[发明专利]一种基于采煤机截割电机温度的煤岩性状识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于采集机电设备工作状态参数的仪器及一种识别机电设备负载介质的方法，尤其是能用于煤矿井下采煤机识别截割煤岩性状的系统和方法。 

背景技术

煤矿井下大型采掘设备，是指为煤矿井下综采工作面使用的各种采煤机和综掘工作面使用的各种掘进机，是煤炭综合机械化生产中最为关键的大型设备。 

在井下作业，工作环境恶劣，粉尘量大，能见度低，工作空间狭窄，极易偏离工作方向和造成机械设备的损耗，因此对设备性能要求较高。而煤炭生产是一个恶性事故频发的行业，事故死亡人数远远高于发达国家和世界平均事故死亡率。发展无人值守，最大程度上实现工作面的无人化，有助于提高生产过程的安全性，是煤矿机械发展的一个方向。 

井下生产设备日趋大型化、高速化、自动化和智能化，年产煤量也逐年攀升，一旦出现设备故障，造成的损失也就更大，因此对系统的安全性、可靠性和有效性的要求也进一步提高。 

而采煤机识别截割煤岩性状的前提是获取采煤机的工作状态参数并进行状态监测。研制用在井下机电设备的机载大容量数据记录仪系统能够实时采集和记录该设备的各种工作状态参数，实现设备健康运行的实时工作状态参数的跟踪和记录，识别截割煤岩性状硬度。 

煤层组织中含有成分不同的岩石和硬夹杂物，它们的含量、形状和物理一机械性质各异，加上煤层结构中有层理(沉积矿物中天然形成的分层面)、节理(由各种地质力的作用而形成的剪切断裂面)等裂隙，所以使煤层各处的性质不同，即煤是一种非均质、各向异性的脆性物质。 

硬度或坚固性是一种表示煤岩破碎难易程度的综合指标，它是煤岩体抵抗拉力、剪切、弯曲和热力等作用的综合表现。 

硬度系数f表示煤岩的坚固性大小。是苏联学者普罗托季雅柯诺夫于1926年提出的，因此又称普氏系数。可以用捣碎法测量硬度系数，还可以采用计算普氏系数的其中一种方法，即根据煤岩的极限抗压强度σ_y(MPa)近似确定。 

我国用硬度系数来进行岩石分级和煤层分类。煤和软岩f≤4，中硬岩f＝4～8，硬岩f≥8，最硬的岩石f达20；同时还规定：f≤1.5的煤为软煤，f＝1.5～3.0的煤为中硬煤， f≥3的煤为硬煤。 

研究采煤机电机工作参数与煤岩硬度影响关系，其中，电机工作参数主要研究截割电机与牵引电机工作参数，截割电机是滚筒执行旋转切割的动力来源，因此滚筒截割煤岩承受载荷将通过传动机构传递至截割电机，而滚筒所承受的沿采煤机行走方向的阻力同样影响牵引电机，除此之外采煤机左右摇臂的升降油缸的油压以及牵引电机的牵引速度也是重要衡量识别煤岩性状的关键参数。 

进行煤矿井下采煤机多参数采集存储分析为识别截割煤岩性状的意义主要有： 

(1)于获取煤矿井下采煤机工作时的大量原始数据，为其识别煤岩性状和健康诊断的研究提供了宝贵资料； 

(2)为煤矿井下采煤机自主截割功能实现的设计及完善提供了重要的参考数据和方法。 

(3)为煤矿井下安全生产的信息化，和最终的无人化的研究积累最原始最基础的数据参考资料。 

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种采煤机截割电机温度采集记录系统和识别截割煤岩性状的技术方法，解决上述难题，以达到对煤矿井下采煤机实现机载长时间大容量记录其自身的各种运行状态参数的要求并且综合分析基于截割电机和牵引电机的电压、电流、温度、扭矩信息，并辅助分析摇臂振动信号、采煤机左右摇臂升降油缸压力、牵引电机速度信号，建立运用小波包分析振动信号的不同频段能量特征，运用概率统计样本分析截割电机工作参数的特征分布、多传感器信息融合技术综合建立不同煤岩性状数据库，实现基于采煤机截割电机参数的煤岩性状识别系统和方法。 

基于采煤机截割电机参数的煤岩性状识别系统包括：大容量数据存储设备，采煤机电气主控制器、本质安全型振动加速度传感器、振动数据传输电缆、通信数据传输线，采煤机机载电源。 

基于采煤机截割电机的多参数主要是指截割电机和牵引电机的电压、电流、温度、扭矩信息，上述的分析方法如下： 

截割电机电压电流确定截割煤岩性状特征值分析方法 

通过采集存储采煤机截割左右截割电机及牵引电机的电压电流信息，运用概率统计样本分析截割电机工作参数的特征分布，确定识别滚筒截割煤岩不同性状特征值的数据库，该特征值的建立理论模型是通过计算截割电机输入功率，一般采煤机为三相异步电机，其功率值的计 算方法如下： 

U_L——截割电机线电压；