一种综采工作面伪斜自动控制系统的制作方法
【专利摘要】一种综采工作面伪斜自动控制系统，包括刮板运输机、液压支架、支架控制器、激光定位传感器、激光测距仪、角度传感器和调斜千斤顶，刮板运输机由多节溜槽顺次连接而成，每节溜槽连接一架液压支架的推移杆；激光定位传感器、激光测距仪和角度传感器通过连接器与支架控制器相连；调斜千斤顶一端固定在刮板输送机下滑方向的相邻液压支架上，另一端固定在本架液压支架连接的溜槽上。本发明通过激光定位信号解决了液压支架在推移过程中的定位与姿态控制问题，实现了液压支架与刮板运输机保持垂直关系，使其液压支架在推溜过程中对刮板运输机产生的分力与刮板运输机和液压支架重量产生的分量抵消，从而解决了工作面设备上串下滑的问题。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种综采工作面伪斜自动控制系统，尤其涉及一种具有倾角的工作面 解决工作面设备调直和上串下滑问题的方法与控制系统。 一种综采工作面伪斜自动控制系统
【背景技术】
[0002] 综采工作面由多台液压支架在工作面依次排列而成，实现对工作面顶板的支撑和 对刮板运输机的迁移。工作面的液压支架是由刮板运输机弱约束的浮动系统，在工作面推 移过程中，由于液压支架与刮板运输机通过销耳连接，存在间隙，导致推移动作过程中存在 一定的误差，另外由于控制液压支架推移的行程传感器的精度不高，多次操作由设备配合 造成的误差和传感器精度造成的误差积累，最终导致工作面液压支架和刮板运输机弯曲不 直，直接影响割煤效果。在具有倾角的综采工作面，由于刮板运输机在推移过程中，会产生 一个向下的下滑力，导致刮板运输机整体下滑。由于为了实现工作面的正常运转，工作面的 刮板运输机、液压支架应保持运行姿态，即工作面在推移后应基本处于同一直线上。同时， 在采煤过程中，刮板运输机是采煤机运行的轨道，所以在工作面液压支架的直线度是保证 刮板运输机直线度的前提，最终为了在其上的采煤机达到良好的割煤效果。
[0003] 目前，液压支架手动系统工作面全部靠人工进行工作面直线度控制和上串下滑的 控制。在配置有电液控制系统的工作面由于控制系统传感器误差和销耳误差积累，以及液 压系统反馈滞时等问题，综采工作面设备调直操作多数还是以人工电控操作为主要手段， 对于大倾角工作面设备上串下滑更是需要操作人员根据现场情况来做具体判断后进行人 工手动控制，且现有技术中，直线度的控制基本依靠行程传感器的推移行程来判定，没有一 套校验反馈机制，一旦行程传感器发生故障，很使各液压支架和刮板运输机的直线度发生 较大偏差，给工作面的正常采掘工作带来严重的影响。上串下滑没有相关的电控系统解决 方案及其配套产品，设备下滑严重的，容易造成挤架严重，输送机机头过短造成输送机卸煤 不畅，在机头形成堆煤现象，严重时可能造成输送机将转载机推至运巷外帮煤壁，致使端头 安全出口堵塞，还会带来井下事故，
[0004] 为此，本领域急需研制一种安全可靠的综采工作面伪斜自动控制系统以解决大倾 角综采工作面用上串下滑和直线度控制等问题，实现工作面伪斜自动控制系统。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提出一种综采工作面伪斜自动控制系统，包括刮板运输 机、液压支架、支架控制器、激光定位传感器、激光测距仪、角度传感器和调斜千斤顶，所述 刮板运输机由多节溜槽顺次连接而成，每节溜槽连接一架液压支架的推移杆；所述激光定 位传感器、激光测距仪和角度传感器通过连接器与支架控制器相连；所述调斜千斤顶一端 固定在刮板输送机下滑方向的相邻液压支架上，另一端固定在本架液压支架连接的溜槽 上。
