CN110821542B - 用于长壁采矿系统的自推进顶部支架 - Google Patents

Abstract

一种用于长壁采矿系统的自推进顶部支架，包括底座；液压驱动器，其一端枢转地联接到底座；以及顶盖部分，其连接到液压驱动器的另一端。顶部支架还包括设置在顶盖部分上的载荷传感器。载荷传感器产生信号，该信号指示由与地下矿区的顶部邻近的顶盖部分承载的载荷量。控制器通信地联接到载荷传感器和液压驱动器。控制器测定来自载荷传感器的信号是否暗示与顶盖部分上方区域邻近的空腔。基于该测定，控制器驱动液压驱动器的移动，从而使顶盖部分被移位到空腔下方的位置。

Description

用于长壁采矿系统的自推进顶部支架

技术领域

本发明涉及一种长壁采矿系统的自推进顶部支架。更具体地，本发明涉及一种用于自动控制与长壁采矿系统相关的顶部支架的移动的控制系统。

背景技术

长壁采矿系统通常使用顶部支架来控制地下矿井的顶部。这些系统使用移动式长壁采煤机来切割位于采煤机前方的一部分矿层。然而，如果采煤机切割煤层的一部分时存在不良地质条件，则在顶部支架前部区域和前方煤层之间的一部分顶部中可能形成空腔。这个空腔可能对矿井和操作人员的安全造成风险，因为它使矿井和操作人员暴露于顶部坍塌的潜在危险中。在暴露的洞穴下方尽可能快地提供支撑将是明智的，这样在进行采矿活动时，可以始终确保矿井和操作人员的安全。

然而，由于长壁采矿系统的操作人员通常承担注意煤层中的变形的活动，例如地下矿井顶部的空腔的形成，因此在检测这些变形的过程中，操作人员可能会因为人工干预而疲劳。此外，不能完全依赖于操作人员在检测这些变形时的直觉和判断过程。在检测空腔的存在时，操作人员的判断可能不够准确、错误程度不够充分或判断延迟，因此操作人员可能无法减轻对矿井和操作人员安全的风险因素。

因此，需要一种用于长壁采矿系统的顶部支架以克服上述缺点并提高矿井和操作人员的安全性。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种控制系统，用于自动控制与长壁采矿系统相关的顶部支架的移动。该顶部支架具有底座；至少一个液压驱动器，其一端枢转地联接到底座；以及顶盖部分，其连接到液压驱动器的另一端并通过中间枢转连杆件枢转地联接到底座。该控制系统包括至少一个载荷传感器，其设置在所述顶盖部分上。至少一个载荷传感器被配置成产生指示由与地下矿区的顶部邻近的顶盖部分承载的载荷量的信号。控制系统还包括控制器，该控制器通信地联接到顶部支架的至少一个载荷传感器和至少一个液压驱动器。控制器被配置成测定指示由顶盖部分承载的载荷量的信号是否暗示与顶盖部分上方区域邻近的空腔。基于所述测定，控制器被配置成驱动至少一个液压驱动器的移动以引起顶部支架的移动，从而使顶盖部分被移位到空腔下方的位置。

在本发明的另一个方面，用于长壁采矿系统的自推进顶部支架包括底座；至少一个液压驱动器，其一端枢转地联接到底座；以及顶盖部分，其连接到液压驱动器的另一端并通过中间枢转连杆件枢转地联接到底座。自推进式顶部支架还包括至少一个设置在顶盖部分上的载荷传感器。至少一个载荷传感器被配置成产生指示由与地下矿区的顶部邻近的顶盖部分承载的载荷量的信号。自推进式顶部支架还包括控制器，该控制器通信地联接到顶部支架的至少一个载荷传感器和至少一个液压驱动器。控制器被配置成测定指示由顶盖部分承载的载荷量的信号是否暗示与顶盖部分上方区域邻近的空腔。基于所述测定，控制器被配置成驱动至少一个液压驱动器的移动，以引起顶部支架的移动，从而使顶盖部分被移位到空腔下方的位置。

