一种工作面支架主动安全系统的制作方法

本发明涉及煤炭开采技术领域，特别是涉及一种工作面支架主动安全系统。

背景技术：

工作面是指煤炭开采领域中采煤机、支架和刮板机的工作场所。采煤机、支架和刮板机这三种机器在工作面的协同工作实现了煤炭的机械化开采。

自动化工作面即将自动化控制技术应用于采煤机、支架和刮板机的控制，最终实现煤炭的工作面自动化开采。自动化工作面是煤炭开采领域一致认可的工作面未来技术演进方向。在自动化工作面中，支架的自动化控制需要重点关注的技术点主要包括支架的自动推溜移架和支架在自动推溜移架过程中所面临的安全方面的问题，主要包括如下：

（1）工作面里人员的活动区间一般是在支架内，支架在自动推溜移架过程中应该确保工作面人员与涉及推溜移架的相关支架保持安全距离，以免产生安全事故；

（2）采煤机的截割滚筒在割煤过程中，支架应该能够实时检测采煤机截割滚筒与当前相关支架顶板的距离，当该距离值低于阀值时，调整采煤机对应的截割滚筒的采高，以确保采煤机截割滚筒与相关支架的顶护板保持安全距离。

工作面相关支架在自动推溜移架过程中需要确认人员与涉及自动推溜移架的支架保持安全距离，现有的技术方案是通过frid射频定位来检测工作面人员与相关支架的位置关系，最终确认工作面人员与涉及推溜移架的支架的位置关系，这种检测方法主要的缺陷是：

（1）每个人员都必须佩戴frid射频标签，才能实现位置定位，如果有人没有佩戴frid射频标签，则此人是在工作面里和支架的位置关系是无法被检测的；

（2）frid射频定位检测人员与相关支架的位置关系检测精度误差达到了米级，没法实现厘米级别的高精度位置检测；

（3）工作面无线射频定位无法实现人与工作面相关支架的移动速度，方向的检测，而这两个特征值对于人与工作面相关支架的位置关系的动态检测至关重要；

（4）frid射频信号容易受工作面恶劣工作环境影响，工作面的煤炭粉层、金属物体屏蔽等会造成射频信号盲区，最终导致人员与相关支架位置关系检测失败。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种工作面支架主动安全系统，能够解决现有技术中存在的上述问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种工作面支架主动安全系统，包括位于工作面内的采煤机和若干个支架，所述采煤机位于煤层的待开采煤壁一侧，其截割滚筒贴附所述煤层的待开采壁布置；每个所述支架包括支架本体、支架顶板、支架护帮板以及支架电液控系统，其中，所述支架本体的顶端朝向所述煤层的一侧水平连接所述支架顶板，所述支架护帮板与所述支架顶板靠近所述煤层的一端竖直连接；所述支架电液控系统与所述支架本体连接，并控制所述支架朝向所述煤层的待开采煤壁一侧移动；所述支架本体朝向所述煤层的一侧安装有第一毫米波雷达，所述第一毫米波雷达与所述支架电液控系统信号连接，检测所述第一毫米波雷达检测范围内的人员相对于所述支架的位置特征值。

在本发明一个较佳实施例中，所述主动安全系统还包括第二毫米波雷达，所述第二毫米波雷达安装在所述支架顶板的底面上，与所述采煤机信号连接，检测所述截割滚筒相对于所述支架顶板的位置特征值。

在本发明一个较佳实施例中，所述人员位置特征值包括人员相对于所述支架的距离、速度和角度。

在本发明一个较佳实施例中，所述位置特征值位为所述截割滚筒与所述支架顶板的距离、速度和角度。

在本发明一个较佳实施例中，还包括位于所述工作面内的刮板机，所述采煤机骑设在所述刮板机上，并相对所述刮板机移动。

在本发明一个较佳实施例中，每个所述采煤机的截割滚筒的数量为2个，并以所述采煤机为中心左右分布。

本发明的有益效果是：本发明一种工作面支架主动安全系统，构思新颖，设计合理，其运用毫米波雷达检测技术，通过在支架内安装第一毫米波雷达，实现支架周围人员相对于支架的速度、距离和方向的特征值检测，并将该检测值处理结果发送给支架电液控系统，支架电液控系统以此结果为依据控制相关支架自动推溜移架，有效提高了在工作面内自动推溜移架过程中人员的安全性。

