CN112360537A - 煤矿综采工作面开采直线度的控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统和方法，该系统包括若干设置有推进杆的液压支架，每个所述推进杆的一端连接有推进板，每隔N个所述液压支架在所述液压支架的推进杆上设置一个雷达，所述雷达用于检测所述推进板至设置有雷达的液压支架之间的距离。通过雷达的检测可以确定出各推进板是否处于同一条直线上，以及该推进板是否与垂直地面的直线存在倾角，角反射器可以增强雷达的反射能力和强度。本申请提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，结构简单，操作方便，基于雷达技术使得测量精度准确，解决了传统技术中由于人工手动调节液压支架存在的调节精度不准确和调节液压支架的效率较低的问题。

Description

煤矿综采工作面开采直线度的控制系统和方法

技术领域

本申请涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种煤矿综采工作面开采直线度的控制系统和方法。

背景技术

煤矿综采工作面的重要生产设备包括：刮板运输机、采煤机、液压支架。采煤机可以在刮板运输机的电缆槽挡板上运动，并将煤炭从煤壁上截割下；刮板运输机用于将落下来的煤运输出采煤工作面，同时还为采煤机提供运动支撑轨道；液压支架用于为工作面提供支护，并推移刮板运输机。具体的，采煤工作面由多台液压支架在工作面依次排列而成，实现对工作面顶板的支撑和对刮板运输机的迁移。

通常，在工作时，为了实现工作面的正常运转，需要多个工作面液压支架基本处于同一平面上。在采煤过程中，刮板运输机是采煤机运行的轨道，因此在工作面液压支架的直线度是保证刮板运输机直线度的前提，最终可实现在其上的采煤机达到良好的割煤效果。

随着采矿业的发展，对自动化、智能化开采提出了新的要求，需要采煤机、液压支架、刮板机能够自动协同工作、自动协同运动。然而，由于工作环境的地面情况复杂，以及工作震动很大，导致液压支架的推进面不在同一平面，或者推进面相对于地面有一定倾角(非90度垂直)，然而在相关技术中，通常是采煤现场的工作人员判断工作面液压支架是否存在于同一平面，若判断不在同一平面时，工作人员手动调节液压支架，这样由于人工调整存在的误差一方面导致调节精度不准确，另一方面导致调节液压支架的效率较低。

发明内容

本申请提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统和方法，以解决由于人工手动调节液压支架存在的调节精度不准确和调节液压支架的效率较低的问题。

本申请解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，包括若干设置有推进杆的液压支架，每个所述推进杆的一端连接有推进板，每隔N个所述液压支架在所述液压支架的推进杆上设置一个雷达；