在本发明的又一方面，提供了一种用于自动控制与长壁采矿系统相关的顶部支架的移动方法。该顶部支架具有底座；至少一个液压驱动器，其一端枢转地联接到底座；以及顶盖部分，其连接到液压驱动器的另一端并通过中间枢转连杆件枢转地联接到底座。该方法包括使用设置在顶盖部分上的至少一个载荷传感器产生信号，该信号指示由与地下矿区的顶部邻近的顶盖部分承载的载荷量。该方法进一步包括通过与至少一个载荷传感器通信地联接的控制器接收信号，该信号指示由与地下矿区的顶部邻近的顶盖部分承载的载荷量。该方法还包括通过控制器测定指示由顶盖部分承载的负载量的信号是否暗示与顶盖部分上方区域邻近的空腔。基于所述测定，该法还包括通过控制器驱动至少一个液压驱动器的移动，以引起顶部支架的移动，从而使顶盖部分被移位到空腔下方的位置。

本发明的其他特征和方面将从以下描述和附图中变得清楚明白。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的长壁采矿系统的自推进顶部支架的侧视图；

图2是根据本发明的实施例的自推进顶部支架的顶部透视图，示例性地示出了控制系统，该控制系统具有定位在顶部支架的顶盖部分上的多个载荷传感器和联接到载荷传感器的控制器和顶部支架的液压驱动器；

图3是根据本发明的示例性实施例的自推进顶部支架的侧视图，示出了与矿井顶部中的空腔邻近的顶盖部分的端部；以及

图4是根据本发明的实施例的用于自动控制顶部支架的移动的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考具体方面或特征，其示例在附图中说明。在可能的情况下，将在所有附图中使用相应或相似的附图标记来表示相同或相应的部件。参考附图、权利要求和说明书，本发明涉及一种用于长壁采矿系统的自推进顶部支架。更具体地，本发明涉及一种用于自动控制与长壁采矿系统相关的顶部支架的移动的控制系统。

参考图1、2和3，描述了用于长壁采矿系统100的自推进顶部支架102(以下简称“顶部支架102”并用相同的数字“102”表示)。如图所示，顶部支架102具有底座104。如图3的示例性视图所示，底座104通常被支撑在地下矿区106的地面108上。

顶部支架102还包括至少一个液压驱动器110。如图1、2和3的实施例所示，本文所公开的至少一个液压驱动器110具体表现为主液压驱动器112的形式，该主液压驱动器112的一端112a枢转地联接到底部104，另一端112b枢转地联接到顶部支架102的顶盖部分114。此外，如图所示，顶盖部分114还枢转地联接到中间枢转连杆件116，中间枢转连杆件116反过来通过例如一对连杆118和120枢转地连接到底部104，如图1和3的示例性视图中最佳地所示。

尽管本发明在下文中结合主液压驱动器112进行说明，但是可以注意到，术语“至少一个液压驱动器110”并不限于本文所公开的主液压驱动器112，本发明的顶部支架102的构造也不限于仅在其中包括主液压驱动器112。在替代实施例中，本文所公开的顶部支架102可附加地或可选地包括其他液压驱动器，例如，一个或多个次级液压驱动器(未示出)，以驱动顶部支架102的特定组件相对于彼此移动。在一个示例中，顶部支架102可包括位于顶盖部分114和中间枢转连杆件116之间的一个次级液压驱动器，用于使顶盖部分114和中间枢转连杆件116相对于彼此移动。

另外，或可选地，在另一示例中，顶部支架102可包括另一个次级液压驱动器，例如，继电器杆气缸126，其可位于底座104的前部形成的桥接件(未示出)和继电器杆122的底脚124之间，当顶盖部分114与顶部302邻近时，继电器杆122可由控制器206操作性地命令以推动泛线输送机(未示出)的相关部分，或者可另选地由控制器206命令相对于继电器杆122的底脚124移动底座104，并因此当顶盖部分116远离地下矿区106的顶部302时，从整个顶部支架102在地面108上的初始位置沿空腔304下方的方向D₁移动整个顶部支架102。本领域的技术人员将承认，可以实施各种构造的液压驱动器以用于本发明的顶部支架102中，以使顶部支架102中的特定组件、零件或部分相对于彼此移动。因此，这样的配置应当被解释为不限制本发明，并且落入本文所公开的用于驱动移动的控制系统202所附的权利要求范围内，下文将对此进行解释。

