综采工作面端头推移状态监测装置及方法与流程

本发明属于煤矿安全状态监测技术领域，具体涉及一种综采工作面端头推移状态监测装置及方法。

背景技术：

在回采过程中，刮板输送机经常会出现上窜下滑的现象，造成支架挤架、垛架、倒架等，严重时甚至会引起冒顶事故。综采工作面端头推移状态监测是煤矿实现安全生产的关键技术。目前实现工作面端头推移状态监测的方法主要是用激光扫描仪。但激光受煤矿井下的煤粉尘，水汽等环境条件影响大，会使激光光束衰减急剧加大、发生畸变，直接影响激光扫描仪的测量精度。因此，综采工作面端头的推移状态监测是亟待解决的难题之一。

技术实现要素：

发明目的：为了解决激光扫描仪在煤矿井下易受环境条件影响的问题，本发明提供一种综采工作面端头推移状态监测装置及方法，实现工作面端头的推移状态监测。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种综采工作面端头推移状态监测装置，包括刮板输送机机头、两轴电动滑台、超宽带雷达信号发生接收模块、角锥喇叭天线、电动旋转台和工控机；在刮板输送机机头的外侧表面安装两轴电动滑台，所述两轴电动滑台包括水平轴、垂直轴、电机、联轴器、水平滑块和垂直滑块，所述水平轴固定在刮板输送机机头的外侧表面上，垂直轴通过水平滑块安设在水平轴上，垂直轴上安设有上下滑动的垂直滑块；在垂直滑块上安装电动旋转台，电动旋转台上安装相互连接的超宽带雷达信号发生接收模块和角锥喇叭天线，并连接安装在顺槽控制中心的工控机。

进一步的，所述水平轴上设水平滑槽，水平滑块嵌入其中并水平滑动；垂直轴用螺丝固定在水平滑块上；垂直轴设垂直滑槽，垂直滑块嵌入其中并垂直滑动。

进一步的，在水平轴和垂直轴分别安装电机，电机通过同步带驱动滑块滑动；电机通过串口连接工控机，实现远程控制运动。

进一步的，电动旋转台通过连接板用螺丝固定在垂直滑块上。

进一步的，电动旋转台通过串口连接工控机，实现远程控制运动。

上述的一种综采工作面端头推移状态监测装置的监测方法，在刮板输送机移动前后，两轴电动滑台带动其滑块上的雷达沿水平轴和垂直轴自由运动，对巷道煤壁同一区域进行两次聚束式干涉合成孔径成像；再运用基于灰度和特征点的图像匹配算法，得到刮板输送机机头的三维移动距离及姿态变化。

本装置的监测方法具体包括如下步骤：

(1)随着煤矿工作面的推进，刮板输送机沿回采方向不断向前移动；在刮板输送机机头移动之前，工控机控制滑块在两轴电动滑台的垂直轴的不同高度处沿水平轴多次匀速移动；同时，工控机控制电动旋转台转动，使安装在电动旋转台上的角锥喇叭天线一直扫描巷道中同一区域；

(2)超宽带雷达信号发生接收模块将接收到的回波信号传输给工控机，工控机使用聚束式成像算法对扫描区域成像；

(3)在刮板输送机机头移动之后，重复(1)(2)步骤，对该扫描区域再次成像；

(4)工控机对刮板输送机移动前后雷达扫描形成的多幅图像进行图像匹配，从而得到刮板输送机机头的三维移动距离及姿态变化。

有益效果：本发明提供的综采工作面端头推移状态监测装置及方法，相较于现有技术，可大大减小环境因素对移动状态监测的影响，该方法更适用于煤矿井下煤粉尘和水汽等的恶劣环境。本发明提供的综采工作面端头推移状态监测装置及方法，一方面有利于煤矿的安全生产，另一方面，可为采煤机惯性导航定位在端头提供校正基准。

