[发明专利]煤岩界面识别方法、识别系统及识别探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤岩界面识别方法，基于该方法的识别系统及识别探头。

背景技术

在煤矿井下开采过程中，需要判别煤层与岩层的分界面，以此为依据控制采煤机摇臂的升降。

目前，国内采煤机滚筒高度的控制基本上都采用人工操作，即采煤机司机依靠自己的视觉和听觉来判断滚筒是否切割到顶板岩石而作出相应的调节。然而，实际操作中，司机的眼睛距离滚筒顶端有一定的距离，且工作面上充满煤尘，能见度极低；与此同时，滚筒切割煤层产生很大噪声，煤层被切割后不断地散落下来也产生噪声，加之采煤机本身的机械振动，在较大空间的工作面上上述各种噪声还会产生回声，导致工作面上既看不清也听不清，即使经验丰富的采煤机司机也很难在滚筒切割至顶板岩石的瞬间迅速做出准确判断。因此为了避免切割至顶板岩石，我国现在大都采取保守开采的方式，实际的采出率较低，而目前的技术水平也很难对剩余的大量煤炭资源进行二次开采，造成严重的资源浪费。同时，现行的这种操作方法也严重制约了采煤工作面自动化水平的提高，所以开发煤岩界面识别技术具有重要意义。

煤岩界面识别技术是实现采煤机自动化的关键技术之一。可靠的煤岩界面识别系统在经济效益和安全作业两方面都具有突出的优点，它不仅可以使采煤机具有自动追踪煤岩界面的能力，提升煤矿井下采煤自动化水平，提高采煤作业效益，而且还能有效地提高采出率，减少那些在选煤过程中必须除去的矸石，提高煤炭品质和运输效率，减轻设备磨损情况，减少设备维修量和停机时间，并可使作业人员远离危险工作面，实现工作面无人化等。

应用于采煤机上的指导摇臂升降的煤岩界面识别系统主要采用界面测量型。从20世纪50年代起，世界各主要产煤国如美国、德国、英国、澳大利亚等愈加重视这一领域的研究工作，已经形成了一些成果，例如：基于煤岩自然γ射线辐射特性的NGR (Natural Gamma Radiation)传感器法，此法在理论层面比较成熟且已有几种成型的产品在国外某些矿井使用。此法根据顶板岩石中的γ射线在穿透煤层后的衰减规律，通过测量经过衰减后的γ射线强度来确定煤层厚度，由此来确定煤岩界面。该方法要求顶板岩石必须含有放射性元素。因此该方法对于页岩顶板（含有放射性元素）有较好的适应性，而对于砂岩顶板（放射性元素含量较少）则无法应用。该方法在英国有50％的矿井可以使用，在美国有90％的矿井可以使用；而在我国仅有18％左右的矿井可以应用，因而难以在我国大范围推广使用。另外，红外温度检测法也曾一度被认为是有前途的界面识别方法，该方法利用高灵敏度的红外线测温仪监测开采过程中滚筒截齿附近地质体的表面温度。由于煤层与岩石层通常存在显著的机械强度反差，截割不同层面所产生的热量不同，导致滚筒截齿附近地质体的表面温度的升高程度不同，据此来判断是否截割到煤岩界面。该方法的不足之处在于，只有当滚筒已经切割到岩层时才会生效，不仅会损坏刀具，而且切割岩层产生的火花会对井下安全造成极大威胁；另外，采煤机滚筒上通常装有喷雾装置用于给截齿和煤层冷却降温，也对滚筒截齿附近地质体表面温度的实时准确测量造成了较大困难。除此以外，还有一些其他方法如：人工γ射线法、应力截齿分析法、振动分析法等，目前主要停留在理论研究阶段，尚未形成实用技术与产品。

综上所述，到目前为止，尽管各国的研究人员对煤岩界面探测系统提出了种种构想，但多数方案还处于研究和试验阶段，其可靠性、实用性、安全性等尚未得到充分验证。同时由于地质条件的复杂性等种种原因，一些已经应用的识别技术的使用范围则受到严重限制，使用环境稍有变化就会效果变差甚至完全失效，比如：自然γ射线法，对于页岩顶板效果较好，而对于砂岩顶板则几乎不能使用。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是提供一种煤岩界面识别方法，其适应性广，能实时识别煤岩界面，并为系统化地解决采煤机摇臂调高控制、使井下采煤过程真正实现采煤机自动化提供必要的条件。为此，本发明采用以下技术方案：所述方法在采煤机的滚筒附近或滚筒中提供射流，所述射流向上方的煤层喷射，所述射流具有的能量可以切割穿透所述煤层而不能穿透煤层后的岩石层，所述射流的喷嘴与滚筒同步升高；

获得射流被所述岩石层反射的反射流对喷嘴的作用力值，并实时传送给控制装置，根据该作用力的大小测算滚筒是否已接近煤岩界面，如已接近煤岩界面，则控制采煤机摇臂下降；

所述射流的介质可以是水；或以水为主体，并含有诸如聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯加尔树脂等添加剂。