WO2014121645A1 - 采煤机煤岩实时监测识别装置及方法 - Google Patents

采煤机煤岩实时监测识别装置及方法 Download PDF

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童敏明
童紫原
唐守锋
贺新民
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中国矿业大学
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/24—Remote control specially adapted for machines for slitting or completely freeing the mineral

Definitions

  • the invention relates to a coal mining machine real-time monitoring and identification method and device for coal mining machine, and is particularly suitable for real-time monitoring and identification device and method for coal mining machine used in coal mining process of coal mining type coal mining machine.
  • the object of the invention is that the coal mining machine of the traditional planing mode can not automatically carry out the coal rock identification, solve the deficiencies of the prior art, and provide a coal mine rock real-time monitoring and identification device and method with simple structure and convenient operation. .
  • the coal mining machine real-time monitoring and identification device of the coal mining machine of the invention comprises a single-chip microcomputer, and an output end of the single-chip microcomputer is respectively connected with an alarm circuit, a display and an output circuit, and an input end of the single-chip microcomputer is connected with an A/D converter, A/ The input end of the D converter is respectively connected with four vibration sensors and one current sensor, and the four vibration sensors are uniformly arranged in a cross shape on the outer edge of the drill chuck of the shearer, and the axial alignment of the vibration sensor is aligned with the drill clamp. Center, the current sensor is connected in series to the driving motor power supply of the shearer.
  • the vibration sensor model is ZD24, and the A/D converter model is AD9212-40; the output circuit is a wireless output circuit, a serial output circuit or a bus output circuit.
  • a real-time monitoring and identification method for coal mining machine using the above device four vibration sensors are installed in a cross shape on a drill chuck of a shearer drill bit, and the current sensor is connected in series to the power supply of the shearer drive motor. After the coal machine bit is started, the four vibration sensors collect the lateral vibration information of the coal mining machine bit hitting the coal rock. After the collection, the information is sent to the single chip microcomputer for processing, and the current sensor detects the current amplitude information of the coal machine bit driving motor, and The amplitude of the collected current is sent to the single-chip microcomputer for processing.
  • the coal mine rock real-time monitoring and identification device and method of the same can monitor the situation that the drill bit of the drill-type shearer hits the coal rock through the vibration sensor disposed around the shoulder and the current sensor disposed on the power source. Not only can the drill bit be prevented from deviating from the vertical direction to provide information, but also the conditions for intelligent and automated control of the driller in the future. Determine whether the drill pipe is in contact with the coal rock by the increase of the driving current of the drill motor, and use the vibration sensor distributed around the drill clamp to judge the position of the drill bit contacting the coal rock, provide information for the control of the drill pipe, and realize the intelligent control of the drill shearer. .
  • the utility model has the advantages of simple structure, convenient operation and good use effect, and has wide practicality in the technical field.
  • FIG. 1 is a schematic structural view of a device of the present invention
  • Figure 2 is a schematic view showing the installation of a vibration sensor in the device of the present invention
  • Figure 3 is a diagram showing the position of the coal rock relative to the center of the drill bit of the present invention.
  • the coal mine coal rock real-time monitoring and identification device of the present invention is mainly composed of a vibration sensor 1 current sensor 2, an A/D converter 3, a single chip microcomputer 4, an alarm circuit 5, a display 6 and an output circuit 7.
  • the vibration sensor 1 is model ZD24
  • the A/D converter 3 model is AD9212-40
  • the output circuit 7 is a wireless output circuit, a serial output circuit or a bus output circuit, and the display is displayed.
  • the position pattern of the coal rock relative to the drill bit 8 is a liquid crystal display screen, and a 5-inch FRD-TFT5.0 liquid crystal screen is selected; wherein the output end of the single chip 4 is respectively connected with an alarm circuit 5, a display 6 and an output circuit 7, and the single chip microcomputer 4
  • the input end is connected with an A/D converter 3, and the input end of the A/D converter 3 is respectively connected with four vibration sensors 1 and one current sensor 2, and the four vibration sensors 1 are uniformly arranged in a cross shape.
  • the axial direction of the vibration sensor 1 is aligned with the center of the drill chuck 9, and the current sensor 2 is connected in series to the drive motor power supply of the shearer.
  • the four vibration sensors 1 are evenly distributed in a cross shape around the drill chuck 9 of the shearer, and the axial direction of the vibration sensor 1 is aligned with the center of the drill chuck 9.
  • Coal rock monitoring and judgment method First, the current sensor 2 detects the drill The current of the head drive motor is increased to judge that the drill bit 8 hits the coal rock, and then the position of the coal rock relative to the drill bit 8 is judged according to the vibration amplitudes of the four vibration sensors la, lb, lc, Id, when the vibration sensors la, lb, lc, If the output amplitude of Id is substantially equal, it is judged that the coal rock is located at the center of the drill bit 8; when the output amplitude of the vibration sensor la is greater than the output amplitude of the vibration sensor lc, it is judged that the coal rock is offset to the left with respect to the center of the drill bit 8; when the output of the vibration sensor la is If the amplitude is smaller than the output amplitude
  • the method for real-time monitoring and identification of coal mining coal of the present invention firstly installs four vibration sensors 1 in a cross shape on the drill clamp 9 of the shearer drill bit 8, and connects the current sensor 2 in series to the shearer drive motor power supply.
  • the four vibration sensors la, lb, lc, Id collect the lateral vibration information of the coal mining machine bit 8 hitting the coal rock, and after the acquisition, send the information to the single chip 4 for processing, the current sensor Detecting the current amplitude information of the coal drive bit driving motor, and transmitting the collected current amplitude to the single chip microcomputer 4, when the single chip microcomputer 4 receives the current sensor 1 and detects that the driving current signal of the bit motor is higher than the set normal value.
  • the single-chip microcomputer 4 judges that the drill pipe is in contact with the coal rock, the single-chip microcomputer 4 controls the alarm circuit 5 to alarm; when the information data of the four vibration sensors la, lb, lc, Id received by the single-chip microcomputer 4 are close, it indicates that the coal seam is at the drill bit 8 Directly forward, when the information data of the four vibration sensors la, lb, lc, Id received by the single chip microcomputer 4 are different, according to four The information data determines the state in which the drill bit 8 is in contact with the coal rock, as shown in FIG.
  • the single-chip microcomputer 4 transmits the determined bit 8 contact coal-rock state information.
  • the single chip microcomputer 4 outputs the determined bit 8 contact coal rock state information to the shearer control system through the output circuit 7, and provides information for the shearer control system to automatically adjust the drill pipe angle control.

