CN111878170B - 基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制的装置与方法 - Google Patents

基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制的装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于采矿工程技术领域，具体是一种超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制的装置与方法。包括超声波发射系统、超声波接收与判断系统以及信号发出系统，超声波发射系统包括设置在高位超声波布置巷底板上的若干自带电源的超声波发射仪，超声波接收与判断系统包括焊接于综放液压支架顶梁上的超声波接收仪、信号判断器和信号发射器，信号发出系统包括采煤机信号灯、警报器以及控制器，其中采煤机信号灯焊接于采煤机上，通过无线电与信号发射器进行信号传输，警报器焊接于综放液压支架顶梁上，通过导线与信号发射器连接，控制器固定于综放液压支架后支架液压缸上，通过控制器连接线路与液压自动控制手柄连接。

Description

基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制的装置与方法
技术领域
本发明属于采矿工程技术领域，具体是一种超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制的装置与方法。
背景技术
综采放顶煤时我国厚煤层以及特厚煤层的主要采煤方法，其工艺的核心为掌握正确的放煤时间，过短的放煤时间导致了顶煤垮落不明显，致使顶煤不能充分垮落，浪费了煤炭资源，过长的放煤时间导致顶煤虽然顶煤完全垮落但顶煤上覆直接顶也随之进入后溜，影响煤炭生产质量，增加选煤作业负担。现有的放煤作业控制方式有两种：放煤工肉眼“见矸关窗”、“辐射感应判断关窗”，其中“见矸关窗”随机性较强，未有科学支撑；“辐射感应判断关窗”，主要依靠于支架上安装的辐射感应装置，这种装置可以有限识别煤与矸石，但若煤层中有厚夹矸层，则这一装置将会失效。因此急需提出一种适用于含有厚夹矸层的厚及特厚煤层的综放工作面放煤作业控制装置。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制的装置与方法。
本发明采取以下技术方案：一种基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置，包括超声波发射系统、超声波接收与判断系统以及信号发出系统，超声波发射系统包括设置在高位超声波布置巷底板上的若干自带电源的超声波发射仪，以采煤机截深为间距，沿工作面推进方向安装定频超声波发射仪，并用固定钉使其固定于高位超声波布置巷底板。超声波接收与判断系统包括焊接于综放液压支架顶梁上的超声波接收仪、信号判断器和信号发射器，声波接收仪导线连接信号判断器，声波接收仪将超声波信号转换为电信号传输入信号判断器判断，由信号判断器判断；信号判断器导线连接信号发射器，将判断信号传输至信号发射器；信号发出系统包括采煤机信号灯、警报器以及控制器，其中采煤机信号灯焊接于采煤机上，通过无线电与信号发射器进行信号传输，警报器焊接于综放液压支架顶梁上，通过导线与信号发射器连接，控制器固定于综放液压支架后支架液压缸上，通过控制器连接线路与液压自动控制手柄连接，信号发射器导线连接警报器，信号发射器导线连接控制器，信号发射器无线连接控制器。
进一步的，高位超声波布置巷开掘于综放采场主关键层之上的软弱岩层之中。
一种基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置的使用方法，包括以下步骤。
S100～基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置的安装与调试；
S200～工作面开始正常推进；
S300～超声波接收仪接收信号：在综放工作面放煤作业过程中，超声波接收仪实时接收超声波发射仪的信号，记录衰减后的超声波频率，并将其传输入信号判断器；
S400～信号判断器识别与信号放出：信号判断器识别新的超声波信号，并将其与阈值进行比较，若小于阈值，不释放关窗与警报命令，继续放煤，释放减速割煤命令给采煤机信号灯，提示采煤机司机；若等于阈值，释放关窗命令，不释放警报命令，停止放煤，释放正常速割煤命令给采煤机，提示采煤机司机；若大于阈值，释放关窗命令，释放警报命令，停止放煤，释放加速割煤命令给采煤机，提示采煤机司机；
S500～循环操作上述步骤直至工作面回采完毕。
步骤S100包括以下步骤 ，
S101～确定覆岩岩层分类；
S102～开掘高位超声波布置巷；在综放工作面上覆主关键层之上的岩层中开掘数条长度与工作面推进距离相同的高位超声波布置巷；
S103～安装超声波发射仪；
