CN112269170A - 一种采煤工作面检测系统及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种采煤工作面检测系统及其检测方法。所述系统包括：超宽带信号收发单元，包括固定设置于轨道巷内和/或胶带巷内且能够收发超宽带信号的第一收发组件，以及设置于液压支架上且与所述第一收发组件可视对应、并能够收发超宽带信号的第二收发组件；位置计算单元，用于根据所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的超宽带信号收发时间计算液压支架的位置，并根据液压支架的位置计算得到采煤工作面的位置。本发明还公开了一种采煤工作面检测方法。本发明中的采煤工作面检测系统及其检测方法不会受到粉尘或颗粒物的影响，也不会受到矿物中金属物质的影响，有利于在煤矿井下准确的检测液压支架的位置。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下定位技术领域，具体涉及一种采煤工作面检测系统及其检测方法。
背景技术
煤矿开采过程中，煤层两侧设置有轨道巷和胶带巷(一个用于运料、一个用于运煤)，正对采煤工作面(煤层上正在被开采的一侧)的位置处设置有用于切割煤层的切割装置；切割装置一般包括切刀组件，用于驱动切刀组件完成切割动作的液压支架，以及用于供液压支架沿煤层方向滑动的滑轨组件。工作时，液压支架不断滑动至采煤工作面位置对煤层进行切割，以便工人开采煤料，实际上液压支架的位置能够直接反应采煤工作面的位置。
实际开采时，对于采煤工作面的定位非常重要，目前煤矿通常以班为单位，采用人工手动记录液压支架的位置来代指整个采煤工作面的位置，但是，人工记录的方式存在较强的主观性，还容易产生较大的误差，导致采煤工作面的定位精确度很低、检测效果不好。为此，公开号为CN108222994B的中国专利公开了《一种采煤工作面支架定位系统及方法》，其包括底座、电位器和与电位器电连接的定位集成电路，底座上铰接有两个线盘，线盘经复位弹簧卷连接底座，电位器包括电阻体和与电阻体接触的旋转体，电阻体装配连接底座，旋转体装配连接线盘且二者同轴布置，线盘上缠绕有测量绳，底座设置于一架液压支架上，两根测量绳从底座同侧绳槽引出，两根测量绳的末端均连接相邻液压支架；工作面端头处液压支架上设置红外测距传感器，工作面顺槽内设置有与红外测距传感器位于同一直线上的红外定位端；控制器分别信号连接红外测距传感器和多个定位集成电路。
上述现有方案中的采煤工作面支架定位系统也是一种采煤工作面检测系统，其能够定位液压支架的位置。但是，申请人发现，上述现有方案中采用“红外探测”的方式检测液压支架的位置，但煤矿开采过程中轨道巷或胶带巷内均充斥着粉尘或颗粒物，而“红外探测”的方式很容易受到粉尘或颗粒物的影响，从而导致检测结果不准确，甚至会导致检测无法正常进行。因此，申请人想到提出一种不受粉尘或颗粒物影响的采煤工作面检测系统，以提升液压支架位置的检测准确性，从而辅助提升采煤工作面定位精度和检测效果。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种不受粉尘或颗粒物影响的采煤工作面检测系统，以能够提升液压支架位置的检测准确性，从而能够辅助提升采煤工作面定位精度和检测效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种采煤工作面检测系统，包括：
超宽带信号收发单元，包括固定设置于轨道巷内和/或胶带巷内且能够收发超宽带信号的第一收发组件，以及设置于液压支架上且与所述第一收发组件可视对应、并能够收发超宽带信号的第二收发组件；
位置计算单元，用于根据所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的超宽带信号收发时间计算液压支架的位置，并根据液压支架的位置计算得到采煤工作面的位置。
优选的，所述位置计算单元计算采煤工作面的位置时，包括以下步骤：
S1：根据所述第一收发组件和所述第二收发组件间的超宽带信号收发时间计算所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离；
S2：根据所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离，以及所述第一收发组件本身的位置数据计算所述第二收发组件的位置；