本发明的顶部支架102包括控制系统202。控制系统202包括至少一个设置在顶盖部分114上的载荷传感器204。至少一个载荷传感器204被配置成产生信号，该信号指示由与地下矿区的顶部邻近的顶盖部分承载的载荷量。下文将结合单个载荷传感器204进行说明。然而，可以注意到，当存在多个载荷传感器204时，例如如图2所示的多个传感器204a、204b和204c，这种解释同样适用。实际上，由此可以设想，当使用多个载荷传感器204时，可以精确地定位，例如通过对顶部302上的空腔304相对于顶盖部分114上的多个载荷传感器204的一个或多个载荷传感器204a、204b和/或204c的位置进行三角定位。

如图2的实施例最佳地示出，至少一个载荷传感器204可位于顶盖部分114的顶面114a上。然而，在其他实施例中，根据应用的具体要求，可以适当地选择顶部支架102的顶盖部分114上的其它位置来代替顶面114a，以在其上定位至少一个载荷传感器204。

在如图2所示的示例中，控制系统202包括三个载荷传感器204a、204b和204c。在一个实施例中，这些载荷传感器204a、204b和204c中的每一个都可包括测压元件。在一个备选实施例中，这些载荷传感器204a、204b和204c中的每一个可包括应变仪。尽管本文公开了测压元件和应变仪，但是这种类型的载荷传感器不是对本发明的限制。本领域技术人员将认识到，测压元件和应变仪仅是本领域已知的许多可能的载荷传感器配置中的两种，本领域技术人员已知的其他合适的载荷传感器配置可容易地用于实现与本发明一致的功能。因此，可以注意到，在不偏离本发明的精神的情况下，可将其他功能上等效的装置实现为载荷传感器204使用，以代替在此公开的测压元件或应变仪。

控制系统202还包括控制器206，其通信地联接到至少一个载荷传感器204和至少一个液压驱动器110，例如，顶部支架102的主液压驱动器112。在操作中，控制器206被配置成从至少一个载荷传感器204接收信号，该信号指示由顶盖部分114承载的载荷量，并且测定指示由顶盖部分114承载的载荷量的信号是否暗示与顶盖部分114上方区域邻近的空腔304。如果控制器206测定该信号暗示顶盖部分114上方区域邻近的空腔304，则控制器206驱动至少一个液压驱动器110的移动，以引起顶部支架100的移动，从而使顶盖部分114被移位到空腔304下方的位置。在本文的另一实施例中，还可考虑将控制器206配置成驱动至少一个次级液压驱动器的移动，例如继电器杆气缸126的移动，以在顶盖部分114远离顶部302时使底座104相对于继电器杆122的底脚124移位，由此整个顶部支架102可从其在地面108上的初始位置沿空腔304下方的方向D₁推进。

还可以注意到，本文公开的控制器206可包括被配置成执行与本发明一致的功能的各种软件和/或硬件组件。因此，本发明的控制器206可以是独立的控制器，也可被配置成与长壁采矿系统100的现有电子控制模块(未示出)合作。此外，可以注意到，控制器206可包含单个微处理器或多个微处理器，其中包括用于选择性地和独立地驱动特定系统硬件的组件，例如泵、螺线管、阀和与至少一个液压驱动器110相关的其它组件。

如图3示例性所示，顶盖部分114被示出为移位到空腔304下方的位置。在操作本文所公开的顶部支架102期间，可以注意到，尽管并非绝对必要，但是优选地，如果顶盖部分114大致沿水平方向布置，即，横向布置为重力作为方向(而不是顶盖部分114的水平方向)的方向D，则在为了提供充分支撑与地下矿区106的顶部302相关的重量而提供相同和相反的作用力时，顶盖部分114的水平方向可能小于最佳方向。然而，除了水平方向之外的方向也是可能的，因此，水平方向不应被解释为对本发明的限制。相反，只要控制器从至少一个载荷传感器204输出的信号测定由顶部支架102的顶盖部分114承载的载荷量暗示在顶盖部分114的区域邻近的空腔304，本发明的实施例就可用于充分且迅速地支撑顶部302的重量。

此外，在如图2所示的实施例中，通知装置208通信地联接到控制器206。该通知装置208可包括例如具有显示设备(未示出)的图形用户界面。在该实施例中，控制器206将被配置成经由通知装置208通知操作人员顶盖部分114相对于顶部支架102的底座104的位置的位移。另外，或者可选地，如果控制器206完成了其他移动，例如，如果底座104相对于顶盖部分114移位，则控制器206还被配置成通过通知装置208向操作人员通知当顶盖部分114远离顶部302时，底座104相对于继电器杆122的底脚124的位置的推进，由此整个顶部支架102将从其在地面108上的初始位置沿空腔304下方的方向D₁推进。

