CN112814678A - 一种矿井综采工作面智能化放顶煤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井综采工作面智能化放顶煤方法，包括：1)在液压支架的护帮板侧部安装透地雷达，测量顶煤厚度作为放煤量基准；在液压支架的掩护梁侧部靠近顶梁后端处安装三维雷达，通过三维雷达测得未放落顶煤厚度；将未放落顶煤厚度与放煤前的放煤量基准进行比对得到放煤率；2)在液压支架的掩护梁下方安装高清摄像机，通过高清摄像机获得放落于刮板输送机上的煤矸石灰度图像；3)液压支架的电液控制器根据放煤率和整幅图像灰度卷积控制液压支架的尾梁摆动调整放煤口的大小及关闭放煤口。本发明优化平衡了回采率和煤质，能够达到解放现场人工到安全和条件好的巷道或地面监控中心，缩短开采时间。
Description
技术领域
本发明涉及矿井采煤技术领域，特别涉及一种矿井综采工作面开采过程中放顶煤开采方法。
背景技术
目前综采放煤工艺采用手动或电液控制方式，由于缺乏煤岩识别技术手段，放煤过程需要现场人工观察和操作，不能实现自动化放煤。
由于综放比综采生产时工作面的粉尘更大，放煤操作环境条件恶劣，生产现场靠人工目测和听觉观察煤矸放落过程，煤矸识别难度大，智能化放煤控制关键技术与装备未取得突破，导致放煤智能化程度偏低，资源回收率和煤质难以保证。
放煤机构精准控制是综放开采放煤智能化的关键环节，是提高开采效率和质量的关键点，同时也是制约综放工作面实现智能化和无人化的技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种矿井综采工作面智能化放顶煤方法，以解决放顶煤开采条件下精确控制放煤过程的问题，做到随放随探，保证回采率和煤质的优化平衡。
本发明矿井综采工作面智能化放顶煤方法，包括：
1)在液压支架的护帮板侧部安装透地雷达，测量顶煤厚度作为放煤量基准；
在液压支架的掩护梁侧部靠近顶梁后端处安装三维雷达，通过三维雷达对液压支架的掩护梁上部空间进行三维扫描，得到未放落顶煤厚度；
将未放落顶煤厚度与放煤前的放煤量基准进行比对得到放煤率；
2)在液压支架的掩护梁下方安装高清摄像机，通过高清摄像机获得放落于刮板输送机上的煤矸石灰度图像，通过以下公式计算整幅图像灰度卷积：
式中：Gi为放落煤岩图像像素点灰度值，Gp为整幅图像灰度卷积；
3)液压支架的电液控制器根据放煤率和整幅图像灰度卷积控制液压支架的尾梁摆动调整放煤口的大小，在放煤率和整幅图像灰度卷积均到达设定的阈值范围时，电液控制器控制液压支架的尾梁摆动关闭放煤口。
本发明的有益效果：
本发明矿井综采工作面智能化放顶煤方法，其通过综合监测放煤率和落于刮板上的煤矸石灰度图像的图像灰度卷积，来实时控制放煤口的大小及关闭，优化平衡了回采率和煤质。并且本发明矿井综采工作面智能化放顶煤方法，能够达到解放现场人工到安全和条件好的巷道或地面监控中心，缩短开采时间。
附图说明
图1为设置于液压支架上的雷达及高清摄像头的监测状态示意图。
图2为三维坐标计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图所示，本实施例矿井综采工作面智能化放顶煤方法包括：
1)在液压支架的护帮板1侧部安装透地雷达2，测量顶煤厚度作为放煤量基准。在液压支架的掩护梁3侧部靠近顶梁4后端处安装三维雷达5，通过三维雷达对液压支架的掩护梁上部空间进行三维扫描，得到未放落顶煤厚度。将未放落顶煤厚度与放煤前的放煤量基准进行比对得到放煤率。
