一种综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法
【专利摘要】一种综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法，包括系统主机，顶梁倾角传感器，掩护梁倾角传感器和连接线；顶梁倾角传感器安装于支架的顶梁上，用于测定其倾角；掩护梁倾角传感器安装于支架的掩护梁上，用于测定其倾角；连接线用于将顶梁倾角传感器和掩护梁倾角传感器与系统主机连接。本发明不仅能准确获得顶梁、掩护梁、四连杆等支架多位态信息，而且还能准确获得支架活柱下缩量值，有效消除了综采工作面支架位态和活柱下缩量测定中工人劳动强度大，监测成本高，数据实时性差，精度低的弊端。
【专利说明】
一种综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法。
【背景技术】
[0002]我国煤矿采掘深度和开采强度日益增大，在煤矿井下恶劣环境中，工作面液压支架承受上覆数百吨岩层的载荷。一旦工作面顶板来压或支架位态不好，液压支架立柱会产生较大的下缩量，甚至引起顶板沿煤壁切落或端面冒顶的恶性事故，不利于工作面安全正常生产。
[0003]由于工作面支架由顶梁、掩护梁、四连杆、立柱、底座等组成，一旦支架受力状况恶化，不但需要测试立柱的下缩量，而且需要同步监测顶梁、掩护梁、四连杆的俯仰或歪斜角，将上述结果同步评价才能综合评判支架工作状态。因此，在矿山压力显现比较强烈的工作面，需要经常进行支架位态和活柱下缩量观测。
[0004]目前，针对支架位态进行测试的方法为:通过安装在支架顶梁上的倾角记录仪读出顶梁的倾角。该方法只能测试顶梁的倾角等单一指标，实际对判断支架的位态和活柱下缩量毫无帮助。
[0005]针对支架活柱下缩量测试的方法有多种，应用较多的有:人工活柱下缩量测试法。此种方法由工人采用卷尺每间隔一段时间对液压支架的立柱高度进行现场实测，通过换算得到立柱的下缩量。但此方法存在诸多不足，首先，测试过程需要工人在工作面上下攀爬，劳动强度高，井下低照度条件下卷尺读数误差大；其次，此方法全程由人工测试和计算，实时性和时效性差，不利于及时指导现场安全生产。
[0006]综上所述，目前实际还没有一种可以明显降低工人劳动强度，明显提高监测精度，明显节约监测成本，明显提高监测效率的综采工作面支架位态和活柱下缩量测定系统和方法。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法。
[0008]本发明采用的技术方案如下:
[0009]一种综采工作面支架位态和活柱下缩量测定系统，包括系统主机，顶梁倾角传感器，掩护梁倾角传感器和连接线；所述系统主机包括交互接口，存储装置和数据处理器，所述交互接口用于接收所述顶梁倾角传感器和所述掩护梁倾角传感器自动传输或人工输入的数据，并将经所述数据处理器处理后的结果传输给用户，所述存储装置用于存储所述交互接口接收或输出的数据，所述数据处理器用于对所述交互接口接收的数据进行处理，获得所述支架各铰接点相对距离，进而获得所述支架位态和活柱下缩量数据，并传输给所述交互接口 ；所述顶梁倾角传感器安装于所述支架的顶梁上，用于测定其倾角；所述掩护梁倾角传感器安装于所述支架的掩护梁上，用于测定其倾角；所述连接线用于将所述顶梁倾角传感器和所述掩护梁倾角传感器与所述系统主机连接。
[0010]在上述综采工作面支架位态和活柱下缩量测定系统中，所述顶梁倾角传感器和所述掩护梁倾角传感器为多向倾角传感器。
[0011]在上述综采工作面支架位态和活柱下缩量测定系统中，所述顶梁倾角传感器，所述掩护梁倾角传感器和所述系统主机均安装在本安外壳内。
[0012]在上述综采工作面支架位态和活柱下缩量测定系统中，所述数据处理器包括一个单片机。
[0013]一种采用上述综采工作面支架位态和活柱下缩量测定系统进行测定的综采工作面支架位态和活柱下缩量测定方法，包括如下步骤:
[0014](^)将所述工作面支架基本结构参数输入所述系统主机(1)进行初始参数设置，包括底座⑵上分别与活柱(8)、前连杆(9)和后连杆(10)的铰接位置参数，掩护梁(6)上分别与顶梁(5)、前连杆(9)和后连杆(10)的铰接位置参数，顶梁(5)上与活柱⑶的铰接位置参数，前连杆⑶和后连杆(10)上分别与底座⑵和掩护梁(6)的铰接位置参数；
[0015](^)在所述支架初始状态下，启动所述综采工作面支架位态和活柱下缩量测定系统；
