用于下一刀割煤操作的切割路径；
在割下一刀煤时，采煤机截割滚筒沿着所确定的用于下一刀割煤操作的切割路径进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹。
可选的，采煤机进行自动采煤操作包括：
采煤机的一个截割滚筒沿着所述下工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹；
根据判断结果用切割轨迹对所述下工作面进行修正，以确定用于下一刀割煤操作的切割路径；
可选的，采煤机进行自动采煤操作包括：
根据判断结果确定是否需要对所述上工作面进行修正；
如果确定需要对所述上工作面进行修正，则根据所述判断结果对所述上工作面进行修正；
在割下一刀煤时，采煤机截割滚筒根据修正后的上工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹。
可选的，采煤机进行自动采煤操作包括：
根据判断结果确定是否需要对所述下工作面进行修正；
如果确定需要对所述下工作面进行修正，则根据判断结果对所述下工作面进行修正；
在割下一刀煤时，采煤机截割滚筒根据修正后的下工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹。
进一步的方案为，判断所述切割轨迹上的多个感兴趣点的位置状态是通过以下方法的任意一种或多种的组合来确定的：
分析截割下来的煤岩比例；
对采煤机的工作参数状态进行分析判断，确定是否割到岩层；或
通过人工监视采煤机行进轨迹上的煤岩分界情况。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种可视化矿井下记忆割煤系统，包括采煤机(4)、刮板输送机(5)、液压支架(6)、第一交换机(1)、采煤机控制器(2)、第二交换机(7)、监控主机(8)，所述采煤机(4)与刮板输送机(5)、液压支架(6)配套使用，且采煤机(4)的行走机构与刮板输送机(5)相配合；其特征在于，还包括：
第一红外摄像装置(3)，所述第一红外摄像装置(3)设置在采煤机(4)的摇臂上，其与采煤机机载控制器(2)通过阻燃网线连接，采煤机机载控制器(2)通过阻燃网线与第一交换机(1)连接，第一交换机(1)通过阻燃网线与第二交换机(7)连接，第二交换机(7)通过阻燃网线与监控主机(8)连接；及
第二红外摄像装置(10)，所述第二红外摄像装置(10)设置于采煤机(4)附近的巷道壁上，用于探测采煤机(4)位置，所述第二红外摄像装置(10)与第一交换机(1)连接。
2.如权利要求1所述的一种可视化矿井下记忆割煤系统，其特征在于，所述第二红外摄像装置(10)在采煤机(4)附近的巷道壁上并排设置有若干个。
3.如权利要求1所述的一种可视化矿井下记忆割煤系统，其特征在于，在所述采煤机(4)附近的巷道壁上还设置有摄像头(11)，所述摄像头(11)用于采集液压支架(6)位置图像。
4.一种可视化矿井下记忆割煤方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：采集煤层相关信息；
S2：采煤机控制器(2)采集且存储采煤机(4)工作中相关工作参数，并将工作参数设置为后续工作中的相关工作参数；
S3：采煤机(4)自动运行，红外摄像装置(3)实时获取采煤机(4)的截割滚筒上部与煤壁借出去与的红外辐射信号，形成红外温度场信号；
S4：S2中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器(2)，经过处理后将产生的红外温度场的温度信息识别划分为三种，即将采煤机(4)的截割状态识别为三种：严重超温截割、超温截割、正常温度截割；
S5：根据S3中的三种温度信息来判断采煤机(4)的截割状态，其具体判断方法为：
①.如若红外热像图温度超过设定的严重超温截割限值，则采煤机(4)立即启动自动保护程序；
②.如若红外热像图温度在正常温度截割范围内，则顺槽监控主机(8)不发送调控采煤机(4)的指令，采煤机(4)正常跟踪自动截割；
③.如若红外热像图温度在严重超温截割和正常温度截割之间的超温截割范围内，则采煤机机载控制器(2)向采煤机(4)发送降低牵引速度的指令，然后监测从红外摄像装置(3)发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机(4)正常跟踪路径记忆截割；如若温度还是在超温截割范围内，则采煤机机载控制器(2)发送调低采煤机(4)滚筒高度的指令，然后监测从红外摄像装置(3)发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机(4)正常跟踪路径记忆截割，如若温度还是比正常温度截割的值大，则采煤机(4)启动自动保护程序；
S6：步骤S2中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器(2)处理后再传送到监控主机(8)，顺槽监控主机(8)将传送过来的红外温度场信号处理后生成红外热成像图，此时顺槽处监控人员可以根据采煤机截割工况红外热成像图的直观温度信息，在采煤机(4)出现紧急状况时调控采煤机；