附图说明

图1为综采工作面端头推移状态监测装置

图2为两轴电动滑台

图3为综采工作面端头推移状态监测方法流程图

图4为煤矿工作面示意图

图中：1为刮板输送机机头，2为两轴电动滑台，3为超宽带雷达信号发生接收模块，4为角锥喇叭天线，5为电动旋转台，6为工控机，7为二轴电动滑台的水平轴，8为二轴电动平台的垂直轴，9为电机，10为联轴器，11为水平滑块，12为垂直滑块，13为采煤机，14为刮板输送机，15为液压支架，16为煤层，17为巷道，18为采空区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，综采工作面端头推移状态监测装置包括刮板输送机机头1、两轴电动滑台2、超宽带雷达信号发生接收模块3、角锥喇叭天线4、电动旋转台5和工控机6；在刮板输送机机头1的外侧表面安装两轴电动滑台2，所述两轴电动滑台2包括水平轴7、垂直轴8、电机9、联轴器10、水平滑块11和垂直滑块12，所述水平轴7固定在刮板输送机机头1的外侧表面上，垂直轴8通过水平滑块11安设在水平轴7上，垂直轴8上安设有上下滑动的垂直滑块12；在垂直滑块12上安装电动旋转台5，电动旋转台5上安装相互连接的超宽带雷达信号发生接收模块3和角锥喇叭天线4，并连接安装在顺槽控制中心的工控机6。

如图2，所述水平轴7上设水平滑槽，水平滑块11嵌入其中并水平滑动；垂直轴8用螺丝固定在水平滑块11上；垂直轴8设垂直滑槽，垂直滑块12嵌入其中并垂直滑动。

在水平轴7和垂直轴8分别安装电机9，电机9通过联轴器10和同步带驱动滑块滑动；电机9通过串口连接工控机6，实现远程控制运动。

电动旋转台5通过连接板用螺丝固定在垂直滑块12上。

电动旋转台5通过串口连接工控机6，实现远程控制运动。

在刮板输送机14移动前后，两轴电动滑台2带动其滑块上的雷达沿水平轴7和垂直轴8自由运动，对巷道煤壁同一区域进行两次聚束式干涉合成孔径成像；再运用基于灰度和特征点的图像匹配算法，得到刮板输送机机头1的三维移动距离及姿态变化。

一种综采工作面端头推移状态监测装置的监测方法，包括如下步骤：

(1)如图4所示，采空区18内由液压支架15支撑放置采煤机13和刮板输送机14，进行煤层16的开采。随着煤矿工作面的推进，刮板输送机14沿回采方向不断向前移动；在刮板输送机机头1移动之前，工控机6首先通过电机9控制水平滑块11匀速移动，达到水平轴行程后，工控机6通过电机9控制垂直滑块12上下移动，改变垂直滑块12的高度位置，水平滑块11再次匀速移动。重复多次此过程，同时，工控机6控制电动旋转台5转动，使安装在电动旋转台5上的角锥喇叭天线4一直扫描巷道中同一区域；

(2)超宽带雷达信号发生接收模块3将接收到的回波信号传输给工控机6。工控机6使用聚束式成像算法对扫描区域成像。

(3)在刮板输送机机头1移动之后，重复(1)(2)步骤，对该扫描区域再次成像。

(4)工控机6对刮板输送机14移动前后雷达扫描形成的多幅图像进行图像匹配，从而得到刮板输送机机头1的三维移动距离及姿态变化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种综采工作面端头推移状态监测装置及方法，属于煤矿安全状态监测技术领域。在刮板输送机机头安装两轴电动滑台，电动滑台上的滑块可以沿水平轴和垂直轴自由运动。在滑块上安装电动旋转台，电动旋转台上安装超宽带雷达信号发生接收模块和喇叭天线。超宽带雷达信号发生接收模块和喇叭天线连接。工控机安装在顺槽控制中心。在刮板输送机移动前后，雷达对巷道煤壁同一区域进行两次聚束式干涉合成孔径成像。运用基于灰度和特征点的图像匹配算法，得到刮板输送机机头的三维移动距离及姿态变化。相较于现有技术，该方法更适用于煤矿井下煤粉尘和水汽等的恶劣环境。

技术研发人员：王世佳;王世博;葛世荣;刘万里;曹波
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2019.03.28
技术公布日：2019.06.11