一种使用煤岩识别处理器的煤岩识别方法

摘要

一种使用煤岩识别处理器的煤岩识别方法，包括外壳、传感器、电路模块、无线模块和电池，所述传感器、电路模块、无线模块和电池设置在外壳内部，所述外壳为全封闭壳体，壳体连接缝进行密封处理，所述外壳内部采用全灌封密封；所述传感器选自振动传感器和声波传感器中的一种或两种，用于感知放煤或采煤时液压支架或采煤机与煤岩接触所产生的信号；所述电路模块用于采集和处理所述传感器接收到的信号；所述无线模块电气连接所述电路模块，用于将所述电路模块处理后的信号以无线的模式向外部发送，所述无线模块配置有天线，并具有收发功能；所述电池用于向传感器、电路模块和无线模块供电，所述煤岩识别方法包括在液压支架放煤过程中的识别和在割煤机割煤过程中的识别。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤岩识别方法，尤其涉及一种用于煤矿井下综采放顶煤工作面液压支 架进行放煤自动化控制和采煤机割煤过程自动化控制过程中的使用煤岩识别处理器的煤岩 识别方法。

背景技术

综采工作面有采煤机、刮板运输机和液压支架等设备构成，液压支架在放煤过程是通 过打开液压支架的放煤口实施放煤过程，并对整个放煤过程进行监控，当大块石头垮落下 来的时候就要关闭放煤口停止放煤过程。采煤机的滚筒上安装有截齿，通过截齿将煤炭割 落下来，当滚筒截齿碰到岩石时，就要调整采煤机滚筒的高度，使其避免割到岩石。通常 情况下，对于液压支架放煤口控制和采煤机滚筒高度的调节都是人工通过观察进行手动调 整，其主要原因是没有可靠的煤岩识别设备能够可靠有效的检测到相关煤岩信息，并快速的 传送到相关的设备上进行控制。

本领域现有的煤岩识别处理器大多处于实验室阶段，没有进行现场的大规模实际应用， 其结构简单，现场识别能力差，更重要的是没有一套完整的煤岩识别处理方法，无法应用 到煤矿工作面的实际生产中。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种煤岩识别方法，通过煤岩识别处理器实现对工作面放 顶煤液压支架放煤过程和采煤机割煤过程中煤岩检测，为液压支架放煤控制自动化和采煤 机控制自动化提供了检测手段。由于煤岩识别处理器没有外部的配接连接设备，可以方便 的安装在设备最合理的部位，具有安装、维修、更换方便等优点，并具有较高的可靠性。

本发明的技术方案如下：

在液压支架放煤过程中，煤岩识别处理器不断读取传感器数据，检测石头的垮落，并在 线实时将检测结果通过无线方式报送给指定的液压支架控制装置或手持终端设备，具体包 括以下步骤：

①开始放煤，液压支架打开放煤口；

②通过支架控制器或手持终端设备通知指定支架的煤岩识别处理器开始工作，或煤岩 识别处理器自动依据煤岩信号所发生的变化，判定已经开始启动放煤，煤岩识别处理器进 入正常工作状态；

③煤岩识别处理器采集传感器信号；

④煤岩识别处理器进行煤岩识别信号处理与模型计算，并进行分析；

⑤煤岩识别处理器将分析结果报送到指定的支架控制器或手持终端装置，如发生石头 的垮落则结束放煤；

⑥重复步骤③-⑤直到放煤结束；

⑦液压支架关闭放煤口；

⑧通过支架控制器或手持终端设备通知指定支架的煤岩识别处理器停止工作；或煤岩 识别处理器依据煤岩信号所发生的变化，判定已经结束放煤，煤岩识别处理器进入待机低 功耗工作模式；

在采煤机割煤过程中，煤岩识别处理器不断读取煤岩识别传感器数据，检测采煤机滚 筒上的截齿是否割到石头，并在线实时将检测结果通过无线方式报送给采煤机控制系统，具 体包括以下步骤：