[0016](0)根据所述顶梁倾角传感器(2)和掩护梁倾角传感器(3)测定结果，记录所述支架初始状态下，所述顶梁(5)和掩护梁￠)的初始倾角；
[0017]⑷根据步骤⑷输入的支架基本结构参数和所述顶梁(5)及掩护梁(6)的初始倾角测定结果，通过系统主机内部对支架结构的三角关系运算即可获得所述支架的活柱与顶梁交接点(501),顶梁与掩护梁铰接点(502),掩护梁与前连杆铰接点(601),掩护梁与后连杆铰接点(602),底座与前连杆铰接点(702)和底座与后连杆铰接点(703)相对于底座与活柱铰接点(701)的距离值或坐标值，其中，根据所述活柱与顶梁交接点(501)相对于所述底座与活柱铰接点(701)的距离值或坐标值即可得到所述活柱(8)的初始高度!I。；
[0018](6)在所述支架工作状态下，实时通过所述掩护梁倾角传感器(3)测得所述掩护梁(6)的倾角，并根据步骤((1)确定的数据，经所述系统主机(1)处理，获得所述顶梁与掩护梁铰接点(502),所述掩护梁与前连杆铰接点￠01),所述掩护梁与后连杆铰接点(602)相对于所述底座与活柱铰接点(701)的相对距离值或坐标值，并获得所述掩护梁(6)与所述前连杆(9)和所述后连杆(10)之间夹角，即所述支架位态；
[0019](^)在所述支架工作状态下，实时通过所述顶梁倾角传感器(2)测得所述顶梁(5)的倾角，并根据步骤(6)确定的数据，进而经所述系统主机(1)处理，获得所述活柱与顶梁交接点(501)相对于所述底座与活柱铰接点(701)的相对距离值或相对坐标值，进而获得所述活柱(8)实时状态高度扎；
[0020](8)根据步骤化)确定的数据，获得所述活柱(8)的下缩量八!I。
[0021]在上述综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定方法中，所述安装于同一支架上的所述顶梁倾角传感器和所述掩护梁倾角传感器在监测所述顶梁和所述掩护梁倾角的过程中是同步进行的；另外，还可与矿压监测系统支架压力数据实现同步分析。
[0022]在上述综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定方法中，所述顶梁倾角传感器和所述掩护梁倾角传感器初始安装方向优选与所述综采工作面倾斜方向平行，误差范围小于1%。
[0023]本发明的系统和方法与现有技术相比具有以下优点:
[0024]①本发明提供的一种综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法，仅在支架顶梁和掩护梁上安装两个倾角传感器，即可实现监测支架顶梁俯仰角、掩护梁及四连杆机构倾角等支架主要位态数据，同时还可获得精确的支架活柱伸缩量数据，因此，本发明监测成本明显降低，监测效率明显提高。
[0025]②本发明提供的一种综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法，由于采用系统主机实时处理监测数据，因此，本发明测试精度明显提高，工人劳动强度大幅降低，而且数据实时性强，监测结果即可用于安全生产决疑。
[0026]③本发明提供的一种综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法，根据综采工作面赋存条件和开采布置条件进行倾角传感器安装方向，因此，本发明能够有效消除综采工作面赋存条件变化和开采布置条件变化产生的误差影响，测试精度进一步得到提闻。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了使发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0028]图1是本发明一种综采工作面支架位态和活柱下缩量测定系统布置示意图。
[0029]图中标记为:1-系统主机，2-顶梁倾角传感器，3-掩护梁倾角传感器，4-连接线，5-顶梁，6-掩护梁，7-底座，8-活柱，9-前连杆，10-后连杆，501-顶梁与活柱铰接点，502-顶梁与掩护梁铰接点，601-掩护梁与前连杆铰接点，602-掩护梁与后连杆铰接点，701-底座与活柱铰接点，702-底座与前连杆铰接点，703-底座与后连杆铰接点。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0031]图1是本发明一种综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法的优选实施例。
