本发明涉及煤壁片帮实时预测方法。
背景技术：
煤矿生产中，长壁工作面,尤其是采高较大的、煤层较软的综采工作面，煤壁片帮现象经常发生，严重影响了煤矿的生产效率和安全，影响煤矿生产工作面主要设备的开机率和回采率。
在《工作面煤壁片帮的原因与预防方法》煤炭技术2009年3月第28卷第3期。《极软厚煤层煤壁片帮与防治机理》煤炭学报2007年8月第32卷第8期都是仅仅介绍预防处理方法，无法实现实时预测，而煤矿地质环境不断变化且难以预测，漏冒等安全事故瞬间发生，上述论文都没有提供很好的实时动态监测预防的方案。
专利《一种ct扫描加载含瓦斯煤壁片帮实验台》cn201620137012.3提供一种通过ct扫描方案，也仅仅是通过抽查煤样扫描，来推测片帮情况，无法实现对片帮的真实情况进行实时监测，煤矿安全责任重大，仅仅通过抽查煤样无法真实再现煤层的真实情况，例如抽样的深度范围、长度范围、宽度范围、每一延米抽样多少煤样，都是未知。很可能因为漏检出现安全事故，其实用价值差，无法实现实时动态监测预防。
技术实现要素：
本申请基于超高频电磁波、激光扫描等多信息融合技术原理，实现了对煤壁片帮进行实时预测，解决了在开采过程中煤壁片帮的实时预测问题，便于采取措施，预防偏帮事故的发生，提高了开机率和回采率，进而提高安全生产效率。
本发明实现三维扫描与雷达探测的有机结合，实现动态实时监测片帮情况，实现智能预警，自动化控制，信息化处理分析，对煤矿片帮研究，安全事故的预防具有革命性的进步，解决了煤矿片帮长期存在的静态监测与事后监测的滞后性，前期采样预防的盲目性与无针对性，成本高昂的问题。
具体的说，本申请的内容如下：
一种煤壁片帮实时预测装置，包括数据处理主站、电磁波接发装置、信号采集器以及三维立体扫描仪；数据处理主站分别与三维立体扫描仪以及信号采集器电连接；电磁波接发装置与信号采集器电连接；
三维立体扫描仪对所述片帮煤壁进行表面裂隙扫描识别，并将该表面裂隙扫描识别信息传递给数据处理主站，数据处理主站获取该表面裂隙扫描识别信息；
数据处理主站通过信号采集器控制电磁波接发装置向所述片帮煤壁的裂隙发射电磁波信号，电磁波信号在片帮煤壁裂隙中产生信号回波，电磁波接发装置接收信号回波并将该信号回波反馈给信号采集器，信号采集器根据接收的该信号回波计算得到所述片帮煤壁裂隙内部片帮信息并将该裂隙内部片帮信息传递给数据处理主站。
作为上述技术方案的进一步改进：
当电磁波接发装置接发电磁波时，电磁波接发装置贴合在片帮煤壁的表面上。
作为上述技术方案的进一步改进：
还包括设置在护帮板上表面上的压力传感器；压力传感器将接收片帮煤壁的正压力信息传递给数据处理主站；电磁波接发装置设置在护帮板上表面上或液压支架的架体上；信号采集器、三维立体扫描仪以及数据处理主站设置在液压支架上；在液压支架上还设置有摆动电机，摆动电机的输出轴上连接有旋转伸缩机械手，在旋转伸缩机械手上设置有对护帮板上表面进行清扫的毛刷；在液压支架上还设置有对护帮板上表面进行冲洗的风/水喷嘴；三维立体扫描仪为三维激光扫描仪，在三维立体扫描仪上设置有防护罩；数据处理主站与护帮板的控制油缸的泵站电机电连接。
作为上述技术方案的进一步改进：
还包括设置在顶板上表面上且与片帮煤壁下表面贴合的压力传感器；
在井下工作面的每个液压支架底座上设置有升降螺杆，在升降螺杆的丝母座上设置有行走轨道，所述行走轨道依次衔接形成输送轨道，在所述输送轨道上设置有行走小车；信号采集器、三维立体扫描仪分别设置在行走小车上，在行走小车上竖直设置有电动螺杆，电磁波接发装置设置在电动螺杆的丝母座上，在井下设置有总服务器，在行走小车上分别设置行走电机、单片机与电机控制器；行走电机用于控制行走小车在行走轨道上行走，
总服务器与数据处理主站无线连接，总服务器与单片机无线连接；单片机通过电机控制器分别控制电动螺杆的螺杆控制电机以及行走电机；行走电机与螺杆控制电机按时间顺序动作；
压力传感器将接收片帮煤壁的正压力信息传递给总服务器；
