CN112282755B - 基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法及系统，其方法包括：获取瓦斯浓度数据和姿态数据，根据第一对应关系结合瓦斯浓度数据对姿态数据进行修正以得到采煤机的开采姿态数据，根据开采姿态数据调整采煤机姿态；获取开采姿态数据以及赋存量数据；根据开采姿态数据得到采煤量数据；根据采煤量数据和赋存量数据得到运煤量；根据运煤量和瓦斯浓度数据得到运煤速度；根据运煤速度和第二对应关系确定刮板输送机的转矩值；根据转矩值调整刮板输送机姿态。上述方案，根据瓦斯浓度、采煤机姿态和刮板输送机转矩值三者之间的相互影响和制约关系，动态地、联动地控制采煤机和刮板输送机，实现提高产量与保障人机安全之间的动态平衡。

Description

基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法及系统

技术领域

本申请涉及机械联动控制领域，具体地，涉及一种基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法及系统。

背景技术

随着煤炭工业由劳动密集型向技术密集型的转变，综采工作面的“少人化”或“无人化”成为煤矿安全、高效生产的关键。在综采工作面中，采煤机、液压支架和刮板输送机需要配合工作，作为关键机电装备之一，采煤机的自动化程度直接影响整个综采工作面的安全生产。

因此，提高采煤机自动化控制的水平非常重要。

发明内容

本申请实施例旨在提供一种基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法及系统，其目的在于基于实际应用工况，对比分析瓦斯浓度与采煤机采煤量以及刮板运输机运输量之间的相互制约关系，并分析其相互联动智能控制算法。

为此，本申请一些实施例中提供一种基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法，包括如下步骤：

采煤机控制步骤：获取瓦斯浓度数据和姿态数据，根据第一对应关系结合所述瓦斯浓度数据对所述姿态数据进行修正以得到采煤机的开采姿态数据，根据所述开采姿态数据调整采煤机姿态；其中，第一对应关系为采煤机的姿态数据与瓦斯浓度数据之间的对应关系；

刮板输送机控制步骤：获取所述开采姿态数据以及赋存量数据；根据所述开采姿态数据得到采煤量数据；根据所述采煤量数据和所述赋存量数据得到运煤量；根据所述运煤量和所述瓦斯浓度数据得到运煤速度；根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述刮板输送机的转矩值；根据所述转矩值调整刮板输送机姿态；第二对应关系为刮板输送机转矩值与运煤速度之间的对应关系。

可选地，上述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法中，所述刮板输送机控制步骤中具体包括：

根据所述开采姿态数据得到采煤机的牵引速度和摇臂高度，根据所述牵引速度和摇臂高度确定所述采煤量。

可选地，上述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法中，所述刮板输送机控制步骤中具体包括：

根据所述瓦斯浓度数据和瓦斯浓度安全阈值确定所述刮板输送机的运行时间，根据所述运行时间和所述运煤量确定所述转矩值。

可选地，上述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法中，所述刮板输送机控制步骤中具体包括：

根据瓦斯浓度安全阈值和所述第三对应关系确定所述运行时间；第三对应关系为刮板输送机的运行时间与瓦斯浓度数据的对应关系；

根据所述运行时间和所述运煤量确定运煤速度；

根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述转矩值。

可选地，上述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法中，还包括如下步骤：

根据采煤机的开采姿态数据，对采煤机姿态数据和第一对应关系进行更新；

根据刮板输送机的转矩值，对刮板输送机的转矩值和第二对应关系进行更新。

本发明还提供一种基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统，包括：

瓦斯浓度检测装置，用于检测瓦斯浓度并生成瓦斯浓度信号；

采煤机姿态检测装置，用于在采煤机开采时检测采煤机的姿态并生成姿态信号；

姿态数据化装置，接收瓦斯浓度信号并生成瓦斯浓度数据，接收所述姿态信号并生成姿态数据；

采煤机姿态数据库，存储有采煤机的姿态数据与瓦斯浓度数据之间的第一对应关系；

采煤机控制器，接收所述瓦斯浓度数据和所述姿态数据，根据所述第一对应关系结合所述瓦斯浓度数据对所述姿态数据进行修正以得到采煤机的开采姿态数据，根据所述开采姿态数据调整采煤机姿态；

