一種基于溫度的煤巖界面識別裝置及識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤巖界面的識別裝置及識別方法，具體涉及一種基于溫度的煤巖界面識別裝置及方法，屬于煤巖界面識別技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著綜合機械化采煤工藝的不斷發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者相繼提出“無人化”或“少人化”采煤工作面的構(gòu)想。采煤機作為綜采工作面“三機”配套中的重要設(shè)備，主要完成采煤和落煤的任務(wù)。在“無人化”或“少人化”的采煤工作面，必須解決采煤機滾筒適應(yīng)煤層頂?shù)装迤鸱詣诱{(diào)節(jié)的問題，也就是分辨出煤層與巖石的分界面，并根據(jù)所識別出的煤巖界面實現(xiàn)滾筒的自動調(diào)高，進(jìn)而實現(xiàn)采煤機的自動截割。解決該問題的關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確判斷頂?shù)装迕簩雍穸龋醋R別煤巖界面。
[0003]美國專利US20020056809A1提出一種基于天然γ射線法的煤巖界面識別裝置及方法，利用碘化鈉等晶體制成的γ射線探測器接收頂?shù)装逅l(fā)出的γ射線，并通過變送器將其轉(zhuǎn)換為電信號，傳送至識別器，電信號的強度與探測器至頂?shù)装宓木嚯x以及預(yù)留煤層厚度有關(guān)。然而該方法不適用于頂?shù)装宀缓派湫栽鼗蚍派湫栽睾枯^低的工作面，以及煤層中夾矸過多的工作面。
[0004]美國專利US4165460提出一種基于人工γ射線的煤巖界面識別裝置，利用人工γ射線法射入密度不同的煤巖分界面，從而達(dá)到識別煤和巖石的目的。但是人工γ射線具有放射性，在井下難以管理，因此不能廣泛運用。
[0005]美國專利US4968098提出一種截齒應(yīng)力傳感器用于煤巖界面識別，根據(jù)采煤機截割到巖石時，截齒所受到的應(yīng)力與截割煤層時相比將發(fā)生顯著變化而實現(xiàn)煤巖界面的辨另O。然而該方法對截齒以及傳感器的損耗較大，需要人工定時更換傳感器，不適用于“無人化”或“少人化”的采煤工作面。
[0006]中國專利CN201010251520.1提出一種采用高壓水射流的方法實現(xiàn)煤巖界面識另IJ，利用煤層和巖石硬度的不同，高壓水射流的反射力大小不同，識別煤層和巖石。然而該方法無法適用于煤、巖硬度比較接近，或者巖石硬度小于煤層硬度的情況。
[0007]中國專利CN201110377347.4提出了一種基于圖像的煤巖界面識別方法，對多幅煤、巖的彩色圖像進(jìn)行特征提取，然后利用Fisher分類器進(jìn)行分類，判斷出煤巖分別界面。然而井下采集到的圖像會受到粉塵的影響，圖像中含有大量的背景噪聲，影響圖像特征提取的效果。另外Fisher分類器屬于線性分類器，只能識別訓(xùn)練過程中已有的情況，對于未出現(xiàn)過的情況不能進(jìn)行有效預(yù)測。
[0008]綜上，上述方法適用范圍較窄，或者對截齒以及識別裝置損耗較大，識別方法可靠性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于溫度的煤巖界面識別裝置及方法，能夠準(zhǔn)確識別煤巖分界面，以此判斷采煤機的相對截割位置并自動調(diào)整采煤機的動作，使其維持最大截割效率，降低粉塵的影響，使識別方法更加可靠，適用于各種地質(zhì)條件，應(yīng)用范圍廣。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案:一種基于溫度的煤巖界面識別裝置，包括防爆殼體、設(shè)置在防爆殼體內(nèi)的紅外測溫儀以及本安型電池，所述紅外測溫儀通過底座固定在殼體內(nèi)，防爆殼體的一側(cè)具有鍺窗，防爆殼體的另一側(cè)具有喇叭口 ；所述紅外測溫儀內(nèi)部設(shè)有數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元通過傳輸介質(zhì)與采煤機機載可編程控制器相連，采煤機機載可編程控制器與采煤機液壓系統(tǒng)執(zhí)行單元相連。
[0011]紅外測溫儀具有一定的粉塵穿透能力，利用紅外測溫技術(shù)且根據(jù)粉塵的物理特性，選擇調(diào)整合適的紅外線發(fā)射波長，紅外測溫儀可以直接測量截齒與煤巖界面的溫度分布情況，并將溫度參數(shù)輸送至數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元包括供電模塊、RAM、ROM、調(diào)制解調(diào)電路、TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸接口以及隔離變壓器等模塊，具有數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，?shù)據(jù)處理單元分析處理紅外測溫儀傳輸?shù)臏囟葦?shù)據(jù)，并發(fā)出控制指令至采煤機液壓系統(tǒng)執(zhí)行單元，使采煤機滾筒上升或者下降，保證截齒始終在煤巖界面附近截割，維持最大截割效率。
[0012]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理單元是基于DSP開發(fā)的溫度矩陣處理單元。
