一种自动化放煤控制系统及方法与流程
本发明涉及井工煤矿放顶煤开采技术领域，特别是涉及一种自动化放煤控制系统及方法。
背景技术：
目前，在井工煤矿放顶煤开采工艺中，主要依赖人工进行放煤，工人较多依赖经验和煤矸流动时的声音来判断是否终止放煤，放煤操作存在着随机性，经常导致顶煤放出率低和顶煤含矸率高。同时，放煤过程会产生大量粉尘和瓦斯，易对工人产生职业伤害。
基于上述原因，越来越多的放顶煤工作面尝试采用自动化放煤控制系统取代人工放煤，实现放煤过程的自动化控制，现有的自动化放煤技术主要是通过对煤及矸石冲击震动、光学及声学特征进行信号的提取、处理，进而对煤及矸石进行辨识，间接地判断矸石是否到达液压支架放煤口，从而确定关闭放煤口的时机。然而，由于煤矸冲击支架掩护梁具有随机性，存在矸石未接触支架已经放出的情况，并且当煤层中存在夹矸时，很容易出现放煤口过早关闭的情况，导致顶煤采出率较低，含矸率较高。此外，支架后方光线较弱，煤及矸石在颜色上相近，视频设备经常处于被矿尘覆盖状态，使得在实际生产中对煤矸的辨识程度较低，因此通过煤矸冲击震动及光学特性的不同进行煤矸识别存在很大的缺陷及不足。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种自动化放煤控制系统及方法，能够确定矸石大量涌向放煤口的时机，从而准确确定放煤口的开闭时机，实现顶煤采出率较高，含矸率较低。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种自动化放煤控制系统，包括：
多个移动顶煤运移追踪仪，均匀设置于煤矸界面的钻孔内随矸石移动，针对每一移动顶煤运移追踪仪，所述移动顶煤运移追踪仪的测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪均与所述移动顶煤运移追踪仪连接，所述移动顶煤运移追踪仪用于发送测距指令给测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪，并获取和存储各移动顶煤运移追踪仪与所述移动顶煤运移追踪仪之间的距离，以及各移动顶煤运移追踪仪本身存储的距离，使得每一移动顶煤运移追踪仪均存储有任意两移动顶煤运移追踪仪之间的第一距离；
多个固定顶煤运移追踪仪，均匀固定于液压支架上，针对每一液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪，所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪发送测距指令给测距信号覆盖范围内的至少三个固定顶煤运移追踪仪，针对每一固定顶煤运移追踪仪，所述固定顶煤运移追踪仪用于获取和存储所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪与所述固定顶煤运移追踪仪之间的第二距离，以及所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪存储的所述第一距离；
中心计算机，与各所述固定顶煤运移追踪仪连接，用于对所述第一距离和所述第二距离进行处理，得到各所述移动顶煤运移追踪仪的实时位置信息，根据各所述移动顶煤运移追踪仪的实时位置信息发出开启或关闭放煤口控制指令；
液压支架，与所述中心计算机连接，用于根据所述开启或关闭放煤口控制指令开启或关闭放煤口。
可选的，针对每一移动顶煤运移追踪仪，所述移动顶煤运移追踪仪包括：
第一壳体，设置于煤矸界面的钻孔内随矸石移动；
第一位置传感器，设置于所述第一壳体内部，用于测定两移动顶煤运移追踪仪的第一位置传感器之间的所述第一距离；
第一自组网装置，设置于所述第一壳体内部，分别与所述第一位置传感器以及测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪的第一自组网装置连接，用于发送测距指令给测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪的第一位置传感器，接收并存储测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪的第一自组网装置发送的所述第一距离。
可选的，针对每一固定顶煤运移追踪仪，所述固定顶煤运移追踪仪包括：
第二壳体，固定于液压支架上；