刮板输送机参数数据库，存储有刮板输送机转矩值与运煤速度之间的第二对应关系；

煤流赋存量检测装置，检测刮板输送机的煤流赋存量并生成赋存量数据；

转矩计算值装置，接收所述开采姿态数据、所述瓦斯浓度数据和所述赋存量数据；根据所述开采姿态数据得到采煤量数据；根据所述采煤量数据和所述赋存量数据得到运煤量；根据所述运煤量和所述瓦斯浓度数据得到运煤速度；根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述刮板输送机的转矩值；

刮板输送机控制器，根据所述转矩值调整刮板输送机姿态。

可选地，上述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统中，所述转矩计算值装置，根据所述开采姿态数据得到采煤机的牵引速度和摇臂高度，根据所述牵引速度和摇臂高度确定所述采煤量。

可选地，上述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统中，所述转矩计算值装置，根据所述瓦斯浓度数据和瓦斯浓度安全阈值确定所述刮板输送机的运行时间，根据所述运行时间和所述运煤量确定所述转矩值。

可选地，上述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统中，所述刮板输送机参数数据库中预存有运行时间与瓦斯浓度数据的第三对应关系；根据瓦斯浓度安全阈值和所述第三对应关系确定所述运行时间；根据所述运行时间和所述运煤量确定运煤速度，根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述转矩值。

可选地，上述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统中：

所述采煤机姿态数据库，还用于接收所述采煤机的开采姿态数据，对采煤机姿态数据和第一对应关系进行更新；

所述刮板输送机参数数据库，还用于接收所述刮板输送机的转矩值，对刮板输送机的转矩值和第二对应关系进行更新。

本申请实施例提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少具有如下技术效果：通过获取到瓦斯浓度、采煤机的姿态数据和刮板输送机的煤流赋存量，根据采煤过程中的实际工况，考虑到三者之间的相互影响和制约关系，动态地、联动地控制采煤机和刮板输送机，从而能基于实际应用工况，对比分析瓦斯浓度与采煤机采煤量以及刮板运输机运输量之间的相互制约关系，并分析其相互联动智能控制算法。在提高产量与保障人机安全之间做到动态平衡。

附图说明

图1为本申请一个实施例所述基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法的流程图；

图2为本申请一个实施例所述基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请一些实施例中提供一种基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1:采煤机控制步骤，具体包括：

S11:获取瓦斯浓度数据和姿态数据；可以通过设置在综采工作面上的瓦斯传感器等检测瓦斯浓度得到。

S12:根据第一对应关系结合所述瓦斯浓度数据对所述姿态数据进行修正以得到采煤机的开采姿态数据；第一对应关系为采煤机的姿态数据与瓦斯浓度数据之间的对应关系；可以将第一对应关系预先存储起来，当需要进行采煤机控制时，直接调取该对应关系，该对应关系可以是曲线形式、表格形式等。因为采煤机在开采的过程中对于瓦斯浓度会产生影像，如果瓦斯浓度已经接近安全浓度阈值，则采煤机的开采速度需要降低，避免瓦斯浓度过高影响工人的人身安全。因此，采煤机的姿态数据和瓦斯浓度数据的增量具有一定的对应关系。

S13:根据所述开采姿态数据调整采煤机姿态；可以通过设置在采煤机上的各种传感器检测采煤机姿态，例如高度传感器、倾角传感器、姿态角传感器等。

S2:刮板输送机控制步骤，具体包括：

S21：获取所述开采姿态数据以及赋存量数据；赋存量数据可以通过设置在刮板输送机上的检测装置得到，例如通过摄像头拍摄皮带上的煤料，根据拍摄结果确定煤料量等。

S22：根据所述开采姿态数据得到采煤量数据；对于采煤机来说，其开采过程中的姿态数据与采煤量具有一定的对应关系，因此当确定了开采姿态数据之后能够确定采煤机在这一姿态下开采的采煤量。