[0006] 优选所述激光定位传感器安装在液压支架上，共配置两个，其中一个用于工作面 液压支架之间定位，另外一个激光定位器的接收和发送端分别安装在液压支架和其连接的 溜槽上，用于检测液压支架和刮板运输机在移动过程中的相对位置，并液压支架在推移过 程中使刮板运输机和液压支架推移杆保持垂直关系，进行工作面刮板运输机的姿态控制。
[0007] 优选所述激光测距仪安装在工作面端头的液压支架上，通过支架控制器取得激光 测距仪测量的端头液压支架到顺槽巷道煤壁的距离，依据该距离的变化量来判断工作面设 备的下滑量。
[0008] 优选所述角度传感器安装在工作面端头的液压支架上，依据所述激光测距仪测量 的所述距离，计算工作面需要设定的伪斜角度和伪斜量，并通过支架控制器对液压支架的 姿态进行调整控制。
[0009] 使用上述综采工作面伪斜自动控制系统，包括
[0010] ①端头支架上安装角度传感器，测量工作面的倾角，并根据倾角的大小，确定工作 面伪斜角度，即将工作面排布成斜的，以便在液压支架推移时产生一个向上的分力，以克服 由于工作面的倾角液压支架和刮板运输机在推移时产生的下滑分力，以解决工作面液压支 架和刮板运输机的下滑，按照计算值和测量值，依靠调架千斤顶进行液压支架角度调整。 [0011] ②工作面完成移架的液压支架上的激光定位传感器发射激光，为未移架的液压支 架提供移架到位的位置标准，执行移架的液压支架上安装的激光定位传感器接收激光信 号，当到达与已经完成移架的液压支架相对齐的位置时，停止移架，从而实现工作面液压支 架的直线度控制。
[0012] ③工作面在执行推溜时，需要打开调斜千斤顶，保持液压支架与刮板运输机保持 垂直关系，以保证按照工作面调斜角度进行伪斜量控制，在执行移架过程中，应使用调架千 斤顶对液压支架移架过程结束后的姿态进行控制，以保证液压支架与刮板运输机基本保持 垂直状态。
[0013] ④工作面液压支架依次、重复执行推移过程，从而解决工作面的连续推进过程中 上串下滑，直线度控制的问题。
[0014] ⑤端头支架上通过激光测距仪测量端头支架与巷道煤壁的间隙，由此来判断工作 面设备的下滑量，同时调整伪斜量，防止工作面设备的继续下滑。
[0015] 本发明的优点在于：通过激光定位信号解决了液压支架在推移过程中的定位与姿 态控制问题，依据工作面的倾角自动控制工作面的伪斜量，依据激光定位器，以已经完成移 架的液压支架为参照物，实现液压支架移架过程的精确定位，从而实现了工作面直线度控 制；通过激光定位传感器实现了液压支架与刮板运输机保持垂直关系，使其液压支架在推 溜过程中对刮板运输机产生的向上分力与刮板运输机和液压支架重量产生的下滑分量抵 消，从而有效的解决了工作面设备上串下滑的问题。系统具有自动控制，结构简单，精度高， 可靠性高，安装、维护、使用方便等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 附图1为伪斜控制的工作面示意图；
[0017] 附图2为本发明所述带有激光定位传感器的工作面液压支架与刮板运输机的结 构图；
[0018] 附图3为本发明所述综采工作面伪斜自动控制系统中工作面液压支架组连接关 系工作原理示意图。
[0019] 附图标记如下：1-刮板运输机；2-液压支架；3-支架控制器；4-角度传感器； 5_激光定位传感器；6-激光测距仪。
【具体实施方式】
