CN111749729B - 用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法及充填机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法及充填机构，防碰撞方法包括：(1)获取充填开采运输机的占用高度；(2)获取所述充填开采运输机的顶点和自夯机构的铰接点之间在竖直方向上的第一距离；(3)获取所述充填开采运输机的顶点和所述自夯机构下段的顶点之间在竖直方向上的第二距离，以便得到所述充填开采运输机的顶点和所述自夯机构可伸缩段的顶点之间在竖直方向上的第三距离；(4)对所述第三距离与所述充填开采运输机的占用高度进行比较，仅在所述第三距离大于所述充填开采运输机的占用高度时，控制所述自夯机构进行作业。本发明提供一种用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法及充填机构，防止自夯机构与运输机的发生碰撞。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，更具体地，涉及一种用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法及充填机构。
背景技术
煤炭是我国的主要能源，随着经济的快速增长，对煤炭的需求量也快速增长。
对建筑物下、铁路下、水体下的压煤和采空区遗留的支撑煤柱进行回收时，采空区成为煤炭开采地区的安全隐患，需要及时对采空区进行充填；同时，井下固体垃圾主要包括矸石等矿物垃圾，如果运送到地面，将会占用大量的土地，还可能造成严重的环境破坏和环境污染。随着煤炭行业对绿色开采的充填开采技术愈加重视，将采煤过程中产生的煤矸石等矿物垃圾经破碎后运输到刮板运输机上，通过刮板运输机的中部槽上的卸料孔，将破碎后的矸石散落到采空区内进行填充。充填机构一般采用的是自夯式充填液压支架，实现边采边填充的同步进行，但自夯机构工作时与刮板运输机时有碰撞，存在严重的安全隐患。
因此，需要一种用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法及充填机构，来解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法及充填机构，来解决上述问题。
基于上述目的本发明提供的一种用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法，包括：
(1)获取充填开采运输机的占用高度；
(2)获取所述充填开采运输机的顶点和自夯机构的铰接点之间在竖直方向上的第一距离；
(3)获取所述充填开采运输机的顶点和所述自夯机构下段的顶点之间在竖直方向上的第二距离，以便得到所述充填开采运输机的顶点和所述自夯机构可伸缩段的顶点之间在竖直方向上的第三距离；
(4)对所述第三距离与所述充填开采运输机的占用高度进行比较，仅在所述第三距离大于所述充填开采运输机的占用高度时，控制所述自夯机构进行作业。
优选地，在步骤(2)中：通过第一压差测高传感器监测并输出所述第一距离的测量数据；在步骤(3)中：通过第二压差测高传感器监测并输出所述第二距离的测量数据。
优选地，在步骤(4)中：所述第三距离和所述充填开采运输机的占用高度之间关系满足以下公式：
式中：X：第三距离，单位为m；
H0：充填开采运输机的占用高度，单位为m；
H1：第一距离，单位为m；
H2：第二距离，单位为m；
L1：自夯机构下段的长度，单位为m；
L2：自夯机构可伸缩段的伸出长度，单位为m。
优选地，在步骤(4)中：通过行程传感器监测并输出所述自夯机构可伸缩段的伸出长度的测量数据。
优选地，在步骤(4)中：所述第三距离和所述充填开采运输机的占用高度之间关系满足以下公式：
X＝H1-(L1+L2)×cosa≥H0
式中：X：第三距离，单位为m；
H0：充填开采运输机的占用高度，单位为m；
H1：第一距离，单位为m；
L1：自夯机构下段的长度，单位为m；
L2：自夯机构可伸缩段的伸出长度，单位为m；
a：自夯机构的延伸方向与竖直方向之间的夹角，单位°。
优选地，在步骤(4)中：通过倾角传感器监测并输出所述夹角的测量数据。
本发明还提供一种充填机构，包括：
充填液压支架，所述充填液压支架包括相对设置的顶梁和底座；