第二位置传感器，设置于所述第二壳体内部，用于测定所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪的第一位置传感器与所述第二位置传感器之间的所述第二距离；
第二自组网装置，设置于所述第二壳体内部，分别与所述第二位置传感器以及所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪的第一自组网装置连接，用于根据所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪的第一自组网装置发送的测距指令，获取和存储所述第二距离，以及所述第一距离，并将所述第一距离和所述第二距离发送给所述中心计算机。
一种自动化放煤控制方法，包括：
获取液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪与固定顶煤运移追踪仪之间的第二距离，以及液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪存储的第一距离；
对所述第一距离和所述第二距离进行处理，得到各所述移动顶煤运移追踪仪的实时位置信息；
根据各所述移动顶煤运移追踪仪的实时位置信息发出开启或关闭放煤口控制指令。
可选的，所述对所述第一距离和所述第二距离进行处理，得到各所述移动顶煤运移追踪仪的实时位置信息，具体包括：
获取任意三个固定顶煤运移追踪仪b、c、d的坐标(xb,yb,zb)、(xc,yc,zc)、(xd,yd,zd)；
获取固定顶煤运移追踪仪b、c、d与任一移动顶煤运移追踪仪a的距离i、j、k；
根据公式
可选的，所述获取固定顶煤运移追踪仪b、c、d与任一移动顶煤运移追踪仪a的距离i、j、k，具体包括：
若固定顶煤运移追踪仪b、c、d位于所述移动顶煤运移追踪仪a的测距信号覆盖范围内，则固定顶煤运移追踪仪b、c、d与所述移动顶煤运移追踪仪a的距离i、j、k为固定顶煤运移追踪仪b、c、d与所述移动顶煤运移追踪仪a之间的所述第二距离；
若固定顶煤运移追踪仪b、c、d位于所述移动顶煤运移追踪仪a的测距信号覆盖范围外，将所述移动顶煤运移追踪仪a的测距信号覆盖范围内的任意三个已获得坐标的移动顶煤运移追踪仪作为固定顶煤运移追踪仪b、c、d，则固定顶煤运移追踪仪b、c、d与所述移动顶煤运移追踪仪a的距离i、j、k为三个已获得坐标的移动顶煤运移追踪仪与所述移动顶煤运移追踪仪a之间的所述第一距离。
可选的，所述根据各所述移动顶煤运移追踪仪的实时位置信息发出开启或关闭放煤口控制指令，具体包括：
同时判断各所述移动顶煤运移追踪仪a的x轴坐标xa是否大于放煤口的中点位置的x轴坐标xm，以及各所述移动顶煤运移追踪仪a的z轴坐标za是否小于割煤高度的z轴坐标z割；
若是，则发出关闭放煤口控制指令；
若否，则发出开启放煤口控制指令。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开的自动化放煤控制系统，包括：多个移动顶煤运移追踪仪，均匀设置于煤矸界面的钻孔内随矸石移动，从而监控煤矸界面处矸石的实时位置信息，针对每一移动顶煤运移追踪仪，所述移动顶煤运移追踪仪的测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪均与所述移动顶煤运移追踪仪连接，所述移动顶煤运移追踪仪用于发送测距指令给测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪，并获取和存储各移动顶煤运移追踪仪与所述移动顶煤运移追踪仪之间的距离，以及各移动顶煤运移追踪仪本身存储的距离，使得每一移动顶煤运移追踪仪均存储有任意两移动顶煤运移追踪仪之间的第一距离，实现各移动顶煤运移追踪仪之间的位置数据的共享，多个固定顶煤运移追踪仪，均匀固定于液压支架上，针对每一液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪，所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪发送测距指令给测距信号覆盖范围内的至少三个固定顶煤运移追踪仪，针对每一固定顶煤运移追踪仪，所述固定顶煤运移追踪仪用于获取和存储所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪与所述固定顶煤运移追踪仪之间的第二距离，以及所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪存储的所述第一距离，实现各移动顶煤运移追踪仪和各固定顶煤运移追踪仪之间的位置数据的共享；中心计算机，与各所述固定顶煤运移追踪仪连接，用于对所述第一距离和所述第二距离进行处理，得到各所述移动顶煤运移追踪仪的实时位置信息，根据各所述移动顶煤运移追踪仪的实时位置信息发出开启或关闭放煤口控制指令；液压支架，与所述中心计算机连接，用于根据所述开启或关闭放煤口控制指令开启或关闭放煤口。