S23：根据所述采煤量数据和所述赋存量数据得到运煤量；采煤机采煤之后也是直接排到刮板输送机的皮带上，因此刮板输送机要运输的煤量等于赋存量加上采煤量。

S24：根据所述运煤量和所述瓦斯浓度数据得到运煤速度；刮板输送机的运行时间对瓦斯浓度具有一定的影响，因此可以根据瓦斯浓度、采煤机的姿态数据确定刮板输送机的运行时间，避免由于刮板输送机的运行时间过长而使得瓦斯浓度超过安全浓度阈值。

S25：根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述刮板输送机的转矩值；第二对应关系为刮板输送机转矩值与运煤速度之间的对应关系。刮板输送机的转矩值与运煤速度之间具有对应关系，转矩值越大皮带运转速度越快，运煤量越高。

S26：根据所述转矩值调整刮板输送机姿态。

以上方案，实现了基于瓦斯浓度的采煤机和刮板输送机的联动控制，对采煤时的采煤机与刮板运输机进行控制，既能够满足采煤、运煤的要求，又能够保证瓦斯浓度不会超过安全阈值，为采煤联动控制系统提供良好运行的保障。

上述方案中的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法，所述步骤S22中具体包括：根据所述开采姿态数据得到采煤机的牵引速度和摇臂高度，根据所述牵引速度和摇臂高度确定所述采煤量。针对每一采煤机来说，其姿态数据中可以包括牵引速度和摇臂高度，也可以包括其他对工作面出煤量有影响的其他参数，根据摇臂高度可以确定割煤厚度，根据割煤厚度和牵引速度就能够确定出采煤量。

进一步地，以上方案中，所述步骤S24中还包括：根据所述瓦斯浓度数据和瓦斯浓度安全阈值确定所述刮板输送机的运行时间，根据所述运行时间和所述运煤量确定所述转矩值。确定当前瓦斯浓度值、根据采煤机姿态数据能够得到采煤机采煤过程对瓦斯浓度的影响值，利用当前瓦斯浓度值加上采煤过程对瓦斯浓度的影响值就得到执行采煤时的瓦斯浓度值的预估值，而瓦斯浓度安全阈值可以根据相关规定进行确定，由此能够直接确定预估值和安全阈值之间的差值。而刮板输送机运行过程中，其单位时间内对瓦斯浓度的影响值为已知量，为了避免瓦斯浓度过高影响工人的人身安全，需要控制刮板输送机的运行时间，使其对瓦斯浓度的影响小于上述差值。当确定了运行时间和运煤量后就能够确定运煤速度，继而确定转矩值。优选地，上述步骤中，根据瓦斯浓度安全阈值和所述第三对应关系确定所述运行时间；第三对应关系为刮板输送机的运行时间与瓦斯浓度数据的对应关系；根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述转矩值；也即，可以预先将瓦斯浓度数据和刮板输送机的运行时间之间的关系预存起来，当需要确定采煤机运行时间时，直接调取数据即可。

优选地，上述方案中还可以包括如下步骤：

S3:根据采煤机的开采姿态数据，对采煤机姿态数据和第一对应关系进行更新；根据刮板输送机的转矩值，对刮板输送机的转矩值和第二对应关系进行更新。

因为，在开采过程中，瓦斯浓度数据、采煤机姿态数据和刮板输送机的转矩值彼此相关，相互制约，且都会实时发生变化，但是瓦斯浓度的安全阈值不会发生变化，因此以瓦斯浓度不超过安全阈值为基本准则实现对采煤机和刮板输送机的联动控制，需要实时地根据瓦斯浓度值、采煤机姿态数据和刮板输送机转矩值对第一对应关系和第二对应关系进行更新，从而能确保采煤机和刮板输送机的联动控制精度。

本申请的一些实施例中还提供一种基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统，其包括上位机控制器1，如图2所示，还包括：