[0032]所述综采工作面支架位态和活柱下缩量测定系统，包括系统主机1，顶梁倾角传感器2，掩护梁倾角传感器3和连接线4 ；所述系统主机1包括交互接口，存储装置和数据处理器，所述交互接口用于接收所述顶梁倾角传感器2和所述掩护梁倾角传感器3自动传输或人工输入的数据，并将经所述数据处理器处理后的结果传输给用户，所述存储装置用于存储所述交互接口接收或输出的数据，所述数据处理器用于对所述交互接口接收的数据进行处理，获得所述支架各铰接点相对距离，进而获得所述支架位态和活柱下缩量数据，并传输给所述交互接口 ；所述顶梁倾角传感器2安装于所述支架的顶梁5上，用于测定其倾角；所述掩护梁倾角传感器3安装于所述支架的掩护梁6上，用于测定其倾角；所述连接线4用于将所述顶梁倾角传感器2和所述掩护梁倾角传感器3与所述系统主机1连接。
[0033]在本实施例中，所述顶梁倾角传感器2和所述掩护梁倾角传感器3为多向倾角传感器。
[0034]在本实施例中，所述数据处理器包括一个单片机。
[0035]采用本实施例中的综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统进行测定的综采工作面支架位态和活柱下缩量测定方法，包括如下步骤:
[0036](^)将所述工作面支架基本结构参数输入所述系统主机(1)进行初始参数设置，包括底座⑵上分别与活柱(8)、前连杆(9)和后连杆(10)的铰接位置参数，掩护梁(6)上分别与顶梁(5)、前连杆(9)和后连杆(10)的铰接位置参数，顶梁(5)上与活柱⑶的铰接位置参数，前连杆⑶和后连杆(10)上分别与底座⑵和掩护梁(6)的铰接位置参数；
[0037](^)在所述支架初始状态下，启动所述综采工作面支架位态和活柱下缩量测定系统；
[0038](0)根据所述顶梁倾角传感器(2)和掩护梁倾角传感器(3)测定结果，记录所述支架初始状态下，所述顶梁(5)和掩护梁￠)的初始倾角；
[0039]⑷根据步骤⑷输入的支架基本结构参数和所述顶梁(5)及掩护梁(6)的初始倾角测定结果，通过系统主机内部对支架结构的三角关系运算即可获得所述支架的活柱与顶梁交接点(501),顶梁与掩护梁铰接点(502),掩护梁与前连杆铰接点(601),掩护梁与后连杆铰接点￠02),底座与前连杆铰接点(702)和底座与后连杆铰接点(703)相对于底座与活柱铰接点(701)的距离值或坐标值，其中，根据所述活柱与顶梁交接点(501)相对于所述底座与活柱铰接点(701)的距离值或坐标值即可得到所述活柱(8)的初始高度！I。；
[0040](6)在所述支架工作状态下，实时通过所述掩护梁倾角传感器(3)测得所述掩护梁(6)的倾角，并根据步骤((1)确定的数据，经所述系统主机(1)处理，获得所述顶梁与掩护梁铰接点(502),所述掩护梁与前连杆铰接点￠01),所述掩护梁与后连杆铰接点(602)相对于所述底座与活柱铰接点(701)的相对距离值或坐标值，并获得所述掩护梁(6)与所述前连杆(9)和所述后连杆(10)之间夹角，即所述支架位态；
[0041](^)在所述支架工作状态下，实时通过所述顶梁倾角传感器(2)测得所述顶梁(5)的倾角，并根据步骤(6)确定的数据，进而经所述系统主机(1)处理，获得所述活柱与顶梁交接点(501)相对于所述底座与活柱铰接点(701)的相对距离值或相对坐标值，进而获得所述活柱(8)实时状态高度扎；
[0042](8)根据步骤化)确定的数据，获得所述活柱(8)的下缩量八!I。
[0043]在本实施例中，所述安装于同一支架上的所述顶梁倾角传感器2和所述掩护梁倾角传感器3在监测所述顶梁5和所述掩护梁6倾角的过程中是同步进行的。
[0044]在本实施例中，所述顶梁倾角传感器2和所述掩护梁倾角传感器3初始安装方向与所述综采工作面倾斜方向平行。