S7：第二红外摄像装置(10)采集采煤机(4)的截割筒的红外图像，将图像信息发送给监控主机(8)，同时摄像头(11)采集液压支架(6)的位置信息；
S8：工作人员根据采煤机(4)与液压支架(6)的距离，控制液压支架(6)自动移架。
5.如权利要求4所述的一种可视化矿井下记忆割煤方法，其特征在于，在S1中，采集煤层相关信息包括以下步骤：
根据待开采区域的采掘工程平面图和地质钻孔数据确定所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度、以及采煤设备布置情况；以及
采煤机根据所确定的所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度进行自动采煤操作；
所述根据待开采区域的采掘工程平面图和地质钻孔数据确定所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度、以及采煤设备布置情况，包括：根据待开采区域的采掘工程平面图和地质钻孔数据建立用于采煤机控制的采煤模型，该采煤模型包含所述待开采区域的上工作面参数、下工作面参数、煤层高度参数、煤层厚度参数、以及采煤设备布置参数；
所述采煤机根据所确定的所述待开采区域的上工作面、下工作面、煤层高度、煤层厚度进行自动采煤操作，包括：建立采煤模型后，采煤机基于采煤模型进行自动采煤操作，根据该采煤模型从沿着上/下工作面开始进行割煤，并在割煤的过程中，对采煤模型中的上/下工作面进行修正。
6.如权利要求5所述的一种可视化矿井下记忆割煤方法，其特征在于，采煤机进行自动采煤操作包括：
采煤机的一个截割滚筒沿着所述上工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹；
每割完一刀煤，判断所述切割轨迹上的多个感兴趣点的位置状态，该位置状态包括煤层和岩石层；
根据判断结果用切割轨迹对所述上工作面进行修正，以确定用于下一刀割煤操作的切割路径；
在割下一刀煤时，采煤机截割滚筒沿着所确定的用于下一刀割煤操作的切割路径进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹。
7.如权利要求5所述的一种可视化矿井下记忆割煤方法，其特征在于，采煤机进行自动采煤操作包括：
采煤机的一个截割滚筒沿着所述下工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹；
根据判断结果用切割轨迹对所述下工作面进行修正，以确定用于下一刀割煤操作的切割路径。
8.如权利要求5所述的方法，其中，采煤机进行自动采煤操作包括：
根据判断结果确定是否需要对所述上工作面进行修正；
如果确定需要对所述上工作面进行修正，则根据所述判断结果对所述上工作面进行修正；
在割下一刀煤时，采煤机截割滚筒根据修正后的上工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹。
9.如权利要求5所述的方法，其中，采煤机进行自动采煤操作包括：
根据判断结果确定是否需要对所述下工作面进行修正；
如果确定需要对所述下工作面进行修正，则根据判断结果对所述下工作面进行修正；
在割下一刀煤时，采煤机截割滚筒根据修正后的下工作面进行切割，并记录采煤机截割滚筒的切割轨迹。
10.如权利要求6-9任一所述的方法，其中判断所述切割轨迹上的多个感兴趣点的位置状态是通过以下方法的任意一种或多种的组合来确定的：
分析截割下来的煤岩比例；
对采煤机的工作参数状态进行分析判断，确定是否割到岩层；或
通过人工监视采煤机行进轨迹上的煤岩分界情况。
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| CN201811419091.7A CN109488297A (zh) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | 一种可视化矿井下记忆割煤系统及方法 |
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| CN201811419091.7A Withdrawn CN109488297A (zh) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | 一种可视化矿井下记忆割煤系统及方法 |
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2018
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| CN112855266A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 北京天地玛珂电液控制系统有限公司 | 采煤机智能监测以及自主协同跟机装置及巡检平台系统 |
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