采煤工作面支架定位系统及方法与流程

本发明涉及煤矿井下定位技术领域，特别是涉及一种采煤工作面支架定位系统及方法。

背景技术：

目前，卫星定位系统不能适用煤矿井下定位。现有的井下定位系统一般采用基站式定位，只有待测信号发生器进入基站测量范围，才能显示定位，并且一般只能定位到范围，精度较低，不能精确定位。工作面支架定位一般需要精确到0.1m，现有的基站式定位系统不能适用于支架精确定位。而产量分析、矿山压力分析等过程中，特别是研究顶板来压规律时，都需要用到支架的精准移架步距。

目前煤矿通常以班为单位，采用人工手动记录端头支架的位置来代指整个工作面的推进过程。但在实际生产过程中，因控制顶板来压等工作的实际需要，导致支架移动并不是一致移架，移动距离不尽相同，端头支架的移架过程并不得代表整个工作面的推进过程，给矿压分析、井上生产工作安排等带来很大的影响。神华集团研发了一款伸缩杆式支架定位系统，伸缩杆安装固定在推移千斤顶上，通过记录伸缩杆的伸缩量计算支架移架量，因计算过程采用叠加法，导致误差不断叠加，且存在移架过程中，存在刮板输送机与支架同时移动的情况，伸缩杆不能测出支架移动，导致伸缩杆式支架定位系统误差大，最终不能适用于井下支架精确定位。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种采煤工作面支架定位系统及方法，解决目前不能对采煤工作面支架精确定位的问题。

本发明提供一种采煤工作面支架定位系统，采煤工作面支架定位系统包括架间定位装置、红外测距传感器、多架液压支架和控制器；架间定位装置包括底座、电位器和与电位器电连接的定位集成电路，底座上铰接有两个线盘，线盘经复位弹簧卷连接底座，电位器包括电阻体和与电阻体接触的旋转体，电阻体装配连接底座，旋转体装配连接线盘且二者同轴布置，线盘上缠绕有测量绳，底座设置于一架液压支架上，两根测量绳从底座同侧绳槽引出，两根测量绳的末端均连接相邻液压支架；工作面端头处液压支架上设置红外测距传感器，工作面顺槽内设置有与红外测距传感器位于同一直线上的红外定位端；控制器分别信号连接红外测距传感器和多个定位集成电路。

进一步的，底座上靠近线盘的位置设置有固定柱和若干个导向滚柱，测量绳的一端固定连接固定柱，测量绳的另一端经若干个导向滚柱导向后从底座一侧引出。

进一步的，液压支架上设置有装配柱，测量绳的另一端连接有套设于相邻液压支架装配柱上的固定圈。

进一步的，导向滚柱的中间部分开设有沟槽，测量绳位于沟槽中。

进一步的，底座上设置有若干个支撑柱，支撑柱上装配有电路板，电路板上布置定位集成电路。

进一步的，所述测量绳为钢丝绳。

进一步的，多架液压支架中，工作面端头处液压支架为端头支架。

进一步的，所述控制器信号连接显示器。

进一步的，所述控制器为计算机。

本发明还提供一种采煤工作面支架定位方法，应用上述的采煤工作面支架定位系统，包括以下步骤：

步骤一、红外测距传感器测量工作面端头处液压支架到红外定位端的初始距离D0以确定工作面端头处液压支架的初始位置并将“D0”经信号转换上传至控制器，各液压支架上的架间定位装置测量两根测量绳的初始长度L11和L21，确定相邻液压支架之间的初始相对位置并将“L11”和“L21”经信号转换上传至控制器；

步骤二、随工作面向前推进，各液压支架向前移架，红外测距传感器测量工作面端头处液压支架到红外定位端的距离D以确定工作面端头处液压支架移架后的位置并将“D”经信号转换上传至控制器，各液压支架上的架间定位装置测量移架后两根测量绳的长度L12和L22，确定移架后相邻液压支架之间的相对位置并将“L12”、“L22”经信号转换上传至控制器；

步骤三、控制器将上传的信号计算处理得到各液压支架的位置。

与现有技术相比，本发明的采煤工作面支架定位系统及方法具有以下特点和优点：

本发明的采煤工作面支架定位系统及方法，可以对采煤工作面的各支架进行精确定位，可以为产量分析、矿山压力分析等提供支架的精准移架步距。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

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，底面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，底面描述中的附图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为本发明实施例采煤工作面支架定位系统的布置图；

图2为本发明实施例中架间定位装置的俯视透视图；

图3为本发明实施例中架间定位装置的侧视剖视图；

图4为本发明实施例中架间定位装置的主视剖视图；

图5为本发明实施例中定位集成电路的原理图；

图6为本发明实施例中相邻液压支架之间定位原理图；

图7为本发明实施例中信号传递示意图；

其中，11、底座,12、固定圈，13、线盘，14、固定柱，15、导向滚柱，16、测量绳，17、电位器，18、电路板，19、复位弹簧卷，21、端头支架，22、中间支架，31、红外测距传感器，32、红外定位端，4、支撑柱，5、绳槽。

具体实施方式

如图1至图7所示，本实施例提供一种采煤工作面支架定位系统，采煤工作面支架定位系统包括架控制器、间定位装置、红外测距传感器31和多架液压支架等，其中，液压支架包括端头支架21和中间支架22，端头支架21布置于工作面端头处，多架中间支架22依次排布于回采工作面。

