CN113008311A - 煤矿综采工作面推进度检测系统及检测方法 - Google Patents

煤矿综采工作面推进度检测系统及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矿综采工作面推进度检测系统及其检测方法，包括安装在采煤机上的红外发射装置、采煤机和刮板运输机上的电流检测装置、采煤机第一级行星太阳轮端头部位的轴编码器，和安装在每台液压支架上的支架控制器、支架立柱上的压力传感器和红外接收装置、支架底座上的位移传感器，以及顺槽集控中心的主控计算机；主控计算机通过将轴编码器和红外接收装置采集的数据进行分析，将轴编码器的细准焦测量数据和红外接收装置的粗准焦测量数据进行综合，实现对所述采煤机的准确定位。本发明通过将采集得到的工作面数据经支架控制器传输主控计算机，从而获取工作面推进过程中各设备的位置信息，进而实现采煤过程中工作面推进度的自动统计。

Description

煤矿综采工作面推进度检测系统及检测方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下综采工作面，尤其是涉及煤矿综采工作面推进度检测系统及检测方法。
背景技术
煤矿井下综采工作面由多台液压支架沿着煤壁依次排列而成，其中液压支架通过底座的推移千斤顶与刮板运输机相连，二者互为支点完成推溜和移架操作，进而完成整个综采工作面的推进。综采工作面推进速度的快慢有效反映了采煤能力和开采效率，因此，准确检测综采工作面的推进距离，有助于生产人员及时了解综采工作面的推进情况，对减少煤矿井下操作人员工作量，提高生产效率具有重要意义，也为生产计划的制定提供重要参考依据。
目前对综采工作面的推进距离检测，是通过在采煤机上安装传感器来进行检测。但是在实际应用过程中，由于煤矿井下环境复杂易对检测信号产生干扰，检测信号稳定性较差，造成综采工作面推进度的检测准确度较低。
发明内容
本发明目的在于提供一种煤矿综采工作面推进度检测系统，本发明另一目的是提供该检测系统的监测方法。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述煤矿综采工作面推进度检测系统，包括安装在采煤机上的红外发射装置、所述采煤机和刮板运输机上的电流检测装置、采煤机第一级行星太阳轮端头部位的轴编码器，和安装在每台液压支架上的支架控制器、支架立柱上的压力传感器和红外接收装置、支架底座上的位移传感器，以及顺槽集控中心的主控计算机；
所述红外接收装置，用于接收所述红外发射装置发送的红外信号，以确定所述液压支架编号，并对采煤机进行粗准焦测量定位；
所述轴编码器，用于利用脉冲数和齿轮传动比计算采煤机行走距离；
所述电流检测装置，用于分别采集开采工作面推进过程中采煤机和刮板运输机的工作电流数据；
所述压力传感器和位移传感器，用于分别采集所述液压支架顶板支撑压力数据和所述支架底座推移行程数据；
所述支架控制器，用于对红外接收装置、压力传感器和位移传感器所采集的数据进行处理，并实现对液压支架进行控制；
所述主控计算机，用于处理来自支架控制器、采煤机和刮板运输机发送的数据，并对接收的数据进行分析，从而获得开采工作面的推进度数据并进行统计。
优选地，各所述液压支架的所述红外接收装置、压力传感器和位移传感器的数据信号通过通讯电缆发送至对应的所述支架控制器，经支架控制器处理后将处理结果发送至所述主控计算机。
优选地，所述电流检测装置将采集的所述刮板运输机和所述采煤机的电流数据通过RS485通讯网络传至所述主控计算机。
优选地，所述主控计算机通过将所述轴编码器和红外接收装置所采集的数据进行分析，将轴编码器的细准焦测量数据和红外接收装置的粗准焦测量数据进行综合，实现对所述采煤机的准确定位。
本发明所述煤矿综采工作面推进度检测系统的检测方法，包括下述步骤：
步骤1，在开采工作面推进过程中，所述主控计算机通过实时接收所述轴编码器采集的数据，计算采煤机行走距离L:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
；
式中：
p为第一级行星太阳轮的齿轮传动比；
r为采煤机齿轨轮当量半径；
N为采煤机当前位置轴编码器的脉冲总数；
N为采煤机齿轨旋转一周编码器的脉冲数；
步骤2，在开采工作面推进过程中，主控计算机通过实时接收所述红外接收装置所采集的数据，确定采煤机所在位置对应的支架编号；