S3：根据所述第二收发组件的位置，以及液压支架与采煤工作面间的固定间隔数据计算采煤工作面的位置。
优选的，步骤S1中：
首先，第一收发组件向第二收发组件发射超宽带信号，并记录第一收发组件的发射时间戳TF1和第二收发组件的接收时间戳TJ1；第二收发组件经延时后向第一收发组件发射超宽带信号，记录第二收发组件的发射时间戳TF2和第一收发组件的接收时间戳TJ2；
然后，根据第一收发组件的发射时间戳TF1和接收时间戳TJ2计算第一收发组件的时间差Tround，其中Tround＝TJ2-TF1；再根据第二收发组件的接收时间戳TJ1和发射时间戳TF2计算第二收发组件的时间差Treply，其中Treply＝TF2-TJ1；
最后，根据公式
计算超宽带信号飞行时间Tprop，再根据超宽带信号飞行速度计算得到第一收发组件和第二收发组件之间的距离。
优选的，步骤S2中，以煤层远离采煤工作面的一端为基准端标定所述第一收发组件的位置为XD；若所述第二收发组件相对于所述第一收发组件更远离基准端，则通过XD加上所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离计算第二收发组件的位置；若所述第二收发组件位于所述第一收发组件和基准端之间，则通过XD减去所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离计算第二收发组件的位置。
优选的，轨道巷内和胶带巷内分别设置有能够收发超宽带信号的第一收发组件；所述液压支架上可视对应所述轨道巷内的第一收发组件和胶带巷内的第一收发组件的位置处分别设置有能够收发超宽带信号的第二收发组件。
优选的，所述第一收发组件和所述第二收发组件为配套使用的超宽带信号收发设备。
本发明还公开了一种采煤工作面检测方法，包括以下步骤：
A1：在轨道巷内和/或胶带巷内固定设置测量点；
A2：根据测量点和液压支架之间的超宽带信号收发时间计算液压支架的位置；
A3：根据液压支架的位置计算采煤工作面的位置。
优选的，步骤A1中，轨道巷内和胶带巷内分别固定设置有测量点。
优选的，步骤A2中，测量点位置设置有能够收发超宽带信号的第一收发组件，液压支架上设置有与所述第一收发组件可视对应且能够收发超宽带信号的第二收发组件。
优选的，步骤A2中，计算液压支架的位置时：
首先，第一收发组件向第二收发组件发射超宽带信号，并记录第一收发组件的发射时间戳TF1和第二收发组件的接收时间戳TJ1；第二收发组件经延时后向第一收发组件发射超宽带信号，记录第二收发组件的发射时间戳TF2和第一收发组件的接收时间戳TJ2；
然后，根据第一收发组件的发射时间戳TF1和收时间戳TJ2计算第一收发组件的时间差Tround，其中Tround＝TJ2-TF1；再根据第二收发组件的接收时间戳TJ1和发射时间戳TF2计算第二收发组件的时间差Treply，其中Treply＝TF2-TJ1；
然后，根据公式
计算超宽带信号飞行时间Tprop，再根据超宽带信号飞行速度计算得到第一收发组件和第二收发组件之间的距离；
最后，根据第一收发组件和第二收发组件之间的距离，以及测量点自身的位置数据计算第二收发组件的位置；第二收发组件的位置对应着液压支架的位置。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明通过“超宽带信号检测”的方式检测液压支架的位置，这既不会受到粉尘或颗粒物的影响，也不会受到矿物中金属物质的影响，有利于在煤矿井下准确的检测液压支架的位置，从而能够辅助提升采煤工作面定位精度和检测效果。
2、本发明中，通过简单的测量和计算便能够准确的计算得到采煤工作面的位置，即是利用简单的技术手段解决了复杂的技术问题。
3、本发明中，通过“单边双向测距”的方式测量第一收发组件和第二收发组件之间的距离，这种测量方式具有测量精度高、且计算简单的优势。
4、本发明中，首先标定第一收发组件的位置，然后通过加或减的方式计算得到第二收发组件的位置，这样的计算方式不仅计算简单，还能够有效保证液压支架位置的检测精度。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为实施例一中采煤工作面检测系统的结构示意图；
图2为实施例一中计算采煤工作面的位置时的逻辑框图；
图3为实施例二中采煤工作面检测方法的逻辑框图。
说明书附图中的附图标记包括：煤层1、轨道巷2、胶带巷3、液压支架4、第一收发组件5、第二收发组件6。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例一：