所述雷达用于检测所述推进板至设置有雷达的液压支架之间的距离。

可选的，所述雷达包括：激光雷达或毫米波雷达，所述雷达的频率为15GHz。

可选的，所述液压支架上设置气体检测器，所述气体检测器的设置数量与所述雷达数量一致。

可选的，所述每隔N个所述液压支架在所述液压支架的推进杆上设置一个雷达，包括每隔2个所述液压支架在所述液压支架的推进杆上设置一个雷达。

可选的，每个所述推进板面向所述雷达的一侧设置有角反射器。

煤矿综采工作面开采直线度的控制方法，包括以下步骤：

获取雷达与综采工作面上一个推进板在一条直线上不同点之间的距离；

根据所述距离判断所述推进板是否与垂直地面的直线存在倾角；

若无倾角，则根据雷达与其它各推进板的最短距离，确定各推进板是否在同一平面；若有倾角，则对推进板进行倾角调整；

确定各推进板是否在同一平面，若在同一平面，则确定推进板工作正常，否则，对未处于同一平面的推进板进行调整，确保各个推进板处于同一平面中。

可选的，所述方法还包括：

所述雷达之间存在覆盖重叠的推进板，对所述推进板进行重复测距，用于通过同一推进板对两个雷达的位置进行校准。

可选的，所述方法还包括：

获取推进板的实时推进速度，从而获取所述推进板是否推进了预设距离。

可选的，所述方法还包括：

通过雷达向基准板发送垂直直线，获得雷达与基准板的垂直距离，所述基准板为设置在所述液压支架最侧边雷达的侧面的辅助测量装置；

通过所述垂直距离计算获得推进板的移动距离。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

本申请提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统和方法，该系统包括若干设置有推进杆的液压支架，每个所述推进杆的一端连接有推进板，每隔N个所述液压支架在所述液压支架的推进杆上设置一个雷达，所述雷达用于检测所述推进板至设置有雷达的液压支架之间的距离。通过雷达的检测可以确定出各推进板是否处于同一条直线上，以及该推进板是否与垂直地面的直线存在倾角，角反射器可以增强雷达的反射能力和强度。本申请提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，结构简单，操作方便，基于雷达技术使得测量精度准确，解决了传统技术中由于人工手动调节液压支架存在的调节精度不准确和调节液压支架的效率较低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统结构示意图；

图2为本申请实施例提供的直线度检测方法示意图；

图3为本申请实施例提供的直线度检测方法辅助示意图；

图4为本申请实施例提供的倾角检测方法示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种直线度检测方法示意图；

图6为雷达测量的基本原理示意图；

图7为雷达系统采用的调频波形示意图。

附图标记说明：

1-推进杆，2-液压支架，3-推进板，4-雷达，5-角反射器，6-气体检测器，41-第一激光雷达，42-第二激光雷达。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请参考附图1，附图1为本申请实施例提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，包括若干设置有推进杆1的液压支架2，每个所述推进杆1的一端连接有推进板3，每隔N个所述液压支架2在所述液压支架2的推进杆1上设置一个雷达4，所述雷达4用于检测所述推进板3至设置有雷达4的液压支架2之间的距离；

每个所述推进板3面向所述雷达4的一侧设置有角反射器5。

本申请实施例提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，通过雷达4的检测可以确定出各推进板3是否处于同一条直线上，以及该推进板3是否与垂直地面的直线存在倾角，角反射器5可以增强雷达4的反射能力和强度。本申请实施例提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，结构简单，操作方便，基于雷达技术使得测量精度准确，解决了传统技术中由于人工手动调节液压支架存在的调节精度不准确和调节液压支架的效率较低的问题。

进一步的，雷达4装置包括不同的类型，可以根据不同的分类形式进行分类，按照雷达信号形式分类，有脉冲雷达、连续波雷达、脉部压缩雷达和频率捷变雷达等，按照角跟踪方式分类，有单脉冲雷达、圆锥扫描雷达和隐蔽圆锥扫描雷达等，按照目标测量的参数分类，有测高雷达、二坐标雷达、三坐标雷达和敌我识对雷达、多站雷达等，按照雷达采用的技术和信号处理的方式有相参积累和非相参积累、动目标显示、动目标检测、脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪雷达，按照天线扫描方式分类，分为机械扫描雷达、相控阵雷达等；按雷达频段分，可分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。而本申请实施例中采用的雷达4包括：激光雷达或毫米波雷达，激光雷达和毫米波雷达更能满足，技术所处条件如高电磁干扰、高湿度、高粉尘、空间狭小、防爆本安要求下的用目的，包括短距离、高精度、多线测量等。具体在使用中可以根据实际测量需求进行选择，本申请实施例中不做具体限定。

进一步的，所述雷达4的频率为15GHz，由于井下设备有防爆本质安全的要求，在此频率下的功率能够支持本质安全型电气元件设计。

进一步的，所述液压支架2上设置气体检测器6，以确定粉尘是否超过预设值，若超过预设值，则采用毫米波雷达测距，否则采用激光雷达测距。

进一步的，所述每隔N个所述液压支架2在所述液压支架2的推进杆1上设置一个雷达4，包括每隔2个所述液压支架2在所述液压支架2的推进杆1上设置一个雷达4，间隔两个液压支架2，可以使得两个雷达4之间存在覆盖重叠的推进板3，即重复测距的推进板3，以通过同一推进板3对两个雷达4的位置进行校准。