该自动化放煤控制系统，通过监控煤矸界面处矸石的实时位置信息，确定矸石大量涌向放煤口的时机，从而准确确定放煤口的开闭时机，有效避免了矸石流过放煤口，实现了顶煤采出率较高，含矸率较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明自动化放煤控制系统实施例的结构图；
图2为本发明自动化放煤控制系统实施例的工作示意图；
图3为本发明自动化放煤控制方法实施例的流程图；
图4为本发明自动化放煤控制方法实施例中控制放煤口打开或关闭流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种自动化放煤控制系统及方法，能够确定矸石大量涌向放煤口的时机，从而准确确定放煤口的开闭时机，实现顶煤采出率较高，含矸率较低。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明自动化放煤控制系统实施例的结构图。参见图1，该自动化放煤控制系统包括：
多个移动顶煤运移追踪仪101，均匀设置于煤矸界面的钻孔内，本实施例中，在顶煤中布置钻孔，将各移动顶煤运移追踪仪101固定到顶煤与顶板的分界面处，各移动顶煤运移追踪仪101随矸石移动，针对每一移动顶煤运移追踪仪101，所述移动顶煤运移追踪仪101的测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪101均与所述移动顶煤运移追踪仪101连接，所述移动顶煤运移追踪仪101用于发送测距指令给测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪101，并获取和存储各移动顶煤运移追踪仪101与所述移动顶煤运移追踪仪101之间的距离，以及各移动顶煤运移追踪仪101本身存储的距离，使得每一移动顶煤运移追踪仪101均存储有任意两移动顶煤运移追踪仪101之间的第一距离；
多个固定顶煤运移追踪仪102，均匀固定于液压支架上，针对每一液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪101，所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪101发送测距指令给测距信号覆盖范围内的至少三个固定顶煤运移追踪仪102，针对每一固定顶煤运移追踪仪102，所述固定顶煤运移追踪仪102用于获取和存储所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪101与所述固定顶煤运移追踪仪102之间的第二距离，以及所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪101存储的所述第一距离；
中心计算机103，本实施例中，中心计算机103为具有煤安认证的计算机，与各所述固定顶煤运移追踪仪102连接，用于对所述第一距离和所述第二距离进行处理，得到各所述移动顶煤运移追踪仪101的实时位置信息，根据各所述移动顶煤运移追踪仪101的实时位置信息发出开启或关闭放煤口控制指令；
液压支架105，与所述中心计算机103连接，用于根据所述开启或关闭放煤口控制指令开启或关闭放煤口104。
针对每一移动顶煤运移追踪仪101，所述移动顶煤运移追踪仪101包括：
第一壳体，设置于煤矸界面的钻孔内随矸石移动；
第一位置传感器，设置于所述第一壳体内部，用于测定两移动顶煤运移追踪仪101的第一位置传感器之间的所述第一距离；所述第一位置传感器可以是基于磁感应强度的磁传感器，超声波传感器等等；