如图1所示：本实施例中公开了一种采煤工作面检测系统，包括：
超宽带信号收发单元，包括固定设置于轨道巷2内和/或胶带巷3内且能够收发超宽带信号的第一收发组件5，以及设置于液压支架4上且与所述第一收发组件5可视对应、并能够收发超宽带信号的第二收发组件6；
位置计算单元，用于根据所述第一收发组件5和所述第二收发组件6之间的超宽带信号收发时间计算液压支架4的位置，并根据液压支架4的位置计算得到采煤工作面的位置。
本发明中，通过“可视对应设置”且能够收发超宽带信号的第一收发组件5和第二收发组件6检测(计算)液压支架4的位置，再通过液压支架4与煤层1上的采煤工作面间的间隔数据计算采煤工作面的位置。本发明通过“超宽带信号检测”的方式检测液压支架4的位置，这既不会受到粉尘或颗粒物的影响，也不会受到矿物中金属物质的影响，有利于在煤矿井下准确的检测液压支架4的位置，从而能够辅助提升采煤工作面定位精度和检测效果。此外，液压支架4与采煤工作面之间有极小的间隔，那么液压支架4的位置可以近似等于采煤工作面的位置，当然，为了计算得到更准确的采煤工作面位置，可进一步测量液压支架4与采煤工作面之间的固定间隔数据(即及液压支架4与采煤工作面间的固定距离)，再利用液压支架4的位置减去该固定间隔即可得到采煤工作面的位置。
具体实施过程中，如图2所示：位置计算单元计算采煤工作面的位置时，包括以下步骤：
S1：根据所述第一收发组件和所述第二收发组件间的超宽带信号收发时间计算所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离；
S2：根据所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离，以及所述第一收发组件本身的位置数据计算所述第二收发组件的位置；
S3：根据所述第二收发组件的位置，以及液压支架与采煤工作面间的固定间隔数据计算采煤工作面的位置。
实际检测过程中，首先根据超宽带信号收发时间计算第一收发组件和第二收发组件之间的距离，而第一收发组件的位置数据能够通过直接测量的方式获取，也就能够计算得到第二收发组件的位置，即液压支架的位置，液压支架的位置减去液压支架与采煤工作面间的固定间隔就是采煤工作面的位置。本发明中，通过简单的测量和计算便能够准确的计算得到采煤工作面的位置，即是利用简单的技术手段解决了复杂的技术问题。
具体实施过程中，步骤S1中：
首先，第一收发组件向第二收发组件发射超宽带信号，并记录第一收发组件的发射时间戳TF1和第二收发组件的接收时间戳TJ1；第二收发组件经延时后向第一收发组件发射超宽带信号，记录第二收发组件的发射时间戳TF2和第一收发组件的接收时间戳TJ2；
然后，根据第一收发组件的发射时间戳TF1和接收时间戳TJ2计算第一收发组件的时间差Tround，其中Tround＝TJ2-TF1；再根据第二收发组件的接收时间戳TJ1和发射时间戳TF2计算第二收发组件的时间差Treply，其中Treply＝TF2-TJ1；
最后，根据公式
计算超宽带信号飞行时间Tprop，再根据超宽带信号飞行速度计算得到第一收发组件和第二收发组件之间的距离。
本发明中，通过上述的“单边双向测距”的方式测量第一收发组件和第二收发组件之间的距离，这种测量方式具有测量精度高、且计算简单的优势，有利于更好的辅助提升采煤工作面定位精度和检测效果。
具体实施过程中，步骤S2中，以煤层远离采煤工作面的一端为基准端标定所述第一收发组件的位置为XD；若所述第二收发组件相对于所述第一收发组件更远离基准端，则通过XD加上所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离计算第二收发组件的位置；若所述第二收发组件位于所述第一收发组件和基准端之间，则通过XD减去所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离计算第二收发组件的位置。
本发明中，首先标定第一收发组件的位置，然后通过加或减的方式计算得到第二收发组件的位置，这样的计算方式不仅计算简单，还能够有效保证液压支架(即第二收发组件)位置的检测精度。
具体实施过程中，轨道巷内和胶带巷内分别设置有能够收发超宽带信号的第一收发组件；所述液压支架上可视对应所述轨道巷内的第一收发组件和胶带巷内的第一收发组件的位置处分别设置有能够收发超宽带信号的第二收发组件。