本申请实施例中还介绍了一种煤矿综采工作面开采直线度的控制方法，包括以下步骤：

获取雷达与综采工作面上一个推进板在一条直线上不同点之间的距离；

根据所述距离判断所述推进板是否与垂直地面的直线存在倾角；

若无倾角，则根据雷达与其它各推进板的最短距离，确定各推进板是否在同一平面；若有倾角，则对推进板进行倾角调整；

确定各推进板是否在同一平面，若在同一平面，则确定推进板工作正常，否则，对未处于同一平面的推进板进行调整，确保各个推进板处于同一平面中。

可选的，所述方法还包括：

所述雷达之间存在覆盖重叠的推进板，对所述推进板进行重复测距，用于通过同一推进板对两个雷达的位置进行校准。

可选的，所述方法还包括：

获取推进板的实时推进速度，从而获取所述推进板是否推进了预设距离。

可选的，所述方法还包括：

通过雷达向基准板发送垂直直线，获得雷达与基准板的垂直距离，所述基准板为设置在所述液压支架最侧边雷达的侧面的辅助测量装置；

通过所述垂直距离计算获得推进板的移动距离。

为了便于本领域技术人员对本技术方案的进一步理解，本申请实施例还提供了具体基于本申请技术方案提供的具体检测方法。

实施例1

如图1所示，在每间隔2个推进杆1设置一个雷达4，同时，每个推进板3面向雷达4的一侧设置有角反射器5，其中，为了避免震动影响，也可以将雷达4安装在独立的避震平台上，并且，雷达4尽量工作在低频率段，优选的，该雷达4的频率为15GHz，以实现防止地下高湿度高粉尘对激光雷达测距的影响。

在液压支架2上设置气体检测器6，气体检测器6的设置数量与雷达4数量一致，气体检测器6可以确定粉尘是否超过预设值，若超过预设值，则采用毫米波雷达测距，否则采用激光雷达测距。

基于上述装置，首先获得雷达4与一个推进板3在一条直线(例如，垂直于地面的直线)上不同点之间的距离，从而获得该推进板3是否与垂直地面的直线存在倾角，若无倾角，则根据雷达4与各推进板3的最短距离，确定各推进板3是否在同一平面；若有倾角，则对推进板3进行倾角调整。

进一步的，确定各推进板3是否在同一平面，若在同一平面，则确定推进板3工作正常；否则，对没有在同一平面的推进板3进行调整，以实现该推进板3处于该同一平面中。

具体检测方法如下：

(1)测直线度

选择雷达4为四线激光雷达，该四线激光雷达可以同时向同一推进板3的4个不同点发送激光，每束激光的角度固定，在获得雷达与推进板3的4个点的距离之后，再向该推进板3的相邻推进板3进行测距，从而获得雷达4与一组推进板3的距离。

具体的，如图2所示，采用两组四线激光雷达即第一激光雷达41和第二激光雷达42，判定1-5号推进板组和5-9号推进板组是否在一个水平面上，其中，每个四线激光雷达的测量范围是，一个雷达匹配5个液压支架和5个推进板。两组四线激光雷达的重叠测量挡板为第5个液压支架对应的5号推进板，第一激光雷达41测量1-5号推进板至第3个液压支架的距离，判定1-5号推进板是否在一水平面上；第二激光雷达42测量5-9号推进板至第7个液压支架的距离，判定5-9号推进板是否在一水平面上；第一激光雷达41和第二激光雷达42同时测量第5个液压支架到5号推进板之间的距离，以及第一激光雷达41和第二激光雷达42分别测量第3个液压支架至3号推进板的距离、第7个液压支架至7号推进板的距离，从而判定1-5号推进板组和5-9号推进板组是否在一个水平面上。结合图3所示，将dx设置为第1个推进板推进的距离，d为初始状态时1号推进板到第一激光雷达41中心点的距离，该值可以通过第二激光雷达42向5号推进板发送垂直于5号推进板的激光获得。D1为第二激光雷达42测量的第二激光雷达42与1号推进板之间的距离。根据以下公式一可以获得推进的距离dx：

dx＝D1sin(a)-d

1-5号推进板组1号推进板推进前，利用第二激光雷达42进行测量，1-5号推进板组1号推进板推进后再利用第二激光雷达42进行精度校准。校准完成，第一激光雷达41通过扫描推进板进行自我定位确定位置。在进行5-9号推进板组5号推进板推进过程中利用第一激光雷达41进行测量校准。