架间定位装置包括底座11、线盘13、测量绳16、电位器17、电路板18和复位弹簧卷19等。底座11上铰接有两个线盘13，线盘13经复位弹簧卷19连接底座11。底座11上设置有若干个支撑柱4，支撑柱4上装配有电路板18，支撑柱4将电路板18牢固地支撑在底座11上，防止电路板18掉落。电路板18上布置定位集成电路，电位器17与定位集成电路电连接。电位器17包括电阻体和与电阻体接触的旋转体，电阻体装配连接底座11，旋转体装配连接线盘13且旋转体与线盘13同轴布置。线盘13上缠绕有测量绳16，本实施例的测量绳16为钢丝绳，钢丝绳满足测量的要求且延长使用寿命。当测量绳16向外拉伸时，线盘13发生转动，线盘的转动带动电位器17的电阻发生变化，并拉紧复位弹簧卷19；当测量绳16上的拉力消失时，复位弹簧卷19带动线盘13反向转动，将测量绳16收回。测量绳16的伸缩长度变化转化为线盘13的转动角度，线盘13的转动引起电位器17电阻阻值的变化，通过定位集成电路将电阻信号转化为485信号，并通过信号电缆将信号上传至信号整合装置。

底座11上靠近线盘13的位置设置有固定柱14和若干个导向滚柱15，测量绳16的一端固定连接固定柱14，测量绳16的另一端经若干个导向滚柱15导向后从底座11一侧绳槽5引出。测量绳16可以在绳槽5中左右摆动，导向滚柱15的中间部分开设有沟槽，测量绳16位于沟槽中，沟槽对测量绳16起到导向的作用并且可以防止测量绳16从导向滚柱15脱落。底座11设置于一架液压支架上，两根测量绳16从底座11的同侧引出，液压支架上设置有装配柱，两根测量绳16的另一端连接有固定圈12，固定圈12套设于相邻液压支架的装配柱上。本实施例中，端头支架21和中间支架22之间，底座11设置于中间支架22上，两根测量绳16的另一端经固定圈12套设在端头支架21的装配柱上；相邻中间支架22之间，底座11设置于中间支架22上，两根测量绳16的另一端经固定圈12套设在相邻的中间支架22的装配柱上。

工作面端头处液压支架(本实施例中为端头支架21)顶梁的下表面设置红外测距传感器31，工作面顺槽(本实施例中为运输顺槽)内设置有与红外测距传感器31位于同一直线上的红外定位端32。

本实施例中，控制器为计算机，计算机包括用于显示定位信息的显示器，计算机分别经数据传输装置信号连接红外测距传感器31和多个定位集成电路。数据传输装置包括信号整合装置和两个信号转化装置。信号整合装置和一个信号转化装置位于井下，一个信号转化装置和计算机位于井上。信号整合装置将红外测距传感器31和多个定位集成电路上传的信号整合，然后将信号上传至第一个信号转化装置，第一个信号转化装置将485信号转化为光信号，光信号通过井下光缆上传至第二个信号转化装置，第二个信号转化装置将光信号转化为485信号并上传至计算机。

本实施例还提供一种采煤工作面支架定位方法，应用上述的采煤工作面支架定位系统，包括以下步骤：

步骤一、在运输顺槽内每隔100米设定一个红外定位端32，红外测距传感器31测量工作面端头处液压支架(本实施例中为端头支架21)到红外定位端32的初始距离D0以确定工作面端头处液压支架的初始位置并将“D0”经信号转换上传至计算机，各液压支架上的架间定位装置测量两根测量绳16的初始长度L11和L21，确定相邻液压支架之间的初始相对位置并将“L11”和“L21”经信号转换上传至计算机；

步骤二、随工作面向前推进，各液压支架向前移架，红外测距传感器31测量工作面端头处液压支架到红外定位端32的距离D以确定工作面端头处液压支架移架后的位置并将“D”经信号转换上传至计算机，各液压支架上的架间定位装置测量移架后两根测量绳16的长度L12和L22，确定移架后相邻液压支架之间的相对位置并将“L12”、“L22”经信号转换上传至计算机；

步骤三、计算机将上传的信号计算处理得到各液压支架的位置并通过显示器显示各液压支架的具体位置及精准移架步距。

结合图6，相邻液压支架之间通过架间定位装置进行定位的原理如下：

已知L0、L1、L2的长度，其中，C为AB的中点；

在ΔAOB中,cosα1＝(L0²+L1²－L2²)/2L0L1；

在ΔAOC中,cosα1＝[(L0/2)²+L1²－L²]/2(L0/2)L1；

cosα＝[(L0/2)²+L²－L1²]/2(L0/2)L；

θ＝90°－α；

得出α1、α、θ和L的值；

则O点相对于C点的位置可通过(θ,L)表示，O点相对于C点的位置也是相邻液压支架之间的相对位置。

通过红外测距传感器31确定端头支架21的绝对位置，通过架间定位装置确定相邻液压支架之间的相对位置，由此可以精确得到整个工作面上所有液压支架的具体位置及精准移架步距。

本实施例的采煤工作面支架定位方法，应用采煤工作面支架定位系统，可以对采煤工作面的各支架进行精确定位，可以为产量分析、矿山压力分析等提供支架的精准移架步距。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。