第一自组网装置，设置于所述第一壳体内部，分别与所述第一位置传感器以及测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪101的第一自组网装置连接，用于发送测距指令给测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪101的第一位置传感器，接收并存储测距信号覆盖范围内的各移动顶煤运移追踪仪101的第一自组网装置发送的所述第一距离。通过各移动顶煤运移追踪仪101内的第一自组网装置，实现各移动顶煤运移追踪仪101位置数据的共享。所述第一自组网装置由信号发射及接收设备、储存设备组成，通过储存设备记录各移动顶煤运移追踪仪101的位置数据。
所述移动顶煤运移追踪仪101还包括电源，所述电源为各移动顶煤运移追踪仪101供电，具体的，所述电源为电池。
针对每一固定顶煤运移追踪仪102，所述固定顶煤运移追踪仪102包括：
第二壳体，固定于液压支架上；
第二位置传感器，设置于所述第二壳体内部，用于测定所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪101的第一位置传感器与所述第二位置传感器之间的所述第二距离；所述第二位置传感器可以是基于磁感应强度的磁传感器，超声波传感器等等；
第二自组网装置，设置于所述第二壳体内部，分别与所述第二位置传感器以及所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪101的第一自组网装置连接，用于根据所述液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪101的第一自组网装置发送的测距指令，获取和存储所述第二距离，以及所述第一距离，并将所述第一距离和所述第二距离发送给所述中心计算机103。所述第二自组网装置由信号发射及接收设备、储存设备组成。通过各移动顶煤运移追踪仪101内的第一自组网装置以及各固定顶煤运移追踪仪102内的第二自组网装置，实现各移动顶煤运移追踪仪101和各固定顶煤运移追踪仪102之间的位置数据的共享。所述第二自组网装置由信号发射及接收设备、储存设备组成，通过储存设备记录各移动顶煤运移追踪仪101的位置数据。所有移动顶煤运移追踪仪101的距离数据最终都会发送至液压支架处固定的固定顶煤运移追踪仪102处，液压支架固定的固定顶煤运移追踪仪102将距离数据发送至中心计算机103。
所述固定顶煤运移追踪仪102还包括电源，所述电源为各固定顶煤运移追踪仪102供电，具体的，所述电源为电池。
图2为本发明自动化放煤控制系统实施例的工作示意图。参见图2，各移动顶煤运移追踪仪101按一定间距均匀布置于煤岩分界面中，具体的，在顶煤与上方顶板分界面处布置各移动顶煤运移追踪仪101，具体布置参数随地质条件的不同需要进行针对性的分析，以确定合理的间距参数，并通过第一自组网装置实现自组网以记录放煤过程中各移动顶煤运移追踪仪101的实时位置数据，所述实时位置数据为距离数据，并将所述实时位置数据通过井下以太网发送到所述中心计算机103。
在工作面端头液压支架105上安装信号转换器，在顺槽中安装所述中心计算机103，中心计算机103接收到的只是各个移动顶煤运移追踪仪101之间的距离数据以及各个移动顶煤运移追踪仪101与各个固定顶煤运移追踪仪102之间的距离数据，需要通过处理得到各个移动顶煤运移追踪仪101的具体空间坐标，根据各所述移动顶煤运移追踪仪101的具体空间坐标发出开启或关闭放煤口控制指令，即同时判断各所述移动顶煤运移追踪仪a的x轴坐标xa是否大于放煤口的中点位置的x轴坐标xm，以及各所述移动顶煤运移追踪仪a的z轴坐标za是否小于割煤高度的z轴坐标z割；若是，则发出关闭放煤口控制指令；若否，则发出开启放煤口控制指令。
图3为本发明自动化放煤控制方法实施例的流程图。参见图3，该自动化放煤控制方法包括：
步骤301：获取液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪与固定顶煤运移追踪仪之间的第二距离，以及液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪存储的第一距离；
步骤302：对所述第一距离和所述第二距离进行处理，得到各所述移动顶煤运移追踪仪的实时位置信息；
该步骤302具体包括：
获取任意三个固定顶煤运移追踪仪b、c、d的坐标(xb,yb,zb)、(xc,yc,zc)、(xd,yd,zd)；