[0013]將測量范圍內(nèi)的溫度場劃分為若干個溫度點，形成一個溫度矩陣，將上述的溫度矩陣數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理單元，并按照設(shè)定的時間間隔記錄溫度情況，其中時間間隔可調(diào)；數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)溫度矩陣參數(shù)可以獲取采煤機當(dāng)前截割滾筒與煤巖分界面的相對位置，并作出相應(yīng)的控制策略，然后發(fā)出控制指令。
[0014]更進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)設(shè)有與采煤機牽引機電機的主電路相連的比較電路豐旲塊。
[0015]該比較電路是判斷采煤機牽引電機電流是否大于0，進(jìn)而得知采煤機是否前進(jìn)。如果采煤機當(dāng)前為停止?fàn)顟B(tài)，則關(guān)閉煤巖界面識別裝置，以節(jié)約能耗；如果采煤機當(dāng)前為前進(jìn)狀態(tài)，則開啟煤巖界面識別裝置，開始記錄溫度矩陣。
[0016]進(jìn)一步的，所述紅外測溫儀為在線式紅外測溫儀；紅外測溫儀的殼體外側(cè)具有網(wǎng)絡(luò)接口，數(shù)據(jù)處理單元通過礦用阻燃網(wǎng)線與采煤機機載可編程控制器相連。
[0017]與普通的紅外測溫儀相比，在線式紅外測溫儀穩(wěn)定性可靠，測量精度更高，還可以在線把測量溫度作對比分析并直接參與閉環(huán)控制；本發(fā)明采用TCP/IP數(shù)據(jù)接口協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)處理單元與采煤機機載控制器之間通過阻燃網(wǎng)線連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，將識別裝置的判斷結(jié)果傳輸給控制器。
[0018]本安型電池為充電式鋰電池，紅外測溫儀的殼體上設(shè)有電源接口以及電源指示燈。
[0019]所述防爆殼體的鍺窗一側(cè)采用加厚鍺板制成，其余的五個面采用鋼板制成。所述紅外測溫儀發(fā)射的紅外線透過鍺板投射至采煤機截割位置。
[0020]一種基于溫度的煤巖界面識別方法，包括以下步驟:
[0021]第一步、將煤巖界面識別裝置分別安裝在采煤機前、后搖臂上，并將鍺窗對準(zhǔn)采煤機滾筒的上方；
[0022]第二步、采煤機自動切割之前，預(yù)先采用人工示教的方式進(jìn)行采煤機的第一刀切害J，使采煤機的截割齒在不割到頂板巖石的情況下，盡可能的貼合煤巖分界面；
[0023]第三步、所述煤巖界面識別裝置中的紅外測溫儀全程測量截割齒與煤巖分界面接觸時的初始溫度參數(shù)，并將數(shù)據(jù)通過傳輸介質(zhì)輸送至數(shù)據(jù)處理單元存儲，所獲取的第一刀溫度矩陣表示為[XJ1Z1], [X2Y2Z1],...[XkYkZ1],...[xKyKzJ，每個矩陣中的溫度最高數(shù)值點記為 ???，??2，...tlk，...^1Κ?
[0024]第四步、采煤機自動切割后，紅外測溫儀將獲取的溫度矩陣參數(shù)通過傳輸介質(zhì)輸送至數(shù)據(jù)處理單元，并獲取當(dāng)前位置下溫度矩陣中數(shù)值最大的點tjk;
[0025]第五步、比較tjk與t lk的大小關(guān)系，如果t jk>tlk，則當(dāng)前截割位置過高，采煤機液壓系統(tǒng)執(zhí)行單元14控制下調(diào)采煤機滾筒；如果0.8tlk〈tA〈tlk，則當(dāng)前位置合適，繼續(xù)保持切割；如果tA〈0.8tlk，則判定為采煤機當(dāng)前處于異常位置或煤巖界面識別系統(tǒng)出現(xiàn)異常狀況，應(yīng)及時停機檢修，或者煤層分布出現(xiàn)大的改變，需要重新設(shè)定初始溫度。
[0026]本發(fā)明采用非直接接觸式的紅外測溫裝置，避免測量裝置與煤巖界面的直接接觸，可以極大限度的減少測量裝置的損耗；非接觸式紅外測溫裝置可以直接測量采煤機截齒與煤巖作用的溫度，從而準(zhǔn)確識別煤巖界面控制采煤機截割動作；采用本安型可充電電池供電，無需配置單獨的動力電纜，且在數(shù)據(jù)處理單元中加入比較電路，在采煤機前進(jìn)時才開啟該裝置，采煤機停止時關(guān)閉該裝置，節(jié)約能耗；本裝置及方法可以降低粉塵的影響，使識別方法更加可靠，適用于各種地質(zhì)條件，應(yīng)用范圍廣。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明中基于溫度的煤巖界面識別裝置的示意圖；
[0028]圖2是圖1的A向局部視圖；
[0029]圖3是基于溫度的煤巖界面識別裝置安裝在采煤機上的示意圖；
[0030]圖4是本發(fā)明中基于溫度的煤巖界面識別方法的控制流程圖。
[0031]圖中:1、防爆殼體；2、紅外測溫儀；3、鍺窗；4、底座；5、本安型電池；6、數(shù)據(jù)處理單元；7、電源接口 ；8、電源指示燈；9、網(wǎng)絡(luò)接口 ；10、喇叭口 ；11、煤巖分界面；12、截割齒；13、煤巖界面識別裝置；14、采煤機液壓系統(tǒng)執(zhí)行單元；15、采煤機機載可編程控制器。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0033]如圖1至圖3所示，一種基于溫度的煤巖界面識別裝置，包括防爆殼體1、設(shè)置在防爆殼體內(nèi)的紅外測溫儀2以及本安型電池5，所述紅外測溫儀3通過底座4固定在殼體內(nèi)，防爆殼體的一側(cè)具有鍺窗3，防爆殼體的另一側(cè)具有喇叭口 10 ;所述紅外測溫儀2內(nèi)部設(shè)有數(shù)據(jù)處理單元6，數(shù)據(jù)處理單元6通過傳輸介質(zhì)與采煤機機載可編程控制器15相連，采煤機機載可編程控制器15與采煤機液壓系統(tǒng)執(zhí)行單元14相