测量顶煤厚度可以采用超宽带雷达测量技术，能够兼顾煤层厚度和测量精度的要求。超宽带UWB(Ultra Wide Bandwidth)透地雷达的射频电路采用频段为0.9～5.5GHz的无线脉冲技术，能够达到探测煤层厚度3m以上、探测精度50mm的顶煤测量需求。
三维雷达可采用激光或毫米波信号，雷达扫描过程实质上是一台高速精确的测距仪，扫描未跨落煤层下表面，形成三维点云数据，经过运算得到剩余顶煤的体量信息。扫描后部放煤空间的三维雷达发出激光脉冲信号，经煤矸目标表面漫反射到雷达接收器，通过计算发送和接收的时间差ToF(Time of Flight) 乘以光速，然后除以2，就可以得到目标点P与激光雷达的距离S，采用扫描方式可以同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。如图2所示。
针对每个扫描点可测得雷达至扫描点的斜距，再配合扫描的水平和垂直方向角，可以得到每一扫描点与雷达的空间相对坐标，计算出每个扫描点三维坐标(式(1)～(3))。
XP＝Scosβcosα (1)
YP＝Scosβsinα (2)
ZP＝Scosβ (3)
在沿工作面布置的液压支架上间隔布置透地雷达及三维雷达，形成雷达群，利用工作面通信网络将雷达数据实时发送给监控主机，监控主机上运行雷达信号处理系统提取煤层厚度信息，计算得到放煤率，并实时发送给液压支架的电液控制器。
2)在液压支架的掩护梁下方安装高清摄像机6，通过高清摄像机获得放落于刮板输送机8上的煤矸石灰度图像，通过以下公式计算整幅图像灰度卷积：
式中：Gi为放落煤岩图像像素点灰度值，Gp为整幅图像灰度卷积。
为了减少放煤粉尘对摄像机清晰度的影响，可以在上邻液压支架放落的煤矸流到本架时，进行图像采集处理，一般支架宽度为1.75m，刮板输送机链速取1.3m/s，上邻液压支架放落的煤矸在1～2s后就会到达本架。高清摄像机将采集的图像数据实时发送给监控主机，监控主机上运行图像处理系统，计算整幅图像灰度卷积，并实时发送给液压支架的电液控制器。
3)液压支架的电液控制器根据放煤率和整幅图像灰度卷积控制液压支架的尾梁摆动调整放煤口的大小，在放煤率和整幅图像灰度卷积均到达设定的阈值范围时，电液控制器控制液压支架的尾梁7摆动关闭放煤口。
本实施例中矿井综采工作面智能化放顶煤方法，其通过综合监测放煤率和落于刮板上的煤矸石灰度图像的图像灰度卷积，来实时控制放煤口的大小及关闭，优化平衡了回采率和煤质。并且本发明矿井综采工作面智能化放顶煤方法，能够达到解放现场人工到安全和条件好的巷道或地面监控中心，缩短开采时间。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种矿井综采工作面智能化放顶煤方法，其特征在于：包括：
1)在液压支架的护帮板侧部安装透地雷达，测量顶煤厚度作为放煤量基准；
在液压支架的掩护梁侧部靠近顶梁后端处安装三维雷达，通过三维雷达对液压支架的掩护梁上部空间进行三维扫描，得到未放落顶煤厚度；
将未放落顶煤厚度与放煤前的放煤量基准进行比对得到放煤率；
2)在液压支架的掩护梁下方安装高清摄像机，通过高清摄像机获得放落于刮板输送机上的煤矸石灰度图像，通过以下公式计算整幅图像灰度卷积：
式中：Gi为放落煤岩图像像素点灰度值，Gp为整幅图像灰度卷积；
3)液压支架的电液控制器根据放煤率和整幅图像灰度卷积控制液压支架的尾梁摆动调整放煤口的大小，在放煤率和整幅图像灰度卷积均到达设定的阈值范围时，电液控制器控制液压支架的尾梁摆动关闭放煤口。
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