(2)测倾角方法

如图4所示，角度B为要求的俯仰角，角度A为雷达4水平扫描角度，角度C为雷达4垂直扫描角度。

则有理论公式：

tanB＝(d1cos(A)-d4cos(C)cos(A))/d4sin(C)

B＝arctan((d1cos(A)-d4cos(C)cos(A))/d4sin(C))。

其中，d1，d2，d3，d4分别为雷达到推进板3上不同测量点之间的距离，由此可以测量出推进板3的倾角角度。

实施例2

如图4所示，在液压支架2的推进杆1上设置用于测距的雷达4，例如，激光雷达，和/或毫米波雷达，同时，在采煤液压支架2最侧边雷达4的侧面设置一基准板，其中，为了避免震动影响，可以将雷达安装在独立的避震平台上，并且，雷达4尽可能工作在低频率段，优选的，该雷达4频率为15GHz，以实现防止地下高湿度高粉尘对激光雷达测距的影响。

进一步的，两个雷达4之间存在重复测距的推进板3，以通过同一推进板3对两个雷达4的位置进行校准。

基于上述提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统的基础上，首先获得雷达4与一个推进板3在垂直于地面的直线上不同点之间的距离，从而获得该推进板3是否与垂直地面的直线存在倾角，若无倾角，则根据雷达4与各推进板3的最短距离，确定各推进板3是否在同一平面；若有倾角，则对推进板3进行倾角调整。

进一步的，确定各推进板3是否在同一平面，若在同一平面，则确定推进板3工作正常；否则，对未处于同一平面的推进板3进行调整，以实现该推进板3处于该同一平面中。

(1)测直线度

如图5所示，初始时，雷达n向基准板第一位置发送第一垂直直线，获得雷达n与基准板的垂直距离，即第一距离，推进板移动后，雷达n向基准板第一位置发送激光，获得雷达n与基准板第一位置之间的第二距离，通过第一距离与第二距离，获得推进板移动距离dx。

进一步的，以雷达n为基准依次推算其余雷达的位置，举例来讲，第n-1推进板移动后，雷达n测量与第n-1推进板之间的实际距离，若该实际距离与预设距离相等，则确定第n-1推进板移动了距离dx。

(2)测倾角方法

测倾角方法与实施例1中测倾角方法相同，在此不再赘述。

在上述各实施例的基础上，在推进板3推进的过程中，还可以获取推进板3的实时推进速度，从而获得该推进板3是否推进了预设距离。

上述实施例中，雷达可以为毫米波雷达，或激光雷达：

如图6所示，为雷达测量的基本原理，雷达通过发射调制好的波，与接收到经过目标反射的回波，进行混频。由待测目标与雷达系统路之间的路程差与速度差导致的多普勒效应，使混频后的中频信号包含待测目标的距离与速度多普勒。将其解耦，即可得到待测目标的径向距离与径向分速度。

本雷达系统采用线性调频的毫米波雷达，即雷达载频在毫米波频段，并采用线性调频的模式对发射波进行调频。

本雷达系统采用的调频波形如上图所示。其基本原理为:

假设雷达发射波形为

其瞬时相位

定义为

接收波形为

接收波形的是瞬时相位

定义为

假设目标的径向距离为R，径向速度为V，其时间延迟为τ，则

雷达系统接收到的中频信号S_IF为

所以，

在上述波形(快速锯齿波)可以描述为，

对其中第K个锯齿波T_chirp，

t_K＝t-KT_chirp t_K∈[0，T_chirp] 10

将9、10带入2中，可以得到

将4，10带入7中，可以得到

由于

所以12中最后一项是可以被省略的。

将5带入11，可以得到

所以，

对中频信号S_IF的傅里叶变换，有

通过傅里叶变换，可以得到目标的距离多普勒。但是其实际距离被目标速度所干扰。如果需要得到目标精确的距离值，需要进行速度修正。

通过17，可以得到关于K的函数—频谱X_(ω，K)，其相位

随K变化。所以，将其视为一离散函数，对其再进行傅里叶变换：

这样可以得到其速度多普勒，称之为2D-FFT。

目标的方位信息，通过采用多个接收天线的方式进行测量。由于不同接收天线的空间位置不同，目标回波的路程差(相位)是有差异的。通过对差异进行计算，可以对目标方位进行测量。