充填开采运输机，所述充填开采运输机设置在所述顶梁和所述底座之间，且用于向采空区输送填充物；
自夯机构，所述自夯机构包括下段和从所述下段延伸出的可伸缩段，所述下段的自由端与所述底座铰接连接，所述可伸缩段的自由端可在所述下段和所述顶梁之间伸缩；
控制单元，所述控制单元执行如上述的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法及充填机构，以控制所述自夯机构在作业过程中与所述充填开采运输机不发生干涉。
优选地，还包括：第一压差测高传感器和第二压差测高传感器，所述第一压差测高传感器设置在所述顶梁上，且用于监测并输出所述充填开采运输机的顶点和自夯机构的铰接点之间在竖直方向上的第一距离；所述第二压差测高传感器设置在所述底座上，且用于监测并输出所述充填开采运输机的顶点和所述自夯机构下段的顶点之间在竖直方向上的第二距离。
优选地，还包括：行程传感器，所述行程传感器设置在所述下段或所述可伸缩段上，且用于监测并输出所述可伸缩段的伸出长度。
优选地，还包括：倾角传感器，所述倾角传感器设置在所述自夯机构上，且用于监测并输出所述自夯机构的延伸方向与竖直方向之间的夹角。
从上面所述可以看出，本发明提供的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法及充填机构，与现有技术相比，具有以下优点：在填充采空区过程中，通过控制自夯机构作业高度，来防止自夯机构和充填开采运输机相互干涉，提高作业安全性。
附图说明
通过下面结合附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1为本发明具体实施例中采用的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法中使用的传感器在充填液压支架上的安装状态示意图。
图2为图1所示的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法的简化模型示意图。
其中附图标记：
1：充填液压支架；2：第一压差测高传感器；3：充填开采运输机；
4：自夯机构；5：第二压差测高传感器；6：倾角传感器；
7：行程传感器；
A点：充填开采运输机的顶点；B点：D点在竖直方向延长线与A点在水平方向延长线的交叉点；C点：D点在竖直方向延长线与F点在水平方向延长线的交叉点；D点：自夯机构的铰接点；E点：自夯机构下段的顶点；F点：自夯机构可伸缩段的顶点；O点：自夯机构下段的顶点的竖直方向延长线上的点。
H0：充填开采运输机的占用高度；X：AF在竖直方向的距离；H1：AD在竖直方向的距离；H2：AE在竖直方向的距离；L1：自夯机构下段的长度；L2自夯机构可伸缩段的伸出长度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。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。使用的词语“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为本发明具体实施例中采用的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法中使用的传感器在充填液压支架上的安装状态示意图。图2为图1所示的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法的简化模型示意图。如图1和图2所示，用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法包括：
(1)获取充填开采运输机3的占用高度；
(2)获取充填开采运输机3的顶点和自夯机构4的铰接点之间在竖直方向上的第一距离；
(3)获取充填开采运输机3的顶点和自夯机构下段(未标识)的顶点之间在竖直方向上的第二距离，以便得到充填开采运输机3的顶点和自夯机构可伸缩段(未标识)的顶点之间在竖直方向上的第三距离；
(4)对第三距离与充填开采运输机3的占用高度进行比较，仅在第三距离大于充填开采运输机3的占用高度时，控制自夯机构4进行作业。