步骤3，主控计算机依据采煤机行走距离
Figure 234692DEST_PATH_IMAGE002
和采煤机当前所在位置对应的支架编号，确定出采煤机当前位于开采工作面的准确位置；
步骤4，通过安装在液压支架立柱上的压力传感器、底座推移千斤顶内的位移传感器，即可获取液压支架顶板压力以及液压支架推移状态；
步骤5，在液压支架跟机自动化操作中，当采煤机后滚筒经过后，位于所述后滚筒后方的液压支架将经历降柱泄压、移架、升柱和推溜动作，当压力传感器3-2检测到顶板压力减小的同时位移传感器值减小，此时判定该液压支架开始进行移架动作；
当采煤机空刀运行时，液压支架不进行推溜和移架操作，此时位移传感器获取的数据保持不变；同时，空载时采煤机和刮板运输机电流较小，当电流低于设定阈值时即判定采煤机空载；
步骤6，采煤机每刀切割深度的测量：
步骤6.1，设定工作面有n个液压支架，从工作面端头和端尾别选取三个液压支架计算推移量，即：所述工作面端头为第1号、第2号和第3号液压支架；所述工作面端尾为第n-2号、第n-1号和第n号液压支架；
步骤6.2，当采煤机自工作面端头向工作面端尾方向行进时，计算第1~3号液压支架的推移量并求取平均值作为当前采煤机割刀的切割深度，对工作面的推进度进行实时统计；然后计算第n-2号、第n-1号和第n号液压支架的推移量并求取平均值作为当前采煤机割刀的切割深度；通过求取所述
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 450035DEST_PATH_IMAGE004
的平均值作为整个工作面的切割深度并进行存储；
步骤6.3，当采煤机自工作面端尾向工作面端头方向行进时，计算第n号、第n-1号和第n-2号液压支架的推移量并求取平均值b1作为当前采煤机割刀的切割深度；然后 计算第3~1号液压支架的推移量并求取平均值a1作为当前采煤机割刀的切割深度，对工作面的推进度进行实时统计；然后通过求取所述a1和b1的平均值作为整个工作面的切割深度并进行存储；
由于支架推移千斤顶与刮板运输机连接环扣间存在间隙宽度，在进行推移操作时位移传感器的测量值应减去该间隙宽度值消除误差，从而获取准确的液压支架推移量；当采煤机位置和每刀切割深度已知的情况下，即可实时对工作面推进度进行统计。
本发明通过将采集得到的工作面数据经支架控制器传输主控计算机，利用大数据方法对采集的数据进行分析，从而获取工作面推进过程中各设备的位置信息，进而实现采煤过程中工作面推进度的自动统计。
附图说明
图1是本发明所述刮板运输机、液压支架和采煤机布置在工作面的示意图。
图2是本发明所述红外接收装置、压力传感器和位移传感器安装在液压支架上的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1、2所示，本发明所述的煤矿综采工作面推进度检测系统，包括安装在采煤机2上的红外发射装置、采煤机2和刮板运输机1上的电流检测装置1.1、采煤机2第一级行星太阳轮端头部位的轴编码器，和安装在每台液压支架3上的支架控制器、支架立柱上的压力传感器3.2和红外接收装置3.1、支架底座上的位移传感器3.3，以及顺槽集控中心的主控计算机；
红外接收装置3.1，用于接收采煤机2上红外发射装置发送的红外信号，以确定液压支架编号，并对采煤机2进行粗准焦测量定位；
轴编码器，用于利用脉冲数和齿轮传动比计算采煤机2行走距离；
电流检测装置1.1，用于分别采集开采工作面推进过程中采煤机2和刮板运输机1的工作电流数据；
压力传感器3.2和位移传感器3.3，用于分别采集液压支架顶板支撑压力数据和支架底座推移行程数据；
支架控制器，用于对红外接收装置3.1、压力传感器3.2和位移传感器3.3采集的数据进行处理，并实现对相应液压支架进行控制；
主控计算机，用于处理来自支架控制器、采煤机2和刮板运输机1发送的数据，并对接收的数据进行分析，从而获得开采工作面的推进度数据并进行统计。
各液压支架的红外接收装置3.1、压力传感器3.2和位移传感器3.3的数据信号通过通讯电缆发送至对应的支架控制器，经支架控制器处理后将处理结果发送至主控计算机。
电流检测装置1.1将采集的刮板运输机1和采煤机2的电流数据通过RS485通讯网络传至主控计算机。
主控计算机通过将轴编码器和红外接收装置3.1采集的数据进行分析，将轴编码器的细准焦测量数据和红外接收装置3.1的粗准焦测量数据进行综合，实现对采煤机的准确定位。
