一种支架辅助的采煤工艺及采煤系统的制作方法

本发明属于煤矿挖掘技术领域，具体涉及适用于煤矿井下薄煤层综采工作面的一种支架辅助的采煤系统。

背景技术：

一直以来，综采工作面采煤工艺已经成熟，可以根据煤层厚度、走向采用不同的采煤工艺。根据高度，可以采用一次采全高方式、综合放顶煤方式，特别的一次采全高方式应用范围越来越广，从原来的2～4米逐步升高，一直到接近十米的一次采全高的大采高采煤工艺。而对于薄煤层采煤作业，由于受到高度的限制，工人通常无法在工作面沿线直立行走，有些时候只能匍匐作业，所以薄煤层采煤的工人，劳动强度更高。

为了高效地展开采煤工作，综采工作面通常要求保证“三直”，即工作面煤壁直、输送机直、液压支架直，并为此开发出各种保证“三直”的检测系统，显然，在工人无法直立行走的薄煤层进行采煤作业时，难以保证“三直”。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种适用于薄煤层的采煤工艺及系统，可以实现支架辅助的采煤，俯采仰采控制，垂直进刀截割工艺。

本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种支架辅助的采煤系统，包括：采煤机和刮板运输机，所述采煤机前侧设有截割滚筒，所述采煤机设置在刮板运输机上，刮板运输机的后侧相间隔的设有至少3根推移连杆，每根推移连杆后侧设有推移油缸，所述推移油缸中设有行程传感器，推移油缸的后端与液压支架相连，液压支架撑起时顶部顶住煤层的顶壁，收缩时可由推移油缸拖动；所述推移连杆上设有伸缩油缸，伸缩油缸顶部设有刮板运输机连接块，所述刮板运输机连接块与刮板运输机相连，伸缩油缸可以抬起刮板运输机连接块，从而调节刮板运输机的角度；所述的刮板运输机连接块上设有轨道，轨道上设有可移动检测装置；所述轨道包括长轨道和短轨道，多个短轨道串联实现轨道的弯曲；所述可移动检测装置包括陀螺仪、激光测距雷达、uwb定位设备和无线通讯模块。

第二方面，本发明提供一种采用如上所述的支架辅助的采煤系统的采煤工艺，包括：

步骤一、初始化系统的位置及坐标；

步骤二、使可移动检测装置在轨道上行进并获取自身轨迹及到煤壁的距离；

步骤三、根据可移动检测装置的轨迹及到煤壁的距离确定刮板运输机在平面坐标系中的坐标值和煤壁轮廓；

步骤四、根据刮板运输机和煤壁轮毂在平面坐标系中的坐标值确定找直所需的推移油缸行程数值，控制推移油缸及液压支架进行找直；

步骤五、完成找直后液压支架撑开顶部顶住煤层的顶壁，通过伸缩油缸进行俯采仰采控制，通过推移油缸推动刮板运输机、采煤机及截割滚筒前移进行采煤作业；

完成一次煤壁的截割后，重复步骤二至五。

所述使可移动检测装置在轨道上行进并获取自身轨迹及到煤壁的距离，包括：使可移动检测装置在轨道上向行走，通过激光测距雷达扫描薄煤层煤壁，得到煤壁的轮廓特性及煤壁轮廓各个位置到激光雷达的距离；通过陀螺仪记录可移动检测装置沿轨道运行的轨迹特征，轨迹特征包括各采样点轨道的俯仰角，即刮板运输机的俯仰角和轨道各采样点在水平面上前后位移，即刮板运输机的水平位移。

所述根据可移动检测装置的轨迹及到煤壁的距离确定刮板运输机在平面坐标系中的坐标值和煤壁轮廓，包括通过uwb定位设备确定刮板运输机的水平位移和煤壁轮廓各个位置到激光雷达的距离在平面坐标系中的坐标值。

所述根据刮板运输机和煤壁轮毂在平面坐标系中的坐标值确定找直所需的推移油缸行程数值，控制推移油缸及液压支架进行找直，包括：刮板运输机找直、煤壁找直和液压支架找直。

所述刮板运输机找直具体包括：所述可移动检测装置在轨道上沿着刮板运输机的找直方向行走，通过陀螺仪在采样点记录与x轴平行线的偏差值δy，所有采样点数据记录完成后，选定一个采样点为基准，通过推移油缸推动推移连杆及刮板运输机，使其他采样点沿找直方向的偏差值，等于基准采样点的偏差值，从而实现刮板运输机找直。

所述煤壁找直具体包括：所述可移动检测装置在轨道上沿着刮板运输机的找直方向行走，通过陀螺仪在采样点记录与x轴平行线的偏差值δy，通过激光测距雷达测量煤壁在采样点与可移动检测装置的距离y1，则煤壁在各采样点与x轴平行线的偏差值“y2＝y1+δy”，所有采样点数据记录完成后，选定一个采样点为基准，先通过垂直进刀工艺，通过推移油缸推动推移连杆及刮板运输机，进而控制所述截割滚筒的截割煤壁深度，使截割煤壁深度大于y2，通过推移油缸推移刮板运输机的方式，再完成刮板运输机找直，最后通过完成下次煤壁的截割，实现煤壁找直。