实际检测过程中，液压支架可能会出现相对于煤层倾斜的情况，此时液压支架的位置不能准确的反应采煤工作面的位置。针对这一问题，本发明中在液压支架的两端位置分别设置了收发组件，并通过两组收发组件同时测量液压支架的位置。若两组收发组件测量得到的液压支架位置相同或相差不大，则表明液压支架未发生倾斜，能够很好的反应采煤工作面的位置；若两组收发组件测量得到的液压支架位置差距很大，则表明液压支架已经发生倾斜，不能很好的反应采煤工作面的位置，需要对液压支架的位置进行调整。本发明中，设置在液压支架两端位置的两组收发组件更有利于辅助提升采煤工作面的定位精度，并给还能够作为液压支架是否倾斜的检测设备。
具体实施过程中，所述第一收发组件和所述第二收发组件为配套使用的超宽带信号收发设备。
实际检测过程中，超宽带信号收发设备能够稳定有效的发射和接收超宽带信号。
实施例二：
本实施例在实施例一的基础上公开了一种采煤工作面检测方法，如图3所示：所述采煤工作面检测方法包括以下步骤：
A1：在轨道巷内和/或胶带巷内固定设置测量点；
A2：根据测量点和液压支架之间的超宽带信号收发时间计算液压支架的位置；
A3：根据液压支架的位置计算采煤工作面的位置。
本发明通过“超宽带信号检测”的方式检测液压支架的位置，这既不会受到粉尘或颗粒物的影响，也不会受到矿物中金属物质的影响，有利于在煤矿井下准确的检测液压支架的位置，从而能够辅助提升采煤工作面定位精度和检测效果。此外，液压支架与采煤工作面之间有极小的间隔，为了计算得到更准确的采煤工作面位置，可进一步测量液压支架与采煤工作面之间的固定间隔数据，再利用液压支架的位置减去该固定间隔即可得到采煤工作面的位置。
具体实施过程中，步骤A1中，轨道巷内和胶带巷内分别固定设置有测量点。
实际检测过程中，液压支架可能会出现相对于煤层倾斜的情况，此时液压支架的位置不能准确的反应采煤工作面的位置。针对这一问题，本发明中设置了两个测量点，并通过两个测量点同时测量液压支架的位置。若两个测量点得到的液压支架位置相同，则表明液压支架未发生倾斜，能够很好的反应采煤工作面的位置；若两个测量点得到的液压支架位置差距很大，则表明液压支架发生倾斜，不能很好的反应采煤工作面的位置，需要对液压支架的位置进行调整。本发明中设置的两个测量点更有利于辅助提升采煤工作面的定位精度，还能够作为液压支架是否倾斜的检测设备。
具体实施过程中，步骤A2中，测量点位置设置有能够收发超宽带信号的第一收发组件，液压支架上设置有与所述第一收发组件可视对应且能够收发超宽带信号的第二收发组件。
具体实施过程中，步骤A2中，计算液压支架的位置时：
首先，第一收发组件向第二收发组件发射超宽带信号，并记录第一收发组件的发射时间戳TF1和第二收发组件的接收时间戳TJ1；第二收发组件经延时后向第一收发组件发射超宽带信号，记录第二收发组件的发射时间戳TF2和第一收发组件的接收时间戳TJ2；
然后，根据第一收发组件的发射时间戳TF1和收时间戳TJ2计算第一收发组件的时间差Tround，其中Tround＝TJ2-TF1；再根据第二收发组件的接收时间戳TJ1和发射时间戳TF2计算第二收发组件的时间差Treply，其中Treply＝TF2-TJ1；
然后，根据公式
计算超宽带信号飞行时间Tprop，再根据超宽带信号飞行速度计算得到第一收发组件和第二收发组件之间的距离；
最后，根据第一收发组件和第二收发组件之间的距离，以及测量点自身的位置数据计算第二收发组件的位置；第二收发组件的位置对应着液压支架的位置。
本发明中，通过上述的“单边双向测距”的方式测量第一收发组件和第二收发组件之间的距离，这种测量方式具有测量精度高、且计算简单的优势，有利于更好的辅助提升采煤工作面定位精度和检测效果。
具体实施过程中，步骤A3中，根据第二收发组件的位置，以及液压支架与采煤工作面间的固定间隔数据计算采煤工作面的位置。
实际检测时，液压支架与采煤工作面之间有极小的间隔，那么液压支架的位置可以近似等于采煤工作面的位置；当然，为了计算得到更准确的采煤工作面位置，可进一步测量液压支架与采煤工作面之间的固定间隔数据(即及液压支架与采煤工作面间的固定间距)，再利用液压支架的位置减去该固定间隔即可得到采煤工作面的位置。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种采煤工作面检测系统，其特征在于，包括：
超宽带信号收发单元，包括固定设置于轨道巷内和/或胶带巷内且能够收发超宽带信号的第一收发组件，以及设置于液压支架上且与所述第一收发组件可视对应、并能够收发超宽带信号的第二收发组件；