①开始割煤，采煤机滚筒开始转动；

②通过采煤机手持终端设备通知指定煤岩识别处理器开始工作；或煤岩识别处理器依 据煤岩信号所发生的变化，判定已经开始启动割煤，煤岩识别处理器进入正常工作状态；

③煤岩识别处理器采集煤岩识别传感器信号；

④煤岩识别处理器进行煤岩识别信号处理与模型计算，并进行分析；

⑤煤岩识别处理器将分析结果报送到指定的采煤机手持终端装置，如发生截齿切割到 石头的情况，则停止割煤；

⑥重复步骤③-⑤直到割煤结束；

⑦采煤机滚筒停止转动；

⑧通过采煤机手持终端装置通知指定煤岩识别处理器停止工作；或煤岩识别处理器依 据煤岩信号所发生的变化，判定已经结束割煤，煤岩识别处理器进入待机低功耗工作模式。

本发明的优点在于：

1、传感器内嵌，无需外部设备供电，无需外部通信连接接头，可以实现外壳全封闭， 简化了煤岩识别处理系统的结构，提高了煤岩识别处理器的可靠性，同时方便产品 安装与维护；

2、识别方法针对上述传感器专门设计，充分体现了所使用传感器的优点，响应速度快， 识别成功率高；

3、方法简单可靠，可重复性强，适用于大规模的推广。

附图说明

附图1为本发明所述煤岩识别处理器的结构示意图。

附图标记如下：

1-外壳；2-传感器；3-电路模块；4-无线模块；5-电池；6-磁铁；7-天线；8-安 装孔。

具体实施方式

参见附图1，其描述了根据本发明所述的一种煤岩识别处理器的优选实施例。

煤岩识别处理器主要用于放顶煤或采煤过程中，其相应的可以安装在放顶煤液压支架 的尾梁或采煤机的摇臂上。煤岩识别处理器主要包括外壳、传感器、电路模块、无线模块 和电池。外壳固定连接在尾梁或摇臂上，在煤岩较软、振动较小的煤层，可以在外壳外部 采用包络的方式设置磁铁，外壳通过磁铁吸附在放顶煤液压支架的尾梁或采煤机的摇臂上， 以达到固定的目的，在煤岩较硬、振动较大的煤层，可以在外壳上设置安装孔，使用螺钉 将外壳通过安装孔固定拧紧在放顶煤液压支架的尾梁或采煤机的摇臂上，当然，也可以同 时采用上述两种固定方法以加强固定效果。外壳优选采用较轻的阻燃材料制成，传感器、 电路模块、无线模块和电池设置在外壳内部，外壳为全封闭壳体，壳体上没有外接接口， 壳体的各处连接缝进行密封处理，如密封圈或密封胶紧固，外壳内部采用全灌封密封，灌 封材料可以选环氧树脂等常见材料，这样做最大限度的保证了处理器的密封性，避免井下 大量的粉尘对传感器内部器件的损害。

传感器为振动传感器或声波传感器，也可以同时使用振动传感器和声波传感器，其用 于感知放煤或采煤时液压支架或采煤机与煤岩接触所产生的信号，煤层较软而岩石较硬， 因此，当处于煤层时，其振动较小或声波频率较低，当处于岩石层时，其振动较大或声波 频率较高，即随着煤层中岩石的增多，振动或声波频率逐渐增大，这样，根据当前煤矿的 地质情况，结合采煤过程中对煤石比的要求，可以得出振动或声波频率的限值，当振动或 声波频率超过限值时，即认为设备已进入岩石层。为更好的接收设备的振动或声波信号， 优选将传感器紧贴外壳设置，外壳和传感器之间的缝隙使用固体填料填平。

电路模块用于采集和处理所述传感器接收到的信号，通过对采集信号的噪声剔除，滤 波及数学模型运算，进行煤岩识别信号的能量积分，识别煤岩混合比例，判断在液压支架 放煤过程中是否出现了大块煤，或在采煤机割煤过程中是否碰到了岩石。

无线模块电气连接所述电路模块，其上配置有天线，用于将所述电路模块处理后的信 号以无线的模式向外部发送，可以将所述电路模块处理完的煤岩识别结果发送到指定设备 上去，优选其同时具有接收功能，以便于内外数据的交流并可对煤岩识别处理器进行控制。 电池用于向传感器、电路模块和无线模块供电，其优选固定在壳体内部的腔室内，并通过 密封圈进行密封，使其能够防潮，同时又能能够方便更换。电池供电和无线传输的工作方 式避免在液压支架或采煤机上再提供电源及其对电缆的维护工作，同时避免了在外壳上开 设接口孔。