充填开采运输机3设置在充填液压支架1上，充填开采运输机3设置在自夯机构4的相对上方，用于向采空区提供填充物，自夯机构4包括自夯机构下段和自夯机构可伸缩段，自夯机构下段与充填液压支架1连接，自夯机构可伸缩段在自夯机构下段和充填开采运输机3之间往复伸缩，用于对填充物进行压实作业；随着自夯机构可伸缩段的伸长，自夯机构4与充填开采运输机3之间的距离减小，只有保持自夯机构4伸长到最大幅度，仍距离充填开采运输机3一定空间，即可保证自夯机构4与充填开采运输机3互不干涉。采用用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法，在填充采空区过程中，通过控制自夯机构作业高度，来防止自夯机构和充填开采运输机相互干涉，提高作业安全性。
优选地，在步骤(2)中：通过第一压差测高传感器2监测并输出第一距离的测量数据；在步骤(3)中：通过第二压差测高传感器5监测并输出第二距离的测量数据。第一压差测高传感器2和第二压差测高传感器5分别对第一距离和第二距离进行监测，提供基础数据，以便通过计算第一距离和第二距离之间差值，获取第三距离。第一压差测高传感器2和第二压差测高传感器5便于布置、测量结果准确。
在本实施例中，第一压差测高传感器2和第二压差测高传感器5可采用相同型号的压差测高传感器。第一压差测高传感器2可设置在充填开采运输机3上或自夯机构4上；第二压差测高传感器5可设置在自夯机构4上或充填液压支架上。
优选地，在步骤(4)中：第三距离和充填开采运输机3的占用高度之间关系满足以下公式：
式中：X：第三距离，单位为m；
H0：充填开采运输机的占用高度，单位为m；
H1：第一距离，单位为m；
H2：第二距离，单位为m；
L1：自夯机构下段的长度，单位为m；
L2：自夯机构可伸缩段的伸出长度，单位为m。
对图1模型化处理，A点为充填开采运输机的顶点；B点为D点在竖直方向延长线与A点在水平方向延长线的交叉点；C点为D点在竖直方向延长线与F点在水平方向延长线的交叉点；D点为自夯机构与充填液压支架的铰接点；E点为自夯机构下段的顶点；F点为自夯机构可伸缩段的顶点；O点为自夯机构下段的顶点的竖直方向延长线上的点。由图2可知，ABCF呈矩形，其中：BC和AF的长度为X；FOE和FCD均为直角三角形，且两者为相似三角形，其中，DE的长度为L1，EF的长度为L2，DF为DE和EF长度之和，E与AB之间竖直距离为H2，EO的长度为H2-X；D与AB之间竖直距离为H1，CD的长度为H1-X；根据直角三角形的定理，△FOE和△FCD满足：
当充填液压支架1、充填开采运输机3和自夯机构4组装完成，且作业位置则H0、H1、H2和L1可知，X随着L2改变而改变；因此通过监测和控制自夯机构可伸缩段的伸出长度，即可避免充填开采运输机3和自夯机构4在作业过程中相互干涉。
优选地，在步骤(4)中：通过行程传感器7监测并输出自夯机构可伸缩段的伸出长度的测量数据。行程传感器7对自夯机构可伸缩段的伸出长度进行监测，提供基础数据，以便降低监控难度。行程传感器7通常设置在自夯机构可伸缩段上或自夯机构下段上，便于布置、测量结果准确。
通过测量倾角，利用冗余校验计算来进一步提高防碰撞的可靠性，优选地，在步骤(4)中：第三距离和充填开采运输机的占用高度之间关系满足以下公式：
X＝H1-(L1+L2)×cosa≥H0；
式中：X：第三距离，单位为m；
H0：充填开采运输机的占用高度，单位为m；
H1：第一距离，单位为m；
L1：自夯机构下段的长度，单位为m；
L2：自夯机构可伸缩段的伸出长度，单位为m；
a：自夯机构的延伸方向与竖直方向之间的夹角，单位°。
根据余弦定理，△FCD满足：
当充填液压支架1、充填开采运输机3和自夯机构4组装完成，因自夯机构4余充填液压支架1铰接连接，夹角的增加或减小，直接影响自夯机构可伸缩段的高度；通过增设对倾角的监控，可进一步避免充填开采运输机3和自夯机构4在作业过程中相互干涉；而且，在填充作业过程中，充填液压支架1可能存在各种倾斜工况，通过监控倾角，采用测高传感器和倾角传感器的冗余算法，提高防碰撞的可靠性。
优选地，在步骤(4)中：通过倾角传感器6监测并输出夹角的测量数据。倾角传感器6对夹角进行监测，提供基础数据，以便提高监控准确性。倾角传感器6通常设置在自夯机构或充填液压支架1上，便于布置、测量结果准确。
本发明还提供一种充填机构，包括：充填液压支架1、充填开采运输机3、自夯机构4和控制单元。
充填液压支架1包括相对设置的顶梁和底座；
充填开采运输机3设置在顶梁和底座之间，且用于向采空区输送填充物；
自夯机构4包括下段和从下段延伸出的可伸缩段，下段的自由端与底座铰接连接，可伸缩段的自由端可在下段和顶梁之间伸缩；