位置计算单元，用于根据所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的超宽带信号收发时间计算液压支架的位置，并根据液压支架的位置计算得到采煤工作面的位置。
2.如权利要求1所述的一种采煤工作面检测系统，其特征在于，所述位置计算单元计算采煤工作面的位置时，包括以下步骤：
S1：根据所述第一收发组件和所述第二收发组件间的超宽带信号收发时间计算所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离；
S2：根据所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离，以及所述第一收发组件本身的位置数据计算所述第二收发组件的位置；
S3：根据所述第二收发组件的位置，以及液压支架与采煤工作面间的固定间隔数据计算采煤工作面的位置。
3.如权利要求2所述的采煤工作面检测系统，其特征在于，步骤S1中：
首先，第一收发组件向第二收发组件发射超宽带信号，并记录第一收发组件的发射时间戳TF1和第二收发组件的接收时间戳TJ1；第二收发组件经延时后向第一收发组件发射超宽带信号，记录第二收发组件的发射时间戳TF2和第一收发组件的接收时间戳TJ2；
然后，根据第一收发组件的发射时间戳TF1和接收时间戳TJ2计算第一收发组件的时间差Tround，其中Tround＝TJ2-TF1；再根据第二收发组件的接收时间戳TJ1和发射时间戳TF2计算第二收发组件的时间差Treply，其中Treply＝TF2-TJ1；
最后，根据公式
计算超宽带信号飞行时间Tprop，再根据超宽带信号飞行速度计算得到第一收发组件和第二收发组件之间的距离。
4.如权利要求2所述的采煤工作面检测系统，其特征在于：步骤S2中，以煤层远离采煤工作面的一端为基准端标定所述第一收发组件的位置为XD；若所述第二收发组件相对于所述第一收发组件更远离基准端，则通过XD加上所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离计算第二收发组件的位置；若所述第二收发组件位于所述第一收发组件和基准端之间，则通过XD减去所述第一收发组件和所述第二收发组件之间的距离计算第二收发组件的位置。
5.如权利要求1所述的采煤工作面检测系统，其特征在于：轨道巷内和胶带巷内分别设置有能够收发超宽带信号的第一收发组件；所述液压支架上可视对应所述轨道巷内的第一收发组件和胶带巷内的第一收发组件的位置处分别设置有能够收发超宽带信号的第二收发组件。
6.如权利要求1所述的采煤工作面检测系统，其特征在于：所述第一收发组件和所述第二收发组件为配套使用的超宽带信号收发设备。
7.一种采煤工作面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1：在轨道巷内和/或胶带巷内固定设置测量点；
A2：根据测量点和液压支架之间的超宽带信号收发时间计算液压支架的位置；
A3：根据液压支架的位置计算采煤工作面的位置。
8.如权利要求7所述的采煤工作面检测方法，其特征在于：步骤A1中，轨道巷内和胶带巷内分别固定设置有测量点。
9.如权利要求7所述的采煤工作面检测方法，其特征在于：步骤A2中，测量点位置设置有能够收发超宽带信号的第一收发组件，液压支架上设置有与所述第一收发组件可视对应且能够收发超宽带信号的第二收发组件。
10.如权利要求7所述的采煤工作面检测方法，其特征在于：步骤A2中，计算液压支架的位置时：
首先，第一收发组件向第二收发组件发射超宽带信号，并记录第一收发组件的发射时间戳TF1和第二收发组件的接收时间戳TJ1；第二收发组件经延时后向第一收发组件发射超宽带信号，记录第二收发组件的发射时间戳TF2和第一收发组件的接收时间戳TJ2；
然后，根据第一收发组件的发射时间戳TF1和收时间戳TJ2计算第一收发组件的时间差Tround，其中Tround＝TJ2-TF1；再根据第二收发组件的接收时间戳TJ1和发射时间戳TF2计算第二收发组件的时间差Treply，其中Treply＝TF2-TJ1；
然后，根据公式
计算超宽带信号飞行时间Tprop，再根据超宽带信号飞行速度计算得到第一收发组件和第二收发组件之间的距离；
最后，根据第一收发组件和第二收发组件之间的距离，以及测量点自身的位置数据计算第二收发组件的位置；第二收发组件的位置对应着液压支架的位置。
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