图4说明了描述方法400的流程图，所述方法用于自动控制与长壁采矿系统100相关的顶部支架102的移动，例如图1的长壁采矿系统100的顶部支架102。如图所示，在步骤402中，方法400包括使用设置在顶盖部分114上的至少一个载荷传感器204产生信号，该信号指示由与地下矿区106的顶部302邻近的顶盖部分114承载的载荷量。此外，在步骤404中，方法400还包括由控制器206接收指示由与地下矿区106的顶部302邻近的顶盖部分114承载的载荷量的信号。此外，在步骤406中，方法400还包括由控制器206测定指示由顶盖部分114承载的载荷量的信号是否暗示与顶盖部分114上方区域邻近的空腔304。此外，在步骤408中，方法400还包括通过控制器206驱动至少一个液压驱动器110的移动，以引起顶部支架102的移动，从而使顶盖部分114移位到空腔304下方的位置。

此外，在本文的实施例中，方法400还包括经由通知装置208通过控制器206通知操作人员顶盖部分114相对于底座104的位置的位移。另外，或可选地，如果底座104已经从其初始位置移位，则方法400可进一步包括经由通知装置208通过控制器206通知操作人员底座104相对于顶盖部分114的位置的推进。

工业实用性

本发明的实施例适用于提供能够自动地支撑地下矿区的顶部的自推进顶部支架。在先前已知的地下采矿实践中，长壁采矿系统的操作人员将在操作期间物理地即可视地检查地下矿区的顶部，随后基于检查过程的结果测定一个或多个顶部支架的移动。这种目测检查过程冗长、耗时且成本高昂。此外，，操作人员进行的人工干预还增加了在决定移动顶部支架时做出不准确和/或延迟判断的可能性。这种不准确和/或延迟的判断可能潜在地造成矿井和操作人员安全的风险，例如，如果地下矿区的顶部中的这种空腔的变形被暴露，可能导致顶部的邻近部分塌落，即坍塌。

通过使用本文所公开的自推进顶部支架，长壁采矿系统的操作人员至少在某种程度上可免除在采矿活动进行时必须对地下矿区的顶部进行物理检查的额外负担和责任。因此，这可能使得操作人员先前经历的疲劳降低。此外，通过使用本发明的自推进顶部支架，避免了先前已知的地下采矿实践的人工干预而导致的判断不准确和/或延迟。此处所公开的自推进顶部支架不仅能够自动检测空腔的存在，还能够自动检测空腔的位置，并且能够自动地向前移动其自身以支撑与空腔邻近的顶部。如果需要移动其他组件，例如中间枢转连杆件或任何其他组件，则本文所公开的控制器还将配置成通过发出命令来进行其他组件的适当移动从而移动这些组件。这些移动可由控制器指令，以便在各自的液压驱动器上以串联方式执行，从而表示一系列移动，或者可替代地以由在控制器上预设的其它预定义逻辑规定的同时方式执行。

通过实施本文所公开的实施例，本发明的顶部支架克服了上述缺点，这些缺点通常与操作人员手动触发顶部支架的移动相关。随着顶盖部分接近实时的移动，一旦检测到地下矿区的顶部中的空腔时，自推进顶部支架能够自动移动以对顶部提供及时且充分的支撑。

尽管已经参照上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但本领域技术人员将理解，在不背离所公开的精神和范围的情况下，通过对所公开的车辆、系统和方法的修改，可以考虑各种附加实施例。这些实施例应当被理解为属于基于权利要求及其任何等效物所确定的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于自动控制与长壁采矿系统相关的顶部支架的移动的控制系统，所述顶部支架具有底座；至少一个液压驱动器，其一端枢转地联接到所述底座；以及顶盖部分，其连接到所述液压驱动器的另一端并通过中间枢转连杆件枢转地联接到所述底座，所述控制系统的特征在于包括：