在行走轨道上设置有一端与井下的电源连接的长按为开短按为关电子开关；
长按为开短按为关电子开关的另一端分两路，一路用于控制护帮板的控制油缸的护帮板折叠控制电机，另一路通过延时开关控制升降螺杆的升降控制电机，总服务器的电连接有报警模块；
还包括定位模块，总服务器通过定位模块定位单片机的位置。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述定位模块采用超声波定位模块、超宽带的定位模块、射频识别定位技术模块或无线脉冲定位模块。
一种煤壁片帮实时预测方法，借助于上述的煤壁片帮实时预测装置；具体包括以下步骤：
步骤a：根据行走小车在每段行走轨道行走时间，设定长按为开短按为关电子开关的长按为关的时间；压力传感器将接收片帮煤壁的实时正压力信息传递给总服务器，总服务器将接受到的实时正压力信息分别与预先设定的初始压力值以及安全压力值比较，
当实时正压力信息大于或等于安全压力值时，总服务器控制相应位置的报警模块报警，提醒工作面的人员逃离现场；
当实时正压力信息不大于预先设定的初始压力值时，总服务器中止工作；
当实时正压力信息大于预先设定的初始压力值且小于安全压力值时，执行步骤b；
步骤b：首先，总服务器根据步骤a中实时正压力信息的压力传感器的位置，计算行走小车与该处压力传感器的距离并将该距离信息传输给单片机；其次，根据距离信息，单片机通过电机控制器对时间继电器的设定时间，行走电机驱动行走小车按照设定时间行走到指定位置；
步骤c：当行走电机在步骤b的指定位置到达步骤a所述的长按为关的时间时候，首先，护帮板折叠控制电机接通电源，驱动液压缸带动护帮板向下折叠；然后，升降控制电机驱动升降螺杆带动行走轨道上升；
步骤d：首先，三维立体扫描仪对步骤c中护帮板打开时正上方片帮煤壁进行表面扫描并将扫描信息传输给总服务器；然后，升降控制电机带动升降螺杆将电磁波接发装置顶到步骤c中护帮板打开时正上方片帮煤壁下方；电磁波接发装置对步骤c中护帮板打开时正上方片帮煤壁进行裂隙探测，电磁波接发装置裂隙探测信息通过数据处理主站传输给总服务器；
步骤e：在步骤d之后，通过时序电路控制：首先，升降螺杆带动电磁波接发装置下降，升降控制电机驱动升降螺杆带动行走轨道下降；其次，护帮板折叠控制电机接通电源，驱动液压缸带动护帮板向上打开；
步骤f：在步骤e之后，行走电机驱动行走小车返回总服务器位置。
步骤g：总服务器输出步骤d中的裂隙探测信息与扫描信息。
本申请可实现对煤壁片帮的有效识别，识别深度大，不小于3米。
三维立体扫描仪通过对片帮煤壁进行立体成像扫描，得到其表面信息，并传递给处理器上，技术人员通过观察立体成像扫描图案，可以清楚的知道裂隙位置于煤壁表面情况；还可以进行典型片帮样式的激光图像特征提取，形成典型煤壁片帮样式数据库。激光扫描提取的裂缝表面的宽度、裂缝间隔距离、裂缝深度等多源信息。
利用电磁波的雷达探测模拟原理，通过电磁波在裂隙中信号回波信号，信号回波信号即包括电磁波穿透煤层后的回波频谱、回波时间以及回波变化边界条件等信息，提取的裂缝内部的宽度、裂缝间隔距离、裂缝深度等多源信息。信号采集器对信号进行处理，得到煤壁在片帮情况下的频率谱、偏压谱、阻抗谱、介电谱、时间谱、颜色、光泽、纹理等方面存在的特征差异；得到煤壁片帮形成机理和有效片帮特征信号。
进一步，可以结合压力传感器接收工作面来压，获取顶板来压的时间、地点、压力范围，从而实现对片帮特征信号比较与校对。
本发明的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更佳详细的描述。
附图说明
图1是实施例1电磁波接发装置对片帮煤壁做裂隙探查的结构示意图；
图2是实施例1三维立体扫描仪对片帮煤壁做三维成像的结构示意图；
图3是实施例1的电路框图；
图4是实施例2的第一视角结构示意图；
图5是实施例2的第二视角结构示意图；
图6是实施例2的电路部分框图；
图7是实施例2的电路部分框图；
图8是实施例2的流程框图；