本发明所述煤矿综采工作面推进度检测系统的检测方法，包括下述步骤：
步骤1，在开采工作面推进过程中，主控计算机通过实时接收轴编码器采集的数据，计算采煤机2行走距离L:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
;
式中：
p为第一级行星太阳轮的齿轮传动比；
r为采煤机齿轨轮当量半径；
N为采煤机当前位置轴编码器的脉冲总数；
N为采煤机齿轨旋转一周编码器的脉冲数；
步骤2，在开采工作面推进过程中，主控计算机通过实时接收红外接收装置3.1采集的数据，确定采煤机2所在位置对应的支架编号；
步骤3，主控计算机依据采煤机2行走距离
Figure 636297DEST_PATH_IMAGE006
和采煤机2当前所在位置对应的支架编号
Figure DEST_PATH_IMAGE007
计算支架编号误差
Figure 906872DEST_PATH_IMAGE008
和行走距离误差
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，当二者误差大于一定阈值时，对动态调节因子进行更新，权衡二者的误差值，进而确定出采煤机2当前位于开采工作面的准确位置；
步骤4，参见图2，通过安装在液压支架立柱上的压力传感器3.2、底座推移千斤顶内的位移传感器3.3，即可获取液压支架顶板压力以及液压支架推移状态；煤矿井下环境复杂多变，信号的传输容易受到干扰，当主控计算机无法通过上述方法获取采煤机位置时，可通过对液压支架状态分析计算采煤机位置；
步骤5，参见图1在液压支架跟机自动化操作中，当采煤机2后滚筒经过后，位于后滚筒后方的液压支架将经历降柱泄压、移架、升柱和推溜动作，当压力传感器3.2检测到顶板压力减小的同时位移传感器3.3值减小，此时判定该液压支架开始进行移架动作；通常采煤机2约为十个液压支架长度，动作的液压支架和后滚筒间隔一个液压支架，当已知动作的液压支架编号时，据此信息计算出此时采煤机2所对应的支架编号，进而计算出采煤机的位置；
当采煤机2空刀运行时，液压支架不进行推溜和移架操作，此时位移传感器3.3获取的数据保持不变；同时，空载时采煤机2和刮板运输机1电流较小，当电流低于设定阈值时即判定采煤机空载；
步骤6，采煤机每刀切割深度的测量：
步骤6.1，参见图1，设定工作面有100个液压支架，从工作面端头和端尾别选取三个液压支架计算推移量，即：工作面端头为第1号、第2号和第3号液压支架；工作面端尾为第98号、第99号和第100号液压支架；
步骤6.2，当采煤机自工作面端头向工作面端尾方向行进时，计算第1~3号液压支架的推移量并求取平均值
Figure 116050DEST_PATH_IMAGE010
作为当前采煤机割刀的切割深度，对工作面的推进度进行实时统计；然后计算第98号、第99号和第100号液压支架的推移量并求取平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE011
作为当前采煤机割刀的切割深度；通过求取所述和的平均值作为整个工作面的切割深度并进行存储；
步骤6.3，当采煤机2自工作面端尾向工作面端头方向行进时，计算第100号、第99号和第98号液压支架的推移量并求取平均值b1作为当前采煤机割刀的切割深度；然后 计算第3~1号液压支架的推移量并求取平均值a1作为当前采煤机割刀的切割深度，对工作面的推进度进行实时统计；然后通过求取所述a1和b1的平均值作为整个工作面的切割深度并进行存储；
由于支架推移千斤顶与刮板运输机连接环扣间存在间隙宽度，在进行推移操作时位移传感器的测量值应减去该间隙宽度值消除误差，从而获取准确的液压支架推移量；当采煤机位置和每刀切割深度已知的情况下，即可实时对工作面推进度进行统计。

Claims (5)

1.一种煤矿综采工作面推进度检测系统，其特征在于：包括安装在采煤机上的红外发射装置、所述采煤机和刮板运输机上的电流检测装置、采煤机第一级行星太阳轮端头部位的轴编码器，和安装在每台液压支架上的支架控制器、支架立柱上的压力传感器和红外接收装置、支架底座上的位移传感器，以及顺槽集控中心的主控计算机；
所述红外接收装置，用于接收所述红外发射装置发送的红外信号，以确定所述液压支架编号，并对采煤机进行粗准焦测量定位；
所述轴编码器，用于利用脉冲数和齿轮传动比计算采煤机行走距离；
