专利名称：采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Α/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Α/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。
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。
具体实施例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I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
I型号为ZD24，所述的Α/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Α/D转换器3，Α/D转换器3的输入端分别连接有四个振动传感器I和一个电流传感器2，所述的四个振动传感器I呈十字形均匀设置在采煤机的钻夹9外缘上，振动传感器I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I，呈十字形均匀分布在采煤机的钻夹9周围，振动传感器I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、ld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Ia的输出幅度大于振动传感器Ic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Ia的输出幅度小于振动传感器Ic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Ib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Ib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I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对米煤机钻头8碰到煤岩的横向振动信息进行米集，采集后将信息发送到单片机4中处理，电流传感器检测I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I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、IbUcUd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、ld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。
权利要求
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)，Α/D转换器(3)的输入端分别连接有四个振动传感器(I)和一个电流传感器(2)，所述的四个振动传感器(I)呈十字形均匀设置在采煤机的钻夹(9)外缘上，振动传感器(I)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(I)型号为ZD24，所述的Α/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(I)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(I)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(I)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(I)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(I)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(I)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息。
全文摘要
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。装置由振动传感器、电流传感器、单片机、报警电路、显示器和输出电路构成。监测识别方法是将四个振动传感器均匀发布在采煤机钻夹周围，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。其结构简单，操作方便，使用效果好。
文档编号E21B44/00GK103174423SQ20131004706
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者童敏明, 童紫原, 唐守锋, 贺新民 申请人:中国矿业大学