[0045]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法，其特征在于:包括系统主机(I)，顶梁倾角传感器(2)，掩护梁倾角传感器(3)和连接线(4)； 所述系统主机(I)包括交互接口，存储装置和数据处理器，所述交互接口用于接收所述顶梁倾角传感器(2)和所述掩护梁倾角传感器(3)自动传输或人工输入的数据，并将经所述数据处理器处理后的结果传输给用户，所述存储装置用于存储所述交互接口接收或输出的数据，所述数据处理器用于对所述交互接口接收的数据进行处理，获得所述支架各铰接点相对距离，进而获得所述支架多位态和活柱下缩量数据，并传输给所述交互接口 ； 所述顶梁倾角传感器(2)安装于所述支架的顶梁(5)上，用于测定其倾角，数量为I个； 所述掩护梁倾角传感器(3)安装于所述支架的掩护梁(6)上，用于测定其倾角，数量为I个； 所述连接线(4)用于将所述顶梁倾角传感器(2)和所述掩护梁倾角传感器(3)与所述系统主机(I)连接。
2.根据权利要求1所述的综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法，其特征在于:所述顶梁倾角传感器(2)和所述掩护梁倾角传感器(3)为多向倾角传感器。
3.根据权利要求1或2所述的综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统及方法，其特征在于:所述数据处理器包括一个单片机。
4.一种采用权利要求1-3任一所述的综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统进行测定的综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定方法，其特征在于:包括如下步骤: (a)将所述工作面支架基本结构参数输入所述系统主机(I)进行初始参数设置，包括底座(7)上分别与活柱(8)、前连杆(9)和后连杆(10)的铰接位置参数，掩护梁(6)上分别与顶梁(5)、前连杆(9)和后连杆(10)的铰接位置参数，顶梁(5)上与活柱⑶的铰接位置参数，前连杆(9)和后连杆(10)上分别与底座(7)和掩护梁(6)的铰接位置参数； (b)在所述支架初始状态下，启动所述综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定系统； (c)根据所述顶梁倾角传感器(2)和掩护梁倾角传感器(3)测定结果，记录所述支架初始状态下，所述顶梁(5)和掩护梁￠)的初始倾角； (d)根据步骤(a)输入的支架基本结构参数和所述顶梁(5)及掩护梁(6)的初始倾角测定结果，通过系统主机内部对支架结构的三角关系运算即可获得所述支架的活柱与顶梁交接点(501)，顶梁与掩护梁铰接点(502)，掩护梁与前连杆铰接点(601)，掩护梁与后连杆铰接点￠02)，底座与前连杆铰接点(702)和底座与后连杆铰接点(703)相对于底座与活柱铰接点(701)的距离值或坐标值，其中，根据所述活柱与顶梁交接点(501)相对于所述底座与活柱铰接点(701)的距离值或坐标值即可得到所述活柱(8)的初始高度H。； (e)在所述支架工作状态下，实时通过所述掩护梁倾角传感器(3)测得所述掩护梁(6)的倾角，并根据步骤(d)确定的数据，经所述系统主机(I)处理，获得所述顶梁与掩护梁铰接点(502)，所述掩护梁与前连杆铰接点(601)，所述掩护梁与后连杆铰接点(602)相对于所述底座与活柱铰接点(701)的相对距离值或坐标值，并获得所述掩护梁(6)与所述前连杆(9)和所述后连杆(10)之间夹角，即所述支架位态； (f)在所述支架工作状态下，实时通过所述顶梁倾角传感器(2)测得所述顶梁(5)的倾角，并根据步骤(e)确定的数据，进而经所述系统主机(I)处理，获得所述活柱与顶梁交接点(501)相对于所述底座与活柱铰接点(701)的相对距离值或相对坐标值，进而获得所述活柱(8)实时状态高度扎； (g)根据步骤(f)确定的数据，获得所述活柱(8)的下缩量Λ H。
5.根据权利要求4所述的综采工作面支架位态和活柱下缩量测定方法，其特征在于:所述安装于同一支架上的所述顶梁倾角传感器(2)和所述掩护梁倾角传感器(3)在监测所述顶梁(5)和所述掩护梁(6)倾角的过程中是同步进行的。
6.根据权利要求4或5所述的综采工作面支架多位态和活柱下缩量测定方法，其特征在于:所述顶梁倾角传感器(2)和所述掩护梁倾角传感器(3)初始安装方向可调节。
【文档编号】G01B21/22GK104406556SQ201410654649
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】范志忠, 毛德兵, 徐刚, 宋永斌, 孙学波, 秦海涛, 王东攀, 尹希文, 黄志增 申请人:天地科技股份有限公司