目标经过距离与速度解算后，可以得到目标的相位信息。通道间的相位差Δφ与雷达的波达角θ的关系如公式所示。式中，λ为雷达波长，d为天线间距。

通过23通道和13通道间的比相

式中，Δφ′₁₃为计算得到的13通道的相位差，Δφ₂₃为测得的23通道相位差，d₁₃为13天线间距，d₂₃为23天线间距。

在实际处理时，由于相位按照2π为单位进行翻转，可根据23和13通道的天线间距来确定Δφ₂₃和Δφ₁₃的卷绕范围，从而得到满足相位范围的测量的Δφ₁₃和计算得到的Δφ′₁₃的可能解。

当Δφ₁₃与Δφ′₁₃的相位差在一定的误差之内，认为解角正确，并基于13通道的相位差来计算波达角。

基本的计算公式为：

本申请实施例提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统和方法，该系统包括若干设置有推进杆1的液压支架2，每个所述推进杆1的一端连接有推进板3，每隔N个所述液压支架2在所述液压支架2的推进杆1上设置一个雷达4；每个所述推进板3面向所述雷达4的一侧设置有角反射器5；通过雷达4的检测可以确定出各推进板3是否处于同一条直线上，以及该推进板3是否与垂直地面的直线存在倾角，角反射器5可以增强雷达4的反射能力和强度。本申请实施例提供的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，结构简单，操作方便，基于雷达技术使得测量精度准确，解决了传统技术中由于人工手动调节液压支架存在的调节精度不准确和调节液压支架的效率较低的问题。

需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，其特征在于，包括若干设置有推进杆的液压支架，每个所述推进杆的一端连接有推进板，每隔N个所述液压支架在所述液压支架的推进杆上设置一个雷达；

所述雷达用于检测所述推进板至设置有雷达的液压支架之间的距离。

2.根据权利要求1所述的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，其特征在于，所述雷达包括：激光雷达或毫米波雷达，所述雷达的频率为15GHz。

3.根据权利要求1所述的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，其特征在于，所述液压支架上设置气体检测器，所述气体检测器的设置数量与所述雷达数量一致。

4.根据权利要求1所述的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，其特征在于，所述每隔N个所述液压支架在所述液压支架的推进杆上设置一个雷达，包括每隔2个所述液压支架在所述液压支架的推进杆上设置一个雷达。

5.根据权利要求1所述的煤矿综采工作面开采直线度的控制系统，其特征在于，每个所述推进板面向所述雷达的一侧设置有角反射器。

6.煤矿综采工作面开采直线度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取雷达与综采工作面上一个推进板在一条直线上不同点之间的距离；

根据所述距离判断所述推进板是否与垂直地面的直线存在倾角；

若无倾角，则根据雷达与其它各推进板的最短距离，确定各推进板是否在同一平面；若有倾角，则对推进板进行倾角调整；

确定各推进板是否在同一平面，若在同一平面，则确定推进板工作正常，否则，对未处于同一平面的推进板进行调整，确保各个推进板处于同一平面中。

7.根据权利要求6所述的煤矿综采工作面开采直线度的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述雷达之间存在覆盖重叠的推进板，对所述推进板进行重复测距，用于通过同一推进板对两个雷达的位置进行校准。

8.根据权利要求6所述的煤矿综采工作面开采直线度的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取推进板的实时推进速度，从而获取所述推进板是否推进了预设距离。

9.根据权利要求6所述的煤矿综采工作面开采直线度的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过雷达向基准板发送垂直直线，获得雷达与基准板的垂直距离，所述基准板为设置在所述液压支架最侧边雷达的侧面的辅助测量装置；

通过所述垂直距离计算获得推进板的移动距离。

Images