瓦斯浓度检测装置2，用于检测瓦斯浓度并生成瓦斯浓度信号；采煤机姿态检测装置3，用于在采煤机开采时检测采煤机的姿态并生成姿态信号；采煤机姿态数据库4，存储有采煤机的姿态数据与瓦斯浓度数据之间的第一对应关系；姿态数据化装置5，接收瓦斯浓度信号并生成瓦斯浓度数据，接收所述姿态信号并生成姿态数据；采煤机控制器6，接收所述瓦斯浓度数据和所述姿态数据，根据所述第一对应关系结合所述瓦斯浓度数据对所述姿态数据进行修正以得到采煤机的开采姿态数据，根据所述开采姿态数据调整采煤机姿态。

煤流赋存量检测装置7，检测刮板输送机的煤流赋存量并生成赋存量数据；刮板输送机参数数据库8，存储有刮板输送机转矩值与运煤速度之间的第二对应关系；转矩计算值装置9，接收所述开采姿态数据、所述瓦斯浓度数据和所述赋存量数据；根据所述开采姿态数据得到采煤量数据；根据所述采煤量数据和所述赋存量数据得到运煤量；根据所述运煤量和所述瓦斯浓度数据得到运煤速度；根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述刮板输送机的转矩值；刮板输送机控制器10，根据所述转矩值调整刮板输送机姿态。

以上方案能够实现自动调控采煤机的生产能力，综采工作面采煤量以及瓦斯浓度控制，从而减小输送机运行阻力，提高运煤性能；提高对采煤智能联动控制理论的支撑性能，以及采煤智能联动控制平稳度。

进一步地，以上方案中的所述转矩计算值装置9，根据所述开采姿态数据得到采煤机的牵引速度和摇臂高度，根据所述牵引速度和摇臂高度确定所述采煤量。牵引速度、摇臂调高等对工作面出煤量以及工作面瓦斯浓度的影响，再结合在煤炭实际开采过程中，采煤机采煤量对瓦斯浓度的影响，皮带运输机的速度对采煤机的采煤量的影响，以及皮带输送机在工作面运行时间对工作面瓦斯浓度的影响。实现采煤机与刮板输送机联动控制，在提高产量与保障人机安全之间做到动态平衡。

所述转矩计算值装置9，根据所述瓦斯浓度数据和瓦斯浓度安全阈值确定所述刮板输送机的运行时间，根据所述运行时间和所述运煤量确定所述转矩值。进一步地，所述刮板输送机参数数据库8中预存有运行时间与瓦斯浓度数据的第三对应关系；根据瓦斯浓度安全阈值和所述第三对应关系确定所述运行时间；根据所述运行时间和所述运煤量确定运煤速度，根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述转矩值。所述采煤机姿态数据库7还用于接收所述采煤机的开采姿态数据，对采煤机姿态数据和第一对应关系进行更新；所述刮板输送机参数数据库8还用于接收所述刮板输送机的转矩值，对刮板输送机的转矩值和第二对应关系进行更新。

上述方案中，其中的上位机控制器1可以与瓦斯浓度检测装置2、采煤机姿态数据库4和刮板输送机参数数据库8相连接，从而接收到瓦斯浓度检测装置2发送的瓦斯浓度检测结果，同时，上位机控制器1还用于与采煤机姿态数据库4和刮板输送机参数数据库8通信连接，能够依据瓦斯浓度检测结果对采煤机姿态数据库4和刮板输送机参数数据库8中存储的采煤机的姿态数据、刮板输送机的转矩值以及采煤机姿态数据和刮板输送机转矩值与瓦斯浓度的关系进行更新。采用上述方案，可以生成联动控制方案提高采煤机的自动化水平，实现综采工作面的“少人化”或“无人化”开采，从而为煤矿的安全、高效生产提供技术保障。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

采煤机控制步骤：获取瓦斯浓度数据和姿态数据，根据第一对应关系结合所述瓦斯浓度数据对所述姿态数据进行修正以得到采煤机的开采姿态数据，根据所述开采姿态数据调整采煤机姿态；其中，第一对应关系为采煤机的姿态数据与瓦斯浓度数据之间的对应关系；