所述液压支架找直具体包括：完成刮板运输机找直后，通过推移油缸拉动，液压支架前移，使每个推移油缸的伸长量保持一致，即实现液压支架找直。

本发明的优点和有益效果是：

通过本发明描述的采煤工艺，结合电液控系统的自动控制，采煤机的远程自动控制和视频监控等成熟产品与技术，可以实现环境自动感知条件下的采煤机自动截割、刮板运输机自动找直，液压支架的自动找直等操作，在薄煤层实现自动化的采煤作业。

附图说明

图1为本发明提供的一种支架辅助的采煤系统及综采工作面的俯视示意图；

图2为本发明提供的一种支架辅助的采煤系统的侧视示意图。

其中：1、轨道；2、可移动检测装置；3、推移油缸；4、推移连杆；5、刮板运输机；6、采煤机；7、截割滚筒；8、伸缩油缸；9、液压支架；10、刮板运输机连接块。a为未开采区域；b为采空区域；c为有支护的工作面沿线区域；d为待采区域。

具体实施方式

以下结合具体实施例对发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、2所示，本发明提供一种支架辅助的采煤系统，包括：采煤机6和刮板运输机5，所述采煤机6前侧设有截割滚筒7，所述采煤机6设置在刮板运输机5上并可在刮板运输机上移动，刮板运输机5的后侧相间隔的设有至少3根推移连杆4，每根推移连杆后侧设有推移油缸3，所述推移油缸中设有行程传感器，每个推移油缸的后端各与一个液压支架9相连，液压支架9上下两端分别设有顶板和底板，液压支架撑起时顶部顶住煤层的顶壁，液压支架收缩时可由推移油缸拖动；所述推移连杆4上设有伸缩油缸8，伸缩油缸8顶部设有刮板运输机连接块10，所述刮板运输机连接块与刮板运输机5相连，伸缩油缸8可以抬起刮板运输机连接块20，从而调节刮板运输机5的角度；所述的刮板运输机连接块上设有轨道1，轨道上设有可移动检测装置2；所述轨道包括长轨道和短轨道，多个短轨道串联实现轨道的弯曲；所述可移动检测装置包括陀螺仪、激光测距雷达、uwb定位设备和无线通讯模块。

本发明提供一种采用如上所述的支架辅助的采煤系统的采煤工艺，包括：

步骤一、初始化系统的位置及坐标；

步骤二、使可移动检测装置2在轨道1上行进并获取自身轨迹及到煤壁的距离；

步骤三、根据可移动检测装置2的轨迹及到煤壁的距离确定刮板运输机在平面坐标系中的坐标值和煤壁轮廓；

步骤四、根据刮板运输机5和煤壁轮毂在平面坐标系中的坐标值确定找直所需的推移油缸行程数值，控制推移油缸3及液压支架9进行找直；

步骤五、完成找直后液压支架9撑开顶部顶住煤层的顶壁，通过伸缩油缸8进行俯采仰采控制，通过推移油缸4推动刮板运输机6、采煤机6及截割滚筒7前移进行采煤作业；

完成一次煤壁的截割后，重复步骤二至五。

所述使可移动检测装置2在轨道上行进并获取自身轨迹及到煤壁的距离，包括：使可移动检测装置在轨道上向行走，通过激光测距雷达扫描薄煤层煤壁，得到煤壁的轮廓特性及煤壁轮廓各个位置到激光雷达的距离；通过陀螺仪记录可移动检测装置沿轨道运行的轨迹特征，轨迹特征包括各采样点轨道的俯仰角，即刮板运输机的俯仰角和轨道各采样点在水平面上前后位移，即刮板运输机的水平位移。

所述根据可移动检测装置2的轨迹及到煤壁的距离确定刮板运输机5在平面坐标系中的坐标值和煤壁轮廓，包括通过uwb定位设备确定刮板运输机的水平位移和煤壁轮廓各个位置到激光雷达的距离在平面坐标系中的坐标值。

所述根据刮板运输机5和煤壁轮毂在平面坐标系中的坐标值确定找直所需的推移油缸行程数值，控制推移油缸及液压支架进行找直，包括：刮板运输机找直、煤壁找直和液压支架找直。

所述刮板运输机找直具体包括：所述可移动检测装置在轨道上沿着刮板运输机的找直方向行走，通过陀螺仪在采样点记录与x轴平行线的偏差值δy，所有采样点数据记录完成后，选定一个采样点为基准，通过推移油缸推动推移连杆及刮板运输机，使其他采样点沿找直方向的偏差值，等于基准采样点的偏差值，从而实现刮板运输机找直。

所述煤壁找直具体包括：所述可移动检测装置在轨道上沿着刮板运输机的找直方向行走，通过陀螺仪在采样点记录与x轴平行线的偏差值δy，通过激光测距雷达测量煤壁在采样点与可移动检测装置的距离y1，则煤壁在各采样点与x轴平行线的偏差值“y2＝y1+δy”，所有采样点数据记录完成后，选定一个采样点为基准，先通过垂直进刀工艺，通过推移油缸推动推移连杆及刮板运输机，进而控制所述截割滚筒的截割煤壁深度，使截割煤壁深度大于y2，通过推移油缸推移刮板运输机的方式，再完成刮板运输机找直，最后通过完成下次煤壁的截割，实现煤壁找直。

所述液压支架找直具体包括：完成刮板运输机找直后，通过推移油缸拉动，使液压支架前移，使每个推移油缸的伸长量保持一致，即实现液压支架找直。

以上对本发明的实例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。