[0020] 参见附图1-3,其描述了根据本发明所述综采工作面伪斜自动控制系统的一个优 选实施例，在本实施例中，沿走向倾斜布置回采工作面，工作面按照伪斜控制方式，将工作 面布置成一个平行四边形，通过工作面的伪斜控制刮板输送机上窜下滑，随着工作面的逐 步推进，各液压支架推动前方的刮板运输机顺次前移。液压支架上安装有支架控制器和激 光定位传感器，支架控制器进行本架的推移架动作等基本操作，并可以与其它支架控制器 进行通讯，发送和接收数据信息，支架控制器与激光定位传感器通过连接器连接，支架控制 器可以控制激光定位传感器接收和发送信号，激光定位传感器安装在液压支架立柱上和两 柱之间以及刮板运输机上，为避免激光定位传感器脱落并保证激光信号的清晰稳定，优选 激光定位传感器通过连接钢圈固定在液压支架的前立柱上，其信号收发窗口通过钢杆伸 出，并保证其信号收发窗口处于液压支架的顶板以下。激光定位传感器包括发射单元和接 收单元，发射单元发射激光信号，激光信号优选为光栅信号，接收单元接收激光信号，支架 控制器通过连接单元连接激光定位传感器，可以通过命令来选择进行信号发送或接收，接 收单元均为多组阵列式，即由多个激光接收器组成激光信号接收的矩阵，接收激光光栅信 号，以控制液压支架的移架，并依据激光接收信号在接收阵列中的位置，确认是否到位或超 出，以较好的控制液压支架的移架位置，从而达到工作面直线度的精细化控制。
[0021] 通过这种设置方式，在完成移架的液压支架两端头支架上，通过支架控制器开启 激光定位传感器的激光发射器发出液压支架移架定位激光信号，正在执行移架的支架控制 器打开激光定位传感器的激光接收器，随时检测移架激光定位信号，当支架控制器检测到 移架激光定位信号时，停止移架动作，并将已经不在完成移架边缘的液压支架关闭激光定 位传感器的激光发射器，完成移架的打开激光定位传感器的激光发射器，为相邻架和隔架 未移架的液压支架提供移架定位激光信号。
[0022] 对于实现跟机自动化控制的液压支架，可能会由于采煤机速度较快，液压支架会 出现多架移架的现象，这样需要按照移架行程进行激光信号的顺序控制，即接近完成移架 步距的液压支架按照接收到的移架定位激光信号首先结束移架过程，并立即打开移架激光 定位传感器的激光发射器，为其他未完成移架的液压支架提供移架定位激光信号。
[0023] 工作面液压支架依次完成同上述步骤，各液压支架按上述方式依次进行移架，直 到本工作面所有液压支架移架完成，此时工作面所有的支架的移架距离都与第一架液压支 架的移架距离保持一致，各液压支架可以保持一个比较好的直线度。在液压支架移架过程 中还要使液压支架与刮板运输机保持垂直关系，为此，依赖在液压支架上和对应的刮板运 输机上安装的激光定位传感器，进行垂直方向上的调整，通过液压支架的调架机构完成在 移架过程中，液压支架与刮板运输机上激光信号对位，确保液压支架移架过程中及移架结 束后都保持与刮板运输机垂直，这样可以保证在液压支架推溜时可以按照计算好的向上分 力与刮板运输机和液压支架设备自重产生的下滑力相抵消，以解决工作面设备在推移过程 中的上串下滑。采用在端头支架上安装激光测距仪测量端头支架与巷道煤壁的间隙，由此 来判断工作面设备的下滑量，同时调整伪斜量，防止工作面设备的继续下滑。
[0024] 具体而言，使用上述综采工作面伪斜自动控制系统，可以包括下列步骤：
[0025] ①端头支架上安装角度传感器，测量工作面的倾角，并根据倾角的大小，确定工作 面伪斜角度，即将工作面排布成斜的，以便在液压支架推移时产生一个向上的分力，以克服 由于工作面的倾角液压支架和刮板运输机在推移时产生的下滑分力，以解决工作面液压支 架和刮板运输机的下滑，按照计算值和测量值，依靠调架千斤顶进行液压支架角度调整。
