基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法
【专利摘要】一种基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，适用于煤矿井下采煤机上使用，在工作面切眼贯通、回采开始之前，利用震波CT探测工作面内煤层厚度，将探测结果与地质测量信息结合，利用GIS预先建立煤层顶底板数字高程模型，在采煤机运行中，监测采煤机位置坐标和姿态，计算滚筒中心点地理坐标，代入数字高程模型得到滚筒当前位置煤层顶底板高程，计算中心点与顶底板投影距离，与设定的阈值比较并计算差值，根据差值得出具体调高策略。本方法不受井下粉尘、光照、水汽等的影响，无须采集采煤机内部部件的电流、扭矩等信号，无须采集工作面图像，信号采集、传输稳定，无需进行大量试验和分析确定煤岩信号特征区间，解决了现有方法中煤层与围岩信号特征区间界定过程复杂，难以准确构建判别准则和模型等问题。
【专利说明】 基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采煤机滚筒高度调整方法，尤其是一种适用于煤矿井下采煤机上的基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法。
【背景技术】
[0002]目前，采煤机截割滚筒高度的调整方法有以下几种。
[0003](I)通过安装在滚筒支臂上的固体噪声传感器检测物料作用于相应滚筒上引起的截割力所激发的固体噪声，对固体噪声的振幅进行分析，然后使用切削煤炭和切削围岩的特征频谱对其进行比较，生成用于调整滚筒截割高度的控制信号。该方法的缺点是通过滚筒支臂传递固体噪声数据会受到其它影响，如轴承刚度、所出现的振动等等，导致无法以所需的精度工作。
[0004](2)通过监测采煤机工作过程中滚筒驱动电机的电流值和采煤机行进速度，计算比截割能量，根据煤层和围岩具有不同的比截割能量特征值设定阈值，当超出阈值时，表示采煤机切入围岩，进而采取相应的保护措施。该方法存在的问题是，需要事先采集采煤机切入围岩时的电流及行进速度值，提取围岩和煤层特征值，并且不同地质条件，特征值也不同，这一过程需要做大量试验，存在损坏采煤机的风险。
[0005](3)基于煤岩自然伽玛射线福射特性NGR(Natural Gamma Radiation)传感器法来识别煤岩界面，该方法对采煤工艺有一定要求，必须要留一定厚度的顶煤，降低了采出率，并且要求顶底板围岩必须有放射性元素。
[0006](4)基于采煤机切割力响应的传感器法，通过安装传感器拾取摇臂振动信号、滚筒轴扭矩信号及调高油缸压力信号进行综合分析，识别切割煤层还是围岩。该方法由于滚筒的旋转运动使信号的传输受到很大的影响。
[0007](5)煤层界面红外探测法，利用红外线热像仪检测割煤与割岩时载齿温度的变化，利用报警方式对此变化做出响应来达到控制采煤机的目的，但是该方法技术复杂、成本较高，仅适用于具有坚硬顶板的地质条件，尚没有成熟的探测装置，国内外仍处在探索阶段。
[0008](6)基于图像处理的煤岩识别法，通过对工作面进行拍照采集图像，提取灰度值、纹理值、对比度等，根据煤岩各自的特征值区间进行识别，建立煤岩判别模型，其问题在于图像采集受井下光照、粉尘、煤种等条件影响较大，特征区间难以界定，判别模型十分复杂，需要大量现场试验数据，在现场应用中，采集的图像容易模糊且多变，依靠统一的判别模型识别，其结果偏差较大，难以满足连续识别的要求。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是克服已有技术中存在的问题，提供一种信号采集、传输稳定，确定煤岩特征区间容易，判别规则模型简单直观的基于煤层震波探测和地学信息系统的采煤机滚筒调高方法。
[0010]为实现上述目的，本发明的基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，包括如下步骤:
[0011]a、在综采工作面切其特征在于眼形成后，利用煤层震波CT探测方法探测出综采工作面内部不同位置的煤层厚度值；
[0012]b、在采掘工程图中提取煤层底板等高线，对等高线离散形成底板高程点，利用不规则三角网建立煤层底板不规则三角网表面模型；
[0013]C、将工作面内煤层震波CT测点坐标转换成综采工作面的坐标系，将转换后的煤层震波CT测点的平面坐标代入不规则三角网模型，得到不规则三角网模型上的煤层震波CT测点位置的底板高程，将底板高程与煤层震波CT测点的煤厚值m(x,y)分别相加得到各煤层震波CT测点的煤层顶板高程，以各煤层震波CT测点平面坐标(X，y)及其顶板高程为离散点，建立煤层顶板不规则三角网表面模型；
[0014]d、对顶底板不规则三角网表面模型栅格化，按照采煤机单刀进尺80cm设定栅格像元尺寸大小为0.8X0.Sm,生成煤层顶底板栅格数字高程模型；
[0015]e、在采煤机身上安装惯性导航仪和寻北仪，在采煤机摇臂上安装轴编码器，以采煤机摇臂回转中心为参考点，确定采煤机摇臂回转中心参考点的初始地理坐标(Xtl, Y0,
Z0)；
[0016]f采煤机开始工作，寻北仪寻找地理真北方向，惯性导航仪实时采集采煤机的加速率和角速率，通过对加速率和角速率二者积分运算得到参考点的惯性坐标为Xb，yb, Zb,即采煤机的载体坐标，将载体坐标转换为地理坐标(?, yG, Ze)，转换公式如下:
【权利要求】
1.一种基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，其特征在于包括如下步骤: a、在综采工作面切眼形成后，利用煤层震波CT探测方法探测出综采工作面内部不同位置的煤层厚度值； b、在采掘工程图中提取煤层底板等高线，对等高线离散形成底板高程点，利用不规则三角网建立煤层底板不规则三角网表面模型； C、将工作面内煤层震波CT测点坐标转换成综采工作面的坐标系，将转换后的煤层震波CT测点的平面坐标代入不规则三角网模型，得到不规则三角网模型上的煤层震波CT测点位置的底板高程，将底板高程与煤层震波CT测点的煤厚值m(x, y)分别相加得到各煤层震波CT测点的煤层顶板高程，以各煤层震波CT测点平面坐标(x，y)及其顶板高程为离散点，建立煤层顶板不规则三角网表面模型； d、对顶底板不规则三角网表面模型栅格化，按照采煤机单刀进尺80cm设定栅格像元尺寸大小为0.8X0.Sm，生成煤层顶底板栅格数字高程模型； e、在采煤机身上安装惯性导航仪和寻北仪，在采煤机摇臂上安装轴编码器，以采煤机摇臂回转中心为参考点，确定采煤机摇臂回转中心参考点的初始地理坐标(X()，Y0, Z0)； f采煤机开始工作，寻北仪寻找地理真北方向，惯性导航仪实时采集采煤机的加速率和角速率，通过对加速率和角速率二者积分运算得到参考点的惯性坐标为xb，yb, Zb,即采煤机的载体坐标，将载体坐标转换为地理坐标(?, yG, Ze)，转换公式如下:
2.根据权利要求1所述的基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，其特征在于:当工作面内有断层切割煤层顶底板时，提取断层切割煤层底板形成的底板断煤交线，计算底板断煤交线各节点高程值，以底板断煤交线为软断裂线，底板高程点为数据值点，构建底板不规则三角网模型表面模型。
【文档编号】E21C35/24GK103883326SQ201410042707
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】孟磊, 刘鹏, 丁恩杰, 李响, 王桃, 滕家雨 申请人:中国矿业大学