S104～安装超声波接收仪：在开掘高位超声波布置巷工作面开切眼上方的起始超声波发射仪正下方的液压支架顶梁上焊接超声波接收仪、信号判断器、信号发射器以及报警器；
S105～信号判断器阈值标定：工作面推进3-5刀，同时确定当顶煤完全放出下的超声波衰减阈值；
S106～输入信号判断器阈值。
步骤S101中，综放工作面生产系统布置完成后，按照相应国家标准钻取岩芯，并进行岩石力学参数测定，按照“关键层理论”判定工作面老顶与主关键层层位。
步骤S103中，在高位超声波布置巷底板中以采煤机截深为间距，沿工作面推进方向安装定频超声波发射仪，并用固定钉使其固定于高位超声波布置巷底板。
与现有技术相比，本发明可以有效监测综放工作面的顶煤运移情况，有效避免煤层中厚夹矸层的干扰，同时为放煤作业提供了科学的“关窗”原则，该技术可以给采煤机司机提供放煤情况信号，有效调节采煤与放煤作业的关系，超声波信号不同于辐射信号与电信号，避免了辐射信号与电信号对工作面电气设备得到干扰，进一步的可以针对不同矿井的地质实际进行参数修正，具有较好的普适性。
附图说明
图1为本发明中的高位超声波布置巷开掘示意图；
图2为一种基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制的装置总系统图；
图3为系统工作流程图；
图4为综放工作面系统布置图；
图例说明：1-高位超声波布置巷，2-超声波发射仪，3-固定钉，4-超声波接收仪，5-信号判断器，6-信号发射器，7-警报器，8-综放液压支架，9-控制器，10-采煤机，11-前溜，12-后溜，13-控制器连接线路，14-采煤机信号灯，15-液压自动控制手柄，16—主关键层，17—软弱岩层，18—老顶，19—直接顶，20—煤层，21—底板，22—覆岩，23—综放工作面。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照附图2，一种基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制的装置，包括超声波发射系统、超声波接收与判断系统以及信号发出系统。所述超声波发射系统包括高位超声波布置巷1、自带电源的超声波发射仪2以及固定钉3，其中固定钉3焊接于自带电源的超声波发射仪2，并固定于高位超声波布置巷1底板；接收结果分析系统包括超声波接收仪4、信号判断器5、信号发射器6，其中超声波接收仪4、信号判断器5、信号发射器6通过导线连接，并焊接于综放液压支架8顶梁上；信号发出系统包括采煤机信号灯14、警报器7以及控制器9，其中采煤机信号灯14焊接于采煤机10上，通过无线电与信号发射器6进行信号传输，警报器7焊接于综放液压支架8顶梁上，通过导线与信号发射器6连接，控制器焊接于综放液压支架8后支架液压缸上，通过控制器连接线路13与液压自动控制手柄连接。
高位超声波布置巷1开掘于综放采场主关键层之上的软弱岩层之中。该层受到主关键层的保护，巷道围岩稳定，有利于超声波发射仪的回收与再利用。
一种基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置的使用方法，包括以下步骤。
S100～基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置的安装与调试。
S101～确定覆岩岩层分类；综放工作面生产系统布置完成后，按照相应国家标准钻取岩芯，并进行岩石力学参数测定，按照“关键层理论”判定工作面老顶与主关键层层位。
S102～开掘高位超声波布置巷；在综放工作面上覆主关键层之上的岩层中开掘数条长度与工作面推进距离相同的高位超声波布置巷；在高位超声波布置巷底板中以采煤机截深为间距，沿工作面推进方向安装定频超声波发射仪，并用固定钉使其固定于高位超声波布置巷底板。
S103～安装超声波发射仪；在高位超声波布置巷底板中以采煤机截深为间距，沿工作面推进方向安装定频超声波发射仪，并用固定钉使其固定于高位超声波布置巷底板。
S104～安装超声波接收仪：在开掘高位超声波布置巷工作面开切眼上方的起始超声波发射仪正下方的液压支架顶梁上焊接超声波接收仪、信号判断器、信号发射器以及报警器。
S105～信号判断器阈值标定：工作面推进3-5刀，同时确定当顶煤完全放出下的超声波衰减阈值。
S106～输入信号判断器阈值。
S200～工作面开始正常推进；
S300～超声波接收仪接收信号：在综放工作面放煤作业过程中，超声波接收仪4实时接收超声波发射仪2的信号，记录衰减后的超声波频率，并将其传输入信号判断器6。
S400～信号判断器识别与信号放出：信号判断器6识别新的超声波信号，并将其与阈值进行比较，若小于阈值，不释放关窗与警报命令，继续放煤，释放减速割煤命令给采煤机信号灯，提示采煤机司机；若等于阈值，释放关窗命令，不释放警报命令，停止放煤，释放正常速割煤命令给采煤机，提示采煤机司机；若大于阈值，释放关窗命令，释放警报命令，停止放煤，释放加速割煤命令给采煤机，提示采煤机司机。
S500～循环操作上述步骤直至工作面回采完毕。