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Abstract

一种采煤机煤岩实时监测识别装置及方法，适用于煤矿钻式采煤机采煤过程中使用。该装置由振动传感器（1）、电流传感器（2）、单片机（4）、报警电路（5）、显示器（6）和输出电路（7）构成。该监测识别方法是将四个振动传感器（1）均匀设置在采煤机钻夹周围，电流传感器检测采煤机钻头的驱动电机电流，通过钻头电机驱动电流的增大判断钻杆是否接触煤岩，利用钻夹周围分布的振动传感器判断钻头接触煤岩的位置，为钻杆的控制提供信息，实现钻式采煤机的智能化控制。该装置结构简单，操作方便，使用效果好。

Description

釆煤机煤岩实时监测识别装置及方法 技术领域
本发明涉及一种采煤机煤岩实时监测识别方法及装置，尤其适用于煤矿钻式采煤机采 煤过程中使用的采煤机煤岩实时监测识别装置及方法。
背景技术
钻式采煤机是目前为了适应薄煤层开采的新型采煤机， 钻式采煤中钻杆遇到坚硬煤 岩时会发生偏钻， 不仅容易损坏钻杆， 也会影响钻煤的深度。 此时往往需要采取纠偏控 制。 目前的方法是依靠矿工视觉判断钻杆碰到煤岩的情况， 当矿工发现钻杆钻到煤岩发 生偏钻时， 钻杆已经偏钻， 需要较长时间才能使钻杆重新对准垂直方向， 严重影响了产 生效率， 同时偏钻的钻头和夹具也会产生较大磨损。 因此， 迫切需要一种可以自动识别 钻头与煤层位置， 可以实现钻式采煤机的智能化和自动化控制的识别方法和装置。 发明内容
本发明的目的是针对传统刨采方式的采煤机无法自动进行煤岩识， 解决现有技术的 不足之处， 提供一种结构简单、 操作方便的采煤机煤岩实时监测识别装置及方法。
为实现上述目的， 本发明的采煤机煤岩实时监测识别装置它包括单片机， 单片机的 输出端分别连接有报警电路、 显示器和输出电路， 单片机的输入端连接有 A/D转换器， A/D 转换器的输入端分别连接有四个振动传感器和一个电流传感器， 所述的四个振动传 感器呈十字形均匀设置在采煤机的钻夹外缘上， 振动传感器的轴向对准钻夹中心， 所述 的电流传感器串联在采煤机的驱动电机电源上。
所述的振动传感器型号为 ZD24, 所述的 A/D转换器型号为 AD9212-40; 所述的输 出电路为无线输出电路、 串口输出电路或总线输出电路。
一种使用上述装置的采煤机煤岩实时监测识别方法： 将四个振动传感器呈十字形安 装在采煤机钻头的钻夹上， 并将电流传感器串联在采煤机驱动电机电源上， 采煤机钻头 启动后四个振动传感器对采煤机钻头碰到煤岩的横向振动信息进行采集， 采集后将信息 发送到单片机中处理， 电流传感器检测采集煤机钻头驱动电机的电流幅度信息， 并将采 集到的电流幅度发送到单片机中处理， 当单片机接收到电流传感器检测到钻头电机的驱 动电流信号高于设定的正常值时， 通过单片机判断出钻杆接触到煤岩， 单片机控制报警 电路报警； 当单片机接收的四个振动传感器的信息数据接近时， 表示煤层在钻头的正前 方， 当单片机接收的四个振动传感器的信息数据差别较大时， 可根据四个信息数据判断 出钻头接触煤岩的状态， 是偏左位置、 偏右位置、 偏上位置或是偏下位置， 单片机将判 断出的钻头接触煤岩状态信息发送到显示器， 同时单片机通过输出电路将判断出的钻头 接触煤岩状态信息输出至采煤机控制系统， 为采煤机控制系统自动调整钻杆角度的控制 提供信息。
有益效果： 本发明的采煤机煤岩实时监测识别装置及方法， 通过设置在肩头四周的 振动传感器和设在电源上的电流传感器可以实时监测钻式采煤机钻头碰到煤岩的情况， 不仅可以及时避免钻头偏离垂直方向的控制提供信息， 还可为今后钻式采煤机的智能化 和自动化控制创造条件。 通过钻头电机驱动电流的增大判断钻杆是否接触煤岩， 利用钻 夹周围分布的振动传感器判断钻头接触煤岩的位置， 为钻杆的控制提供信息， 实现钻式 采煤机的智能化控制。 其结构简单， 操作方便， 使用效果好， 在本技术领域内具有广泛 的实用性。