其中：1、片帮煤壁；2、液压支架；3、护帮板；4、电磁波接发装置；5、数据处理主站；6、信号采集器；7、压力传感器；8、三维立体扫描仪；9、风/水喷嘴；10、旋转伸缩机械手；11、防护罩；12、顶板；13、升降螺杆；14、行走轨道；15、行走小车；16、电动螺杆；17、总服务器；18、单片机；19、电机控制器；20、螺杆控制电机；21、行走电机；22、长按为开短按为关电子开关；23、升降控制电机；24、护帮板折叠控制电机；25、延时开关；26、报警模块；27、定位模块。
具体实施方式
如图1-8所示，本实施例的煤壁片帮实时预测装置，包括数据处理主站5、电磁波接发装置4、信号采集器6以及三维立体扫描仪8；数据处理主站5分别与三维立体扫描仪8以及信号采集器6电连接；电磁波接发装置4与信号采集器6电连接；
三维立体扫描仪8对片帮煤壁1进行表面裂隙扫描识别，并将该表面裂隙扫描识别信息传递给数据处理主站5，数据处理主站5获取该表面裂隙扫描识别信息；
数据处理主站5通过信号采集器6控制电磁波接发装置4向片帮煤壁1的裂隙发射电磁波信号，电磁波信号在片帮煤壁1裂隙中产生信号回波，电磁波接发装置4接收信号回波并将该信号回波反馈给信号采集器6，信号采集器6根据接收的该信号回波计算得到片帮煤壁1裂隙内部片帮信息并将该裂隙内部片帮信息传递给数据处理主站5。
作为优选，当电磁波接发装置4接发电磁波时，电磁波接发装置4贴合在片帮煤壁1的表面上。从而避免电磁干扰与空气干扰，减少电磁波损耗，提高检测精度。
实施例1，如图1-3，还包括设置在护帮板3上表面上的压力传感器7；压力传感器7将接收片帮煤壁1的正压力信息传递给数据处理主站5；电磁波接发装置4设置在护帮板3上表面上或液压支架2的架体上；信号采集器6、三维立体扫描仪8以及数据处理主站5设置在液压支架2上；在液压支架2上还设置有摆动电机，摆动电机的输出轴上连接有旋转伸缩机械手10，在旋转伸缩机械手10上设置有对护帮板3上表面进行清扫的毛刷；在液压支架2上还设置有对护帮板3上表面进行冲洗的风/水喷嘴9；三维立体扫描仪8为三维激光扫描仪，在三维立体扫描仪8上设置有防护罩11；数据处理主站5与护帮板3的控制油缸的泵站电机电连接。
对本领域人员来说，数据处理主站为常见的处理器，单片机。对本领域人员来说，电磁波接发装置发生的频率、波长以及波速可以根据当地煤层的特点、硬度、厚度、主要成分等采用数据以及工作经验选择采用是显而易见的。
数据处理主站5可以连接有报警模块报警，当压力传感器7数值超过设定值后，数据处理主站5通过报警模块报警。
使用本发明时，当压力传感器7感应的顶部的片帮煤壁1正压力增大后，通过自动控制或人工控制，护帮板3下落，通过技术人员操作三维立体扫描仪8，也可以数据处理主站5电控制三维立体扫描仪8对片帮煤壁1进行三维扫描，得到表面裂隙、裂缝信息。
通过自动控制或人工控制，将通过技术人员或通过数据处理主站5电控制电磁波接发装置4进行雷达式裂隙探测，通过信号采集器6处理计算信息，从而得出片帮信息。
由于护帮板3上表面会存在掉落的煤渣，会影响预测效果，即使护帮板3向下翻转也不会掉落，通过摆动电机带动旋转伸缩机械手10实现对表面煤渣泥土的直接清理，通过风/水喷嘴9,通过水射流进行水冲洗或空气风干或风力清理。
实施例2：如图4-8，还包括设置在顶板12上表面上且与片帮煤壁1下表面贴合的压力传感器7；从而降低实时预测成本，可以根据不同的煤层布置以及经验，设计压力传感器7的布置数量。实现初步粗预测。
在井下工作面的每个液压支架2底座上设置有升降螺杆13，在升降螺杆13的丝母座上设置有行走轨道14，行走轨道14依次衔接形成输送轨道，在输送轨道上设置有行走小车15；信号采集器6、三维立体扫描仪8分别设置在行走小车15上，在行走小车15上竖直设置有电动螺杆16，电磁波接发装置4设置在电动螺杆16的丝母座上，在井下设置有总服务器17，在行走小车15上分别设置行走电机21、单片机18与电机控制器19；行走电机21用于控制行走小车15在行走轨道14上行走；