Claims (5)

1.一种基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置，其特征在于：包括超声波发射系统、超声波接收与判断系统以及信号发出系统，
所述的超声波发射系统包括设置在高位超声波布置巷（1）底板上的若干自带电源的超声波发射仪（2），以采煤机截深为间距，沿工作面推进方向安装定频超声波发射仪，并用固定钉使其固定于高位超声波布置巷底板；超声波接收与判断系统包括焊接于综放液压支架（8）顶梁上的超声波接收仪（4）、信号判断器（5）和信号发射器（6），超声波接收仪（4）导线连接信号判断器（5），超声波接收仪（4）将超声波信号转换为电信号传输入信号判断器（5），由信号判断器判断；信号判断器（5）导线连接信号发射器（6），将判断信号传输至信号发射器（6），信号发出系统包括采煤机信号灯（14）、警报器（7）以及控制器（9），其中采煤机信号灯（14）焊接于采煤机（10）上，通过无线电与信号发射器（6）进行信号传输，警报器（7）焊接于综放液压支架（8）顶梁上，通过导线与信号发射器（6）连接，控制器（9）固定于综放液压支架（8）后支架液压缸上并与信号发射器（6）信号连接，通过控制器连接线路（13）与液压自动控制手柄连接。
2.根据权利要求1所述的基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置，其特征在于：所述的高位超声波布置巷（1）开掘于综放采场主关键层之上的软弱岩层之中。
3.一种如权利要求2所述的基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，
S100～基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置的安装与调试；
S200～工作面开始正常推进；
S300～超声波接收仪接收信号：在综放工作面放煤作业过程中，超声波接收仪（4）实时接收超声波发射仪（2）的信号，记录衰减后的超声波频率，并将其传输入信号判断器（5）；
S400～信号判断器识别与信号放出：信号判断器（5）识别新的超声波信号，并将其与阈值进行比较，若小于阈值，不释放关窗与警报命令，继续放煤，释放减速割煤命令给采煤机信号灯，提示采煤机司机；若等于阈值，释放关窗命令，不释放警报命令，停止放煤，释放正常速割煤命令给采煤机，提示采煤机司机；若大于阈值，释放关窗命令，释放警报命令，停止放煤，释放加速割煤命令给采煤机，提示采煤机司机；
S500～循环操作上述步骤直至工作面回采完毕。
4.根据权利要求3所述的基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置的使用方法，其特征在于：所述的步骤S100包括以下步骤 ，
S101～确定覆岩岩层分类；
S102～开掘高位超声波布置巷；在综放工作面上覆主关键层之上的岩层中开掘数条长度与工作面推进距离相同的高位超声波布置巷；
S103～安装超声波发射仪：
S104～安装超声波接收仪：在开掘高位超声波布置巷工作面开切眼上方的起始超声波发射仪正下方的液压支架顶梁上焊接超声波接收仪、信号判断器、信号发射器以及报警器；
S105～信号判断器阈值标定：工作面推进3-5刀，同时确定当顶煤完全放出下的超声波衰减阈值；
S106～输入信号判断器阈值。
5.根据权利要求4所述的基于超声波强度测试的放顶煤放煤作业控制装置的使用方法，其特征在于：所述的步骤S101中，综放工作面生产系统布置完成后，按照相应国家标准钻取岩芯，并进行岩石力学参数测定，按照“关键层理论”判定工作面老顶与主关键层层位。
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