附图说明 图 1是本发明的装置结构示意图；
图 2是本发明装置中振动传感器的安装示意图；
图 3是本发明显示的煤岩相对钻头中心的位置图。
图中： 1-振动传感器； 2-电流传感器； 3-A/D 转换器； 4-单片机； 5-报警电路； 6- 显示器； 7-输出电路； 8-钻头； 9-钻夹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图 1所示， 本发明的采煤机煤岩实时监测识别装置， 主要由振动传感器 1 电流传 感器 2、 A/D转换器 3、 单片机 4、 报警电路 5、 显示器 6和输出电路 7构成， 所述的振 动传感器 1型号为 ZD24, 所述的 A/D转换器 3型号为 AD9212-40, 所述的输出电路 7 为无线输出电路、 串口输出电路或总线输出电路， 所述的显示器， 显示的是煤岩相对钻 头 8的位置图形， 采用液晶显示屏， 选用 5寸的 FRD-TFT5.0液晶屏； 其中单片机 4的 输出端分别连接有报警电路 5、显示器 6和输出电路 7，单片机 4的输入端连接有 A/D转 换器 3， A/D转换器 3的输入端分别连接有四个振动传感器 1和一个电流传感器 2， 所述 的四个振动传感器 1呈十字形均匀设置在采煤机的钻夹 9外缘上， 振动传感器 1的轴向 对准钻夹 9中心， 所述的电流传感器 2串联在采煤机的驱动电机电源上。
如图 2所示， 四个振动传感器 1， 呈十字形均匀分布在采煤机的钻夹 9周围， 振动传 感器 1的轴向方向对准钻夹 9中心。 煤岩监测判断方法： 首先通过电流传感器 2检测钻 头驱动电机的电流增大而判断钻头 8碰到煤岩， 然后根据四个振动传感器 la、 lb、 lc、 Id的振动幅度判断煤岩相对钻头 8的位置， 当振动传感器 la、 lb、 lc、 Id的输出幅度基 本相等， 则判断煤岩位于钻头 8的正中心； 当振动传感器 la的输出幅度大于振动传感器 lc的输出幅度， 则判断煤岩相对钻头 8中心偏左； 当振动传感器 la的输出幅度小于振动 传感器 lc的输出幅度， 则判断煤岩相对钻头 8中心偏右； 当振动传感器 Id的输出幅度 大于振动传感器 lb的输出幅度， 则判断煤岩相对钻头 8中心偏上； 当振动传感器 Id的 输出幅度小于振动传感器 lb的输出幅度， 则判断煤岩相对钻头 8中心偏下。
本发明的采煤机煤岩实时监测识别的方法， 首先将四个振动传感器 1呈十字形安装 在采煤机钻头 8的钻夹 9上， 并将电流传感器 2串联在采煤机驱动电机电源上， 采煤机 钻头 8启动后四个振动传感器 la、 lb、 lc、 Id对采煤机钻头 8碰到煤岩的横向振动信息 进行采集， 采集后将信息发送到单片机 4中处理， 电流传感器检测 1采集煤机钻头驱动 电机的电流幅度信息， 并将采集到的电流幅度发送到单片机 4中处理， 当单片机 4接收 到电流传感器 1检测到钻头电机的驱动电流信号高于设定的正常值时， 通过单片机 4判 断出钻杆接触到煤岩， 单片机 4控制报警电路 5报警； 当单片机 4接收的四个振动传感 器 la、 lb、 lc、 Id的信息数据接近时， 表示煤层在钻头 8的正前方， 当单片机 4接收的 四个振动传感器 la、 lb、 lc、 Id的信息数据差别较大时， 可根据四个信息数据判断出钻 头 8接触煤岩的状态， 如图 3所示， 是偏左位置、 偏右位置、 偏上位置或是偏下位置， 单片机 4将判断出的钻头 8接触煤岩状态信息发送到显示器， 同时单片机 4通过输出电 路 7将判断出的钻头 8接触煤岩状态信息输出至采煤机控制系统， 为采煤机控制系统自 动调整钻杆角度的控制提供信息。