刮板输送机控制步骤：获取所述开采姿态数据以及赋存量数据；根据所述开采姿态数据得到采煤量数据；根据所述采煤量数据和所述赋存量数据得到运煤量；根据所述运煤量和所述瓦斯浓度数据得到运煤速度；根据所述运煤速度和第二对应关系确定所述刮板输送机的转矩值；根据所述转矩值调整刮板输送机姿态；第二对应关系为刮板输送机转矩值与运煤速度之间的对应关系。

2.根据权利要求1所述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法，其特征在于，所述刮板输送机控制步骤中具体包括：

根据所述开采姿态数据得到采煤机的牵引速度和摇臂高度，根据所述牵引速度和摇臂高度确定所述采煤量。

3.根据权利要求2所述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法，其特征在于，所述刮板输送机控制步骤中具体包括：

根据所述瓦斯浓度数据和瓦斯浓度安全阈值确定所述刮板输送机的运行时间，根据所述运行时间和所述运煤量确定所述转矩值。

4.根据权利要求3所述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法，其特征在于，所述刮板输送机控制步骤中具体包括：

根据瓦斯浓度安全阈值和第三对应关系确定所述运行时间；第三对应关系为刮板输送机的运行时间与瓦斯浓度数据的对应关系；

根据所述运行时间和所述运煤量确定运煤速度；

根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述转矩值。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

根据采煤机的开采姿态数据，对采煤机姿态数据和第一对应关系进行更新；

根据刮板输送机的转矩值，对刮板输送机的转矩值和第二对应关系进行更新。

6.一种基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统，其特征在于，包括：

瓦斯浓度检测装置，用于检测瓦斯浓度并生成瓦斯浓度信号；

采煤机姿态检测装置，用于在采煤机开采时检测采煤机的姿态并生成姿态信号；

姿态数据化装置，接收瓦斯浓度信号并生成瓦斯浓度数据，接收所述姿态信号并生成姿态数据；

采煤机姿态数据库，存储有采煤机的姿态数据与瓦斯浓度数据之间的第一对应关系；

采煤机控制器，接收所述瓦斯浓度数据和所述姿态数据，根据所述第一对应关系结合所述瓦斯浓度数据对所述姿态数据进行修正以得到采煤机的开采姿态数据，根据所述开采姿态数据调整采煤机姿态；

刮板输送机参数数据库，存储有刮板输送机转矩值与运煤速度之间的第二对应关系；

煤流赋存量检测装置，检测刮板输送机的煤流赋存量并生成赋存量数据；

转矩计算值装置，接收所述开采姿态数据、所述瓦斯浓度数据和所述赋存量数据；根据所述开采姿态数据得到采煤量数据；根据所述采煤量数据和所述赋存量数据得到运煤量；根据所述运煤量和所述瓦斯浓度数据得到运煤速度；根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述刮板输送机的转矩值；

刮板输送机控制器，根据所述转矩值调整刮板输送机姿态。

7.根据权利要求6所述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统，其特征在于：

所述转矩计算值装置，根据所述开采姿态数据得到采煤机的牵引速度和摇臂高度，根据所述牵引速度和摇臂高度确定所述采煤量。

8.根据权利要求7所述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统，其特征在于：

所述转矩计算值装置，根据所述瓦斯浓度数据和瓦斯浓度安全阈值确定所述刮板输送机的运行时间，根据所述运行时间和所述运煤量确定所述转矩值。

9.根据权利要求8所述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统，其特征在于：

所述刮板输送机参数数据库中预存有运行时间与瓦斯浓度数据的第三对应关系；根据瓦斯浓度安全阈值和所述第三对应关系确定所述运行时间；根据所述运行时间和所述运煤量确定运煤速度，根据所述运煤速度和所述第二对应关系确定所述转矩值。

10.根据权利要求6-9任一项所述的基于瓦斯检测的采煤机与刮板输送机联动控制系统，其特征在于：

所述采煤机姿态数据库，还用于接收所述采煤机的开采姿态数据，对采煤机姿态数据和第一对应关系进行更新；

所述刮板输送机参数数据库，还用于接收所述刮板输送机的转矩值，对刮板输送机的转矩值和第二对应关系进行更新。

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