煤岩识别处理器的煤岩识别方法如下：

在液压支架打开放煤口进行放煤控制时，通过煤岩识别处理器的采集数据的识别判断 是否处于放煤过程或通过无线通信的方式通知将打开煤岩识别处理器进行煤岩信号采集， 并同步对采集数据通过电路模块进行模型计算处理，电路模块可以包括一个DPS电路进行 数据的高速运算和处理，对于采集数据进行批次运算处理，并将运算结果报送到指定的监 控设备上，完成运算的数据可以被清除，以便腾出空间接收新的数据。当采集的煤岩识别 数据没有放煤特征时，可以自动关闭煤岩识别处理器，或接收外部设备通过无线通信方式 发送来的指令关闭煤岩识别处理。

上述煤岩识别处理器根据煤岩数据的采集、处理、分析与结果传输对液压支架放煤过 程和采煤机割煤过程中的煤岩识别进行检测，包括：

在液压支架放煤过程中，将煤岩识别处理器设置再液压支架的尾梁上，通过不断读取 上述传感器的数据，检测石头的垮落，并在线实时将检测结果通过无线方式报送给指定的液 压支架控制装置或手持终端设备，具体包括以下步骤：

①开始放煤，液压支架打开放煤口；

②启动煤岩识别处理器，启动过程可以通过支架控制器或手持终端设备通知指定支架 的煤岩识别处理器开始工作，也可以煤岩识别处理器自动依据煤岩信号所发生的变化，判 定已经开始启动放煤，启动过程结束后煤岩识别处理器进入正常工作状态；

③煤岩识别处理器采集振动传感器和/或声波传感器的信号；

④煤岩识别处理器进行煤岩识别信号处理，根据当前工作面的具体煤石构成进行模型 计算，并进行分析，判断当前放煤是否存在石块垮落等危险情况发生；

⑤煤岩识别处理器将分析结果报送到指定的支架控制器或手持终端装置，如发生石头 的垮落则结束放煤；

⑥重复步骤③-⑤直到放煤结束；

⑦液压支架关闭放煤口；

⑧关闭煤岩识别处理器，关闭过程可以通过支架控制器或手持终端设备通知指定支架 的煤岩识别处理器停止工作；也可以煤岩识别处理器依据煤岩信号所发生的变化，判定已 经结束放煤(如一定时间内无振动或声波信号)，关闭过程结束后煤岩识别处理器进入待机 低功耗工作模式；

在采煤机割煤过程中，将煤岩识别处理器安装在采煤机的摇臂上，不断读取上述传感 器的数据，检测采煤机滚筒上的截齿是否割到石头，并在线实时将检测结果通过无线方式报 送给采煤机控制系统，具体包括以下步骤：

①开始割煤，采煤机滚筒开始转动；

②启动煤岩识别处理器，启动过程可以通过采煤机手持终端设备通知指定煤岩识别处 理器开始工作；也可以煤岩识别处理器依据煤岩信号所发生的变化，判定已经开始启动割 煤，启动过程结束后煤岩识别处理器进入正常工作状态；

③煤岩识别处理器采集振动传感器和/声波传感器信号；

④煤岩识别处理器进行煤岩识别信号处理，根据当前工作面的具体煤石构成进行模型 计算，并进行分析，判断是否存在截齿切割到石头等危险情况发生；

⑤煤岩识别处理器将分析结果报送到指定的采煤机手持终端装置，如发生截齿切割到 石头的情况，则停止割煤；

⑥重复步骤③-⑤直到割煤结束；

⑦采煤机滚筒停止转动；

⑧关闭煤岩识别处理器，关闭过程可以通过采煤机手持终端装置通知指定煤岩识别处 理器停止工作；也可以煤岩识别处理器依据煤岩信号所发生的变化，判定已经结束割煤， 关闭过程结束后煤岩识别处理器进入待机低功耗工作模式。

以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变 化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。