Claims

权利要求书
1、 一种采煤机煤岩实时监测识别装置， 其特征在于： 它包括单片机 （4)， 单片机 (4) 的输出端分别连接有报警电路 （5)、 显示器 （6) 和输出电路 （7)， 单片机 （4) 的 输入端连接有 A/D 转换器 （3 )， A/D 转换器 （3 ) 的输入端分别连接有四个振动传感器
( 1 ) 和一个电流传感器 （2)， 所述的四个振动传感器 （1 ) 呈十字形均匀设置在采煤机 的钻夹 （9) 外缘上， 振动传感器 （1 ) 的轴向对准钻夹 （9 ) 中心， 所述的电流传感器
(2) 串联在采煤机的驱动电机电源上。
2、 根据权利要求 1 所述的采煤机煤岩实时监测识别装置， 其特征在于： 所述的振动 传感器 （1 ) 型号为 ZD24, 所述的 A/D转换器 （3) 型号为 AD9212-40。
3、 根据权利要求 1 所述的采煤机煤岩实时监测识别装置， 其特征在于： 所述的输出 电路 （7) 为无线输出电路、 串口输出电路或总线输出电路。
4、 一种根据权利要求 1 所述装置的采煤机煤岩实时监测识别方法， 其特征在于： 将 四个振动传感器 （1 ) 呈十字形安装在采煤机钻头 （8 ) 的钻夹 （9) 上， 并将电流传感器
(2) 串联在采煤机驱动电机电源上， 采煤机钻头 （8 ) 启动后四个振动传感器 （1 ) 对采 煤机钻头 （8 ) 碰到煤岩的横向振动信息进行采集， 采集后将信息发送到单片机 （4) 中 处理， 电流传感器检测 （1 ) 采集煤机钻头驱动电机的电流幅度信息， 并将采集到的电流 幅度发送到单片机 （4) 中处理， 当单片机 （4) 接收到电流传感器 （1 ) 检测到钻头电机 的驱动电流信号高于设定的正常值时， 通过单片机 （4) 判断出钻杆接触到煤岩， 单片机
(4) 控制报警电路 （5 ) 报警； 当单片机 （4) 接收的四个振动传感器 （1 ) 的信息数据 接近时， 表示煤层在钻头 （8) 的正前方， 当单片机 （4) 接收的四个振动传感器 （1 ) 的 信息数据差别较大时， 可根据四个信息数据判断出钻头 （8) 接触煤岩的状态， 是偏左位 置、 偏右位置、 偏上位置或是偏下位置， 单片机 （4) 将判断出的钻头 （8 ) 接触煤岩状 态信息发送到显示器， 同时单片机 （4) 通过输出电路 （7) 将判断出的钻头 （8) 接触煤 岩状态信息输出至采煤机控制系统， 为采煤机控制系统自动调整钻杆角度的控制提供信
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