所述电流检测装置，用于分别采集开采工作面推进过程中采煤机和刮板运输机的工作电流数据；
所述压力传感器和位移传感器，用于分别采集所述液压支架顶板支撑压力数据和所述支架底座推移行程数据；
所述支架控制器，用于对红外接收装置、压力传感器和位移传感器所采集的数据进行处理，并实现对液压支架进行控制；
所述主控计算机，用于处理来自支架控制器、采煤机和刮板运输机发送的数据，并对接收的数据进行分析，从而获得开采工作面的推进度数据并进行统计。
2.根据权利要求1所述的煤矿综采工作面推进度检测系统，其特征在于：各所述液压支架的所述红外接收装置、压力传感器和位移传感器的数据信号通过通讯电缆发送至对应的所述支架控制器，经支架控制器处理后将处理结果发送至所述主控计算机。
3.根据权利要求1或2所述的煤矿综采工作面推进度检测系统，其特征在于：所述电流检测装置将采集的所述刮板运输机和所述采煤机的电流数据通过RS485通讯网络传至所述主控计算机。
4.根据权利要求1或2所述的煤矿综采工作面推进度检测系统，其特征在于：所述主控计算机通过将所述轴编码器和红外接收装置所采集的数据进行分析，将轴编码器的细准焦测量数据和红外接收装置的粗准焦测量数据进行综合，实现对所述采煤机的准确定位。
5.一种权利要求1所述煤矿综采工作面推进度检测系统的检测方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤1，在开采工作面推进过程中，所述主控计算机通过实时接收所述轴编码器采集的数据，计算采煤机行走距离L:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
;
式中：
p为第一级行星太阳轮的齿轮传动比；
r为采煤机齿轨轮当量半径；
N为采煤机当前位置轴编码器的脉冲总数；
N为采煤机齿轨旋转一周编码器的脉冲数；
步骤2，在开采工作面推进过程中，主控计算机通过实时接收所述红外接收装置所采集的数据，确定采煤机所在位置对应的支架编号；
步骤3，主控计算机依据采煤机行走距离
Figure DEST_PATH_IMAGE003
和采煤机当前所在位置对应的支架编号，确定出采煤机当前位于开采工作面的准确位置；
步骤4，通过安装在液压支架立柱上的压力传感器、底座推移千斤顶内的位移传感器，即可获取液压支架顶板压力以及液压支架推移状态；
步骤5，在液压支架跟机自动化操作中，当采煤机后滚筒经过后，位于所述后滚筒后方的液压支架将经历降柱泄压、移架、升柱和推溜动作，当压力传感器3-2检测到顶板压力减小的同时位移传感器值减小，此时判定该液压支架开始进行移架动作；
当采煤机空刀运行时，液压支架不进行推溜和移架操作，此时位移传感器获取的数据保持不变；同时，空载时采煤机和刮板运输机电流较小，当电流低于设定阈值时即判定采煤机空载；
步骤6，采煤机每刀切割深度的测量：
步骤6.1，设定工作面有n个液压支架，从工作面端头和端尾别选取三个液压支架计算推移量，即：所述工作面端头为第1号、第2号和第3号液压支架；所述工作面端尾为第n-2号、第n-1号和第n号液压支架；
步骤6.2，当采煤机自工作面端头向工作面端尾方向行进时，计算第1~3号液压支架的推移量并求取平均值作为当前采煤机割刀的切割深度，对工作面的推进度进行实时统计；然后计算第n-2号、第n-1号和第n号液压支架的推移量并求取平均值作为当前采煤机割刀的切割深度；通过求取所述
Figure 79159DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure DEST_PATH_IMAGE005
的平均值作为整个工作面的切割深度并进行存储；
步骤6.3，当采煤机自工作面端尾向工作面端头方向行进时，计算第n号、第n-1号和第n-2号液压支架的推移量并求取平均值b1作为当前采煤机割刀的切割深度；然后 计算第3~1号液压支架的推移量并求取平均值a1作为当前采煤机割刀的切割深度，对工作面的推进度进行实时统计；然后通过求取所述a1和b1的平均值作为整个工作面的切割深度并进行存储；
由于支架推移千斤顶与刮板运输机连接环扣间存在间隙宽度，在进行推移操作时位移传感器的测量值应减去该间隙宽度值消除误差，从而获取准确的液压支架推移量；当采煤机位置和每刀切割深度已知的情况下，即可实时对工作面推进度进行统计。
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