通过设计轨道与行走小车15，实现自动智能移动，根据粗预测位置进行定点监测，从而降低了预测成本，降低了实施例1中人工监测的安全风险，通过多段行走轨道14的升降设计，从而避开护帮板，设计合理巧妙。
总服务器17与数据处理主站5无线连接，总服务器17与单片机18无线连接；单片机18通过电机控制器19分别控制电动螺杆16的螺杆控制电机20以及行走电机21；行走电机21与螺杆控制电机20按时间顺序动作；
压力传感器7将接收片帮煤壁1的正压力信息传递给总服务器17；
在行走轨道14上设置有一端与井下的电源连接的长按为开短按为关电子开关22；长按为开短按为关电子开关22类似电脑、手机的开关机原理，通过开关反向设计即可实现，通过时间继电器也可以实现。当然也可以省去长按为开短按为关电子开关22采用时序电路控制，是显而易见的变形。
长按为开短按为关电子开关22的另一端分两路，一路用于控制护帮板3的控制油缸的护帮板折叠控制电机24，另一路通过延时开关25控制升降螺杆13的升降控制电机23，总服务器17的电连接有报警模块26；
还包括定位模块27，总服务器17通过定位模块27定位单片机18的位置。
定位模块27采用超声波定位模块、超宽带的定位模块、射频识别定位技术模块或无线脉冲定位模块。优选无线脉冲定位模块。
本实施例2的煤壁片帮实时预测方法，借助于上述的煤壁片帮实时预测装置；具体包括以下步骤：
步骤a：根据行走小车15在每段行走轨道14行走时间，设定长按为开短按为关电子开关22的长按为关的时间；压力传感器7将接收片帮煤壁1的实时正压力信息传递给总服务器17，总服务器17将接受到的实时正压力信息分别与预先设定的初始压力值以及安全压力值比较，
当实时正压力信息大于或等于安全压力值时，总服务器17控制相应位置的报警模块26报警，提醒工作面的人员逃离现场；
当实时正压力信息不大于预先设定的初始压力值时，总服务器17中止工作；
当实时正压力信息大于预先设定的初始压力值且小于安全压力值时，执行步骤b；
步骤b：首先，总服务器17根据步骤a中实时正压力信息的压力传感器7的位置，计算行走小车15与该处压力传感器7的距离并将该距离信息传输给单片机18；其次，根据距离信息，单片机18通过电机控制器19对时间继电器的设定时间，行走电机21驱动行走小车15按照设定时间行走到指定位置；
步骤c：当行走电机21在步骤b的指定位置到达步骤a的长按为关的时间时候，首先，护帮板折叠控制电机24接通电源，驱动液压缸带动护帮板3向下折叠；然后，升降控制电机23驱动升降螺杆13带动行走轨道14上升；
步骤d：首先，三维立体扫描仪8对步骤c中护帮板3打开时正上方片帮煤壁1进行表面扫描并将扫描信息传输给总服务器17；然后，升降控制电机23带动升降螺杆13将电磁波接发装置4顶到步骤c中护帮板3打开时正上方片帮煤壁1下方；电磁波接发装置4对步骤c中护帮板3打开时正上方片帮煤壁1进行裂隙探测，电磁波接发装置4裂隙探测信息通过数据处理主站5传输给总服务器17；
步骤e：在步骤d之后，通过时序电路控制：首先，升降螺杆13带动电磁波接发装置4下降，升降控制电机23驱动升降螺杆13带动行走轨道14下降；其次，护帮板折叠控制电机24接通电源，驱动液压缸带动护帮板3向上打开；
步骤f：在步骤e之后，行走电机21驱动行走小车15返回总服务器17位置；
步骤g：总服务器17输出步骤d中的裂隙探测信息与扫描信息。
实施例2实现了粗预测与精预测的结合，降低了预测成本，实现真正意义上的实时预测，有效的降低了安全风险。
可根据压力传感器7数据设计安全等级，不同等级采用不同的报警声音，是显而易见的。
本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不在一一例举。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。