获取固定顶煤运移追踪仪b、c、d与任一移动顶煤运移追踪仪a的距离i、j、k；所述获取固定顶煤运移追踪仪b、c、d与任一移动顶煤运移追踪仪a的距离i、j、k，具体包括：
若固定顶煤运移追踪仪b、c、d位于所述移动顶煤运移追踪仪a的测距信号覆盖范围内，则固定顶煤运移追踪仪b、c、d与所述移动顶煤运移追踪仪a的距离i、j、k为固定顶煤运移追踪仪b、c、d与所述移动顶煤运移追踪仪a之间的所述第二距离；
若固定顶煤运移追踪仪b、c、d位于所述移动顶煤运移追踪仪a的测距信号覆盖范围外，将所述移动顶煤运移追踪仪a的测距信号覆盖范围内的任意三个已获得坐标的移动顶煤运移追踪仪作为固定顶煤运移追踪仪b、c、d，则固定顶煤运移追踪仪b、c、d与所述移动顶煤运移追踪仪a的距离i、j、k为三个已获得坐标的移动顶煤运移追踪仪与所述移动顶煤运移追踪仪a之间的所述第一距离；
根据公式
步骤303：根据各所述移动顶煤运移追踪仪的实时位置信息发出开启或关闭放煤口控制指令；
该步骤303具体包括：
同时判断各所述移动顶煤运移追踪仪a的x轴坐标xa是否大于放煤口的中点位置的x轴坐标xm，以及各所述移动顶煤运移追踪仪a的z轴坐标za是否小于割煤高度的z轴坐标z割；
若是，则发出关闭放煤口控制指令；
若否，则发出开启放煤口控制指令。
图4为本发明自动化放煤控制方法实施例中控制放煤口打开或关闭流程图。参见图4，根据当前移动顶煤运移追踪仪101的x轴坐标xa是否大于放煤口的中点位置的x轴坐标xm，以及当前移动顶煤运移追踪仪101的z轴坐标za是否小于割煤高度的z轴坐标z割，从而控制液压支架105关闭或打开放煤口104，若当前移动顶煤运移追踪仪101的x轴坐标xa大于放煤口的中点位置的x轴坐标xm，且当前移动顶煤运移追踪仪101的z轴坐标za小于割煤高度的z轴坐标z割时，表示矸石流动到放煤口，则控制液压支架105关闭放煤口104，若当前移动顶煤运移追踪仪101的x轴坐标xa小于放煤口的中点位置的x轴坐标xm，且当前移动顶煤运移追踪仪101的z轴坐标za大于割煤高度的z轴坐标z割时，表示矸石未流动到放煤口，则控制液压支架105打开放煤口104，继续判断下一移动顶煤运移追踪仪101的x轴坐标xa是否大于放煤口的中点位置的x轴坐标xm，以及当前移动顶煤运移追踪仪101的z轴坐标za是否小于割煤高度的z轴坐标z割，从而控制液压支架105关闭或打开放煤口104，进行下一支架的放煤工作，直至工作面整体放煤结束。
本发明公开的自动化放煤控制系统及方法，其原理为：顶煤内各移动顶煤运移追踪仪向周围移动顶煤运移追踪仪发送测距指令及自身id(identity，身份标识号码)，周围移动顶煤运移追踪仪收到测距指令后完成测距，并将测距值及自身id发送到该移动顶煤运移追踪仪。待所有移动顶煤运移追踪仪发送完一次之后，所有移动顶煤运移追踪仪间的距离可以确定，此时液压支架附近的移动顶煤运移追踪仪向液压支架上固定的至少三个固定顶煤运移追踪仪发送测距指令及自身id，这样就可以根据液压支架固定的固定顶煤运移追踪仪的位置坐标解算得到所有移动顶煤运移追踪仪的坐标。具体流程为：所有移动顶煤运移追踪仪向其周围移动顶煤运移追踪仪发送测距指令及自身id——>周围移动顶煤运移追踪仪向其发送测距值及id——>液压支架周围移动顶煤运移追踪仪向液压支架上的固定顶煤运移追踪仪发送测距指令及自身id——>液压支架上的固定顶煤运移追踪仪将所有移动顶煤运移追踪仪之间测距值以及固定顶煤运移追踪仪与移动顶煤运移追踪仪之间测距值发送至中心计算机，由中心计算机根据液压支架上的固定顶煤运移追踪仪的空间位置坐标解算出各移动顶煤运移追踪仪的空间位置坐标。
本发明公开的基于顶煤运移追踪仪的自动化放煤控制系统及方法，可应用于综放工作面自动化放煤，通过监控煤矸界面处矸石的实时位置信息，确定矸石大量涌向放煤口的时机，从而准确确定放煤口的开闭时机，控制液压支架开闭放煤口，保证顶煤放出率较高，含矸率较低，且可适应地质条件的变化实现自动化放煤。由于通过移动顶煤运移追踪仪记录煤矸实时位置数据，即距离数据，然后将实时位置数据发送到中心计算机，由中心计算机进行处理，根据处理结果发出控制指令，控制液压支架开启或关闭放煤口，从而实现了自动化放煤过程，且顶煤含矸率低，放煤速率稳定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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