[0026] ②工作面完成移架的液压支架上的激光定位传感器发射激光，为未移架的液压支 架提供移架到位的位置标准，执行移架的液压支架上安装的激光定位传感器接收激光信 号，当到达与已经完成移架的液压支架相对齐的位置时，停止移架，从而实现工作面液压支 架的直线度控制。
[0027] ③工作面在执行推溜时，需要打开调斜千斤顶，保持液压支架与刮板运输机保持 垂直关系，以保证按照工作面调斜角度进行伪斜量控制，在执行移架过程中，应使用调架千 斤顶对液压支架移架过程结束后的姿态进行控制，以保证液压支架与刮板运输机基本保持 垂直状态。
[0028] ④工作面液压支架依次、重复执行推移过程，从而解决工作面的连续推进过程中 上串下滑，直线度控制的问题。
[0029] ⑤端头支架上通过激光测距仪测量端头支架与巷道煤壁的间隙，由此来判断工作 面设备的下滑量，同时调整伪斜量，防止工作面设备的继续下滑。
[0030] 其中控制上窜下滑的具体方法如下：
[0031] 端头支架依据角度传感器测量的工作面走向倾角，确定控制伪斜量，并进行端头 支架的移架控制；
[0032] 完成移架的液压支架的支架控制器按照工作面设备走向，控制相应的激光定位传 感器发射单元发出激光定位信号，为相近的准备移架的液压支架提供移架位置信号；
[0033] 准备移架的液压支架在移架过程中不断的检测水平和垂直激光定位传感器激光 位置接收信号，在水平方向上控制液压支架移架保持工作面液压支架的直线度，在垂直方 向上控制液压支架推移过程中对刮板运输机产生的向上分力，使其与由于刮板运输机和液 压支架设备自重产生的下滑力相抵消，使其处于平衡状态，从而解决工作面设备的上串下 滑，实现工作面直线度控制；
[0034] 重复上述步骤，可以使工作面保持运行姿态，实现工作面的连续生产作业。
[0035] 以上所述，仅为本发明专利较佳的【具体实施方式】，但本发明专利的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种综采工作面伪斜自动控制系统，包括刮板运输机、液压支架、支架控制器、激光 定位传感器、激光测距仪、角度传感器和调斜千斤顶，其特征在于：所述刮板运输机由多节 溜槽顺次连接而成，每节溜槽连接一架液压支架的推移杆；所述激光定位传感器、激光测距 仪和角度传感器通过连接器与支架控制器相连；所述调斜千斤顶一端固定在刮板输送机下 滑方向的相邻液压支架上，另一端固定在本架液压支架连接的溜槽上。
2. 如权利要求1所述的综采工作面伪斜自动控制系统，其特征在于：所述激光定位传 感器安装在液压支架上，共配置两个，其中一个用于工作面液压支架之间定位，另外一个激 光定位器的接收和发送端分别安装在液压支架和其连接的溜槽上，用于检测液压支架和刮 板运输机在移动过程中的相对位置，并液压支架在推移过程中使刮板运输机和液压支架推 移杆保持垂直关系，进行工作面刮板运输机的姿态控制。
3. 如权利要求1或2所述的综采工作面伪斜自动控制系统，其特征在于：所述激光测 距仪安装在工作面端头的液压支架上，通过支架控制器取得激光测距仪测量的端头液压支 架到顺槽巷道煤壁的距离，依据该距离的变化量来判断工作面设备的下滑量。
4. 如权利要求3所述的综采工作面伪斜自动控制系统，其特征在于：所述角度传感器 安装在工作面端头的液压支架上，依据所述激光测距仪测量的所述距离，计算工作面需要 设定的伪斜角度和伪斜量，并通过支架控制器对液压支架的姿态进行调整控制。
【文档编号】E21D9/12GK104100277SQ201410373013
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】牛剑峰, 李俊士, 刘清 申请人:北京天地玛珂电液控制系统有限公司