附图说明

图1是本发明一种工作面支架主动安全系统一较佳实施例的立体结构示意图；

图2是所示工作面支架内部朝向待开采煤壁一侧的结构示意图；

图3是所示工作面支架主动安全系统的整体布局示意图；

图4是所示第一毫米波雷达的工作流程图；

图5是所示第二毫米波雷达的工作流程图；

附图中各部件的标记如下：1.支架，2.刮板机，3.采煤机，4.煤层，5.第一毫米波雷达，6.第二毫米波雷达，7.集控中心，11.支架本体，12.支架顶板，13.支架帮护板,14.支架电液控系统，31.截割滚筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1-5，本发明实施例包括：

实施例1

本发明揭示了一种工作面支架主动安全系统，包括位于工作面内的采煤机3、若干个支架1和刮板机2。

其中，所述采煤机3位于煤层4的待开采煤壁一侧，所述采煤机3包括两个截割滚筒31，2个所述截割滚筒31以所述采煤机3为中心左右分布，并贴附所述煤层的待开采壁布置。

所述采煤机3骑设在所述刮板机2上，并相对所述刮板机移动。具体地，所述采煤机一方面相对所述刮板机作沿所述刮板机长度方向的来回移动，另一方面，当支架1向所述煤层4一侧移动并推动所述刮板机向前移动时，所述采煤机3也跟着所述刮板机2一起向煤层4一侧移动。

每个所述支架1包括支架本体11、支架顶板12、支架护帮板13和支架电液控系统14，其中，所述支架本体11的顶端朝向所述煤层4的一侧水平连接所述支架顶板12，所述支架护帮板13与所述支架顶板12靠近所述煤层4的一端竖直连接；所述支架电液控系统14与所述支架本体11连接，并控制所述支架1朝向所述煤层4的待开采煤壁一侧移动，即所述支架电液控系统14控制支架完成自动推溜移架。

所述支架本体11朝向所述煤层4的一侧安装有第一毫米波雷达5，所述第一毫米波雷达5与所述支架电液控系统14信号连接，检测所述第一毫米波雷达5检测范围内的人员相对于所述支架1的位置特征值。具体地，所述第一毫米波雷达5检测范围内的人员相对于该支架1的距离、速度和角度的位置特征值。

优选地，所述主动安全系统还包括第二毫米波雷达6，所述第二毫米波雷达6安装在所述支架顶板12的底面上，并与所述采煤机3信号连接，检测所述截割滚筒31相对于所述支架顶板12的位置特征值。所述特征值为所述截割滚筒31相对于所述支架顶板12的距离、速度和角度的位置特征值。

本发明的工作原理为：

当在工作面上的相关支架接收到支架电液控系统发出的自动推溜移架的指令后，相关支架在执行自动推溜移架的过程中，会通过安装在本支架上的第一毫米波雷达5，实时检测并判断在其检测范围内是否有人员，并检测人员相对于该支架的速度、距离、角度的位置特征值，并将检测值处理结果传输给支架电液控系统，支架电液控系统最终确定是否继续执行相关的推溜移架的工作。

具体的工作流程为：

第一毫米波雷达启动并连续发射固定频率的电磁波，然后接收反射回来的电磁波，利用多普勒效应，第一毫米波雷达采集相对其移动的物体的速度特征值，若该特征值超过阀值，即可确定移动的物体为人，然后利用多普勒效应实时监测人相对于第一毫米波雷达的距离、速度、角度的特征值，通过上述的人员相对于第一毫米波雷达的距离、速度、角度的特征值与阈值的对比结果，确定支架电液控系统自动推溜移架的启动或停止，具体见附图4。

在采煤机割煤的过程中，工作面支架上的第二毫米波雷达会实时的检测当前相关支架的支架顶板与采煤机的截割滚筒之间的速度、距离和角度的位置特征值，并将这些位置特征值与阀值的对比结果传输给采煤机3，采煤机3根据对比结果调节其对应截割滚筒的采高。具体过程如下:

第二毫米波雷达启动并连续发射固定频率电磁波，然后接收反射回来的电磁波，并采集反射物的反射强度，若该反射强度超过阈值，则确认该反射物为采煤机截割滚筒，第二毫米波雷达利用多普勒效应实时监测采煤机截割滚筒距离第二毫米波雷达的距离、速度、角度的特征值，通过判断距离特征值是否低于阈值，从而确定采煤机对应截割滚筒的采高调节标志位是否置位，具体见附图5。

本发明一种工作面支架主动安全系统，运用毫米波雷达检测技术实现一种基于特征值检测的工作面支架主动安全系统，具有如下优点：

1、通过对支架周边人员相对于本支架的速度、距离和角度的特征值检测，实现人员与工作面相关支架位置关系的高精度检测，从而提高支架在自动推溜移架的过程中工作面内人员的安全性；

2、通过采煤机截割滚筒相对于工作面支架顶板的速度、距离和角度的特征值检测，从而避免采煤机截割滚筒切割到支架护帮板或者顶护板。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。