控制单元执行如上述的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法，以控制自夯机构4在作业过程中与充填开采运输机3不发生干涉。
充填开采运输机3设置在充填液压支架1的顶梁或顶梁的延伸线上，且位于顶梁和底座之间；充填开采运输机3设置在自夯机构4的相对上方，用于向采空区提供填充物，自夯机构4包括自夯机构下段和自夯机构可伸缩段，自夯机构下段与充填液压支架1连接，自夯机构可伸缩段在自夯机构下段和充填开采运输机3之间往复伸缩，用于对填充物进行压实作业；控制单元可获取充填开采运输机3的占用高度、充填开采运输机3的顶点和自夯机构4的铰接点之间在竖直方向上的第一距离和充填开采运输机3的顶点和自夯机构下段(未标识)的顶点之间在竖直方向上的第二距离，通过计算第一距离和第二距离的差值，获取第三距离；对第三距离与充填开采运输机3的占用高度进行比较，仅在第三距离大于充填开采运输机3的占用高度时，控制自夯机构4进行作业。随着自夯机构可伸缩段的伸长，自夯机构4与充填开采运输机3之间的距离减小，只有保持自夯机构4伸长到最大幅度，仍距离充填开采运输机3一定空间，即可保证自夯机构4与充填开采运输机3互不干涉。采用用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法，在填充采空区过程中，通过控制自夯机构作业高度，来防止自夯机构和充填开采运输机相互干涉，提高作业安全性。
优选地，充填机构还包括：第一压差测高传感器2和第二压差测高传感器5，第一压差测高传感器2设置在顶梁上，且用于监测并输出充填开采运输机3的顶点和自夯机构4的铰接点之间在竖直方向上的第一距离；第二压差测高传感器5设置在底座上，且用于监测并输出充填开采运输机3的顶点和自夯机构下段的顶点之间在竖直方向上的第二距离。第一压差测高传感器2和第二压差测高传感器5分别对第一距离和第二距离进行监测，提供基础数据，以便通过计算第一距离和第二距离之间差值，获取第三距离。第一压差测高传感器2和第二压差测高传感器5便于布置、测量结果准确。
优选地，充填机构还包括：行程传感器7，行程传感器7设置在下段或可伸缩段上，且用于监测并输出可伸缩段的伸出长度。行程传感器7对自夯机构可伸缩段的伸出长度进行监测，提供基础数据，以便降低监控难度。行程传感器7通常设置在自夯机构可伸缩段上或自夯机构下段上，便于布置、测量结果准确。
优选地，充填机构还包括：倾角传感器6，倾角传感器6设置在自夯机构4上，且用于监测并输出自夯机构4的延伸方向与竖直方向之间的夹角。倾角传感器6对夹角进行监测，提供基础数据，以便提高监控准确性。倾角传感器6通常设置在自夯机构或充填液压支架1上，便于布置、测量结果准确。
下面进一步介绍用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法的使用过程。
充填开采运输机3设置在充填液压支架1的顶梁或顶梁的延伸线上，且位于顶梁和底座之间；充填开采运输机3设置在自夯机构4的相对上方，用于向采空区提供填充物，自夯机构4包括自夯机构下段和自夯机构可伸缩段，自夯机构下段与充填液压支架1连接，自夯机构可伸缩段在自夯机构下段和充填开采运输机3之间往复伸缩，用于对填充物进行压实作业；控制单元可获取充填开采运输机3的占用高度，第一压差测高传感器2监测并输出充填开采运输机3的顶点和自夯机构4的铰接点之间在竖直方向上的第一距离，第二压差测高传感器5监测并输出充填开采运输机3的顶点和自夯机构下段(未标识)的顶点之间在竖直方向上的第二距离，控制单元获取第一距离和第二距离，通过计算第一距离和第二距离的差值，获取第三距离；使得第三距离和充填开采运输机3的占用高度之间关系满足以下公式：
为进一步提高防碰撞的可靠性，对自夯机构4的倾角进行监测，使得第三距离和充填开采运输机的占用高度之间关系满足以下公式：
X＝H1-(L1+L2)×cosa≥H0；其中a通过倾角传感器6监测并输出。
采用第一压差测高传感器2、第二压差测高传感器5、行程传感器7和倾角传感器的冗余算法，控制单元通过上述两个方程来控制自夯机构的伸出长度和抬高幅度，对第三距离与充填开采运输机3的占用高度进行比较，仅在第三距离大于充填开采运输机3的占用高度时，控制自夯机构4进行作业。随着自夯机构可伸缩段的伸长，自夯机构4与充填开采运输机3之间的距离减小，只有保持自夯机构4伸长到最大幅度，仍距离充填开采运输机3一定空间，即可保证自夯机构4与充填开采运输机3互不干涉。