至少一个载荷传感器，其设置在所述顶盖部分上，所述至少一个载荷传感器被配置成产生指示由与地下矿区的顶部邻近的所述顶盖部分承载的载荷量的信号；以及

控制器，通信地联接到所述至少一个载荷传感器和所述至少一个液压驱动器，所述控制器被配置成：

测定指示由所述顶盖部分承载的载荷量的信号是否暗示与所述顶盖部分上方区域邻近的空腔，并且

基于所述测定，驱动所述至少一个液压驱动器的移动以引起所述顶部支架的移动，从而使所述顶盖部分被移位到所述空腔下方的位置。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述至少一个载荷传感器是测压元件。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述至少一个载荷传感器是应变仪。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述控制器通信地联接到通知装置。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其中所述控制器通过所述通知装置被配置成通知操作人员所述顶盖部分相对于所述底座的位置的位移。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述至少一个载荷传感器(204)位于所述顶盖部分的顶面上。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述控制器被配置成驱动所述至少一个液压驱动器的移动从而使所述顶部支架从其初始位置沿所述空腔下方的方向推进。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述控制器通信地联接到通知装置，所述控制器通过所述通知装置被配置成通知操作人员所述顶部支架相对于所述检测的空腔的位置的推进。

9.一种用于长壁采矿系统的自推进顶部支架，所述自推进顶部支架包括：

底座；

至少一个液压驱动器，其一端枢转地联接到所述底座；

顶盖部分，连接到液压驱动器的另一端并通过中间枢转连杆件枢转地联接到底座；

其特征在于，所述自推进顶部支架还包括：

至少一个载荷传感器，设置在所述顶盖部分上，所述至少一个载荷传感器被配置成产生指示由与地下矿区的顶部邻近的所述顶盖部分承载的载荷量的信号；以及

控制器，通信地联接到所述至少一个载荷传感器和所述至少一个液压驱动器，所述控制器被配置成：

测定指示由所述顶盖部分承载的所述载荷量的所述信号是否暗示与所述顶盖部分上方区域邻近的空腔，并且

基于所述测定，驱动所述至少一个液压驱动器的移动以引起所述顶部支架的移动，从而使所述顶盖部分被移位到所述空腔下方的位置。

10.根据权利要求9所述的自推进顶部支架，其中所述至少一个载荷传感器是测压元件。

11.根据权利要求9所述的自推进顶部支架，其中所述至少一个载荷传感器是应变仪。

12.根据权利要求9所述的自推进顶部支架，其中所述控制器通信地联接到通知装置。

13.根据权利要求12所述的自推进顶部支架，其中所述控制器通过所述通知装置被配置成通知操作人员所述顶盖部分相对于所述底座的位置的位移。

14.根据权利要求9所述的自推进顶部支架，其中所述至少一个载荷传感器(204)位于所述顶盖部分的顶面上。

15.根据权利要求9所述的自推进顶部支架，其中所述控制器被配置成驱动所述至少一个液压驱动器的移动从而使所述顶部支架从其初始位置沿所述空腔下方的方向推进。

16.根据权利要求9所述的自推进顶部支架，其中所述控制器通信地联接到通知装置，所述控制器通过所述通知装置被配置成通知操作人员所述顶部支架的位置从其初始位置沿所述空腔下方的方向推进。

17.一种用于自动控制与长壁采矿系统相关的顶部支架的移动的方法，所述顶部支架具有底座、至少一个液压驱动器，其一端枢转地联接到所述底座，以及顶盖部分，其连接到所述液压驱动器的另一端并通过中间枢转连杆件枢转地联接到所述底座，所述方法的特征在于包括：

使用设置在所述顶盖部分上的至少一个载荷传感器产生信号，所述信号指示由与地下矿区的顶部邻近的所述顶盖部分承载的载荷量；

通过与所述至少一个载荷传感器通信地联接的控制器接收信号，所述信号指示由与所述地下矿区的顶部邻近的所述顶盖部分承载的载荷量；

通过所述控制器测定指示由所述顶盖部分承载的载荷量的所述信号是否暗示与所述顶盖部分上方区域邻近的空腔，并且

通过所述控制器驱动所述至少一个液压驱动器的移动，以引起所述顶部支架的移动，从而使所述顶盖部分被移位到空腔下方的位置。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括通过所述控制器经由通知装置通知操作人员所述顶盖部分相对于所述底座的位置的位移。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：通过所述控制器驱动所述至少一个液压驱动器的移动，以引起所述顶部支架的移动，从而使所述顶部支架从其初始位置沿所述空腔下方的方向推进。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：通过所述控制器经由通知装置通知操作人员所述底座的位置从其初始位置沿所述空腔下方的方向推进。