从上面的描述和实践可知，本发明提供的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法及充填机构，与现有技术相比，具有以下优点：在填充采空区过程中，通过控制自夯机构作业高度，来防止自夯机构和充填开采运输机相互干涉，提高作业安全性。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的主旨之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法，其特征在于，包括：
(1)获取充填开采运输机的占用高度；
(2)获取所述充填开采运输机的顶点和自夯机构的铰接点之间在竖直方向上的第一距离；通过第一压差测高传感器监测并输出所述第一距离的测量数据；
(3)获取所述充填开采运输机的顶点和所述自夯机构下段的顶点之间在竖直方向上的第二距离，以便得到所述充填开采运输机的顶点和所述自夯机构可伸缩段的顶点之间在竖直方向上的第三距离；通过第二压差测高传感器监测并输出所述第二距离的测量数据；
(4)所述第三距离和所述充填开采运输机的占用高度之间关系满足以下公式：
式中：X：第三距离，单位为m；
H0：充填开采运输机的占用高度，单位为m；
H1：第一距离，单位为m；
H2：第二距离，单位为m；
L1：自夯机构下段的长度，单位为m；
L2：自夯机构可伸缩段的伸出长度，单位为m；
对所述第三距离与所述充填开采运输机的占用高度进行比较，仅在所述第三距离大于所述充填开采运输机的占用高度时，控制所述自夯机构进行作业。
2.根据权利要求1所述的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法，其特征在于，在步骤(4)中：
通过行程传感器监测并输出所述自夯机构可伸缩段的伸出长度的测量数据。
3.根据权利要求2所述的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法，其特征在于，在步骤(4)中：
所述第三距离和所述充填开采运输机的占用高度之间关系满足以下公式：
X＝H1-(L1+L2)×cosa≥H0
式中：X：第三距离，单位为m；
H0：充填开采运输机的占用高度，单位为m；
H1：第一距离，单位为m；
L1：自夯机构下段的长度，单位为m；
L2：自夯机构可伸缩段的伸出长度，单位为m；
a：自夯机构的延伸方向与竖直方向之间的夹角，单位°。
4.根据权利要求3所述的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法，其特征在于，在步骤(4)中：
通过倾角传感器监测并输出所述夹角的测量数据。
5.一种充填机构，其特征在于，包括：
充填液压支架，所述充填液压支架包括相对设置的顶梁和底座；
充填开采运输机，所述充填开采运输机设置在所述顶梁和所述底座之间，且用于向采空区输送填充物；
自夯机构，所述自夯机构包括下段和从所述下段延伸出的可伸缩段，所述下段的自由端与所述底座铰接连接，所述可伸缩段的自由端可在所述下段和所述顶梁之间伸缩；
控制单元，所述控制单元执行如权利要求1至4任一项所述的用于煤矿开采区的充填机构的防碰撞方法，以控制所述自夯机构在作业过程中与所述充填开采运输机不发生干涉。
6.根据权利要求5所述的充填机构，其特征在于，所述充填机构还包括：第一压差测高传感器和第二压差测高传感器，所述第一压差测高传感器设置在所述顶梁上，且用于监测并输出所述充填开采运输机的顶点和自夯机构的铰接点之间在竖直方向上的第一距离；所述第二压差测高传感器设置在所述底座上，且用于监测并输出所述充填开采运输机的顶点和所述自夯机构下段的顶点之间在竖直方向上的第二距离。
7.根据权利要求6所述的充填机构，其特征在于，所述充填机构还包括：行程传感器，所述行程传感器设置在所述下段或所述可伸缩段上，且用于监测并输出所述可伸缩段的伸出长度。
8.根据权利要求7所述的充填机构，其特征在于，所述充填机构还包括：倾角传感器，所述倾角传感器设置在所述自夯机构上，且用于监测并输出所述自夯机构的延伸方向与竖直方向之间的夹角。
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