[发明专利]基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法

摘要

一种基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，适用于煤矿井下采煤机上使用，在工作面切眼贯通、回采开始之前，利用震波CT探测工作面内煤层厚度，将探测结果与地质测量信息结合，利用GIS预先建立煤层顶底板数字高程模型，在采煤机运行中，监测采煤机位置坐标和姿态，计算滚筒中心点地理坐标，代入数字高程模型得到滚筒当前位置煤层顶底板高程，计算中心点与顶底板投影距离，与设定的阈值比较并计算差值，根据差值得出具体调高策略。本方法不受井下粉尘、光照、水汽等的影响，无须采集采煤机内部部件的电流、扭矩等信号，无须采集工作面图像，信号采集、传输稳定，无需进行大量试验和分析确定煤岩信号特征区间，解决了现有方法中煤层与围岩信号特征区间界定过程复杂，难以准确构建判别准则和模型等问题。

主权项

1.一种基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，其特征在于包括如下步骤：a、在综采工作面切眼形成后，利用煤层震波CT探测方法探测出综采工作面内部不同位置的煤层厚度值；b、在采掘工程图中提取煤层底板等高线，对等高线离散形成底板高程点，利用不规则三角网建立煤层底板不规则三角网表面模型；c、将工作面内煤层震波CT测点坐标转换成综采工作面的坐标系，将转换后的煤层震波CT测点的平面坐标代入不规则三角网模型，得到不规则三角网模型上的煤层震波CT测点位置的底板高程，将底板高程与煤层震波CT测点的煤厚值m_(x，y)分别相加得到各煤层震波CT测点的煤层顶板高程，以各煤层震波CT测点平面坐标(x，y)及其顶板高程为离散点，建立煤层顶板不规则三角网表面模型；d、对顶底板不规则三角网表面模型栅格化，按照采煤机单刀进尺80cm设定栅格像元尺寸大小为0.8×0.8m，生成煤层顶底板栅格数字高程模型；e、在采煤机身上安装惯性导航仪和寻北仪，在采煤机摇臂上安装轴编码器，以采煤机摇臂回转中心为参考点，确定采煤机摇臂回转中心参考点的初始地理坐标(x₀，y₀，z₀)；f采煤机开始工作，寻北仪寻找地理真北方向，惯性导航仪实时采集采煤机的加速率和角速率，通过对加速率和角速率二者积分运算得到参考点的惯性坐标为x_b，y_b，z_b，即采煤机的载体坐标，将载体坐标转换为地理坐标(x_G，y_G，z_G)，转换公式如下：xGyGzG=[CGb]-1xbybzb+x0y0z0]]>CGb=cosγ0-sinγ010sinγ0cosγ1000cosβsinβ0-sincosβcosδsinδ0-sincosδ0001]]>其中：γ、δ、β分别为载体坐标系X、Y、Z轴与地理坐标系三轴之间的夹角；设在采煤机摇臂上的轴编码器采集摇臂摆角数据，根据采煤机机身尺寸计算采煤机左右滚筒回转中心相对与参考点的相对坐标为：x₁=-L1×cosθ左滚筒中心点相对坐标：y₁=B1-l／2z₁=L1×sinθx₂=L+L1×cosθ右滚筒中心点相对坐标：y₂=B1-l／2z₂=L1×sinθ式中，B1为参考点到滚筒端面的距离，1为滚筒厚度，θ为摇臂摆角，L1为摇臂长度，L为采煤机摇臂回转中心距；左右滚筒中心点相对坐标与参考点地理坐标相加，得到左右滚筒中心点的地理坐标；x_1G=x_G+x₁左滚筒中心点地理坐标：y_1G=y_G+y₁z_1G=z_G+z₁x_2G=x_G+x₂右滚筒中心点地理坐标：y_2G=y_G+y₂z_2G=z_G+z₂g、通过煤层顶底板栅格数字高程模型，分别抽取煤层当前截面的顶／底板三维坐标曲线，再单独提取顶／底板三维坐标曲线中的z值即可得到顶板高程(z_r1，z_r2，...，z_rn，)及底板高程(z_f1，z_f2，...，z_fn)；继而将左右滚筒中心点地理坐标构成的三维点，与煤层顶底板精细数字高程模型叠加，得到三维点垂直投影到顶底板模型上的当前顶板高程z_r及底板高程z_f，从而得到滚筒中心点高程(z_1G，z_2G)与(z_r，z_f)的差值：左滚筒中心点与顶板高程差值：Δz_1r=z_r-z_1G左滚筒中心点与底板高程差值：Δz_1f=z_1G-z_f右滚筒中心点与顶板高程差值：Δz_2r=z_r-z_2G右滚筒中心点与底板高程差值：Δz_2f=z_2G-z_fh、设采煤机滚筒半径为R，预先设定顶底煤保留厚度分别为h_r和h_f，则采煤机顶底煤调整阈值分别为k_r=R+h_r和k_f=R+h_f；当采煤机左滚筒需要调高动作时，将左滚筒中心点与顶底板高程差值Δz_1r，Δz_1f的最小值min(Δz_1r，Δz_1f)与采煤机顶底煤调整阈值k_r和k_f比较，若min(Δz_1r，Δz_1f)=Δz_1r且Δx_1r<k_r，则调整左滚筒下移量值k_r-Δz_1r；若min(Δz_1r，Δz_1f)=Δz_1f且Δz_1f<k_f，则调整左滚筒上移量值k_f-Δz_1f；当采煤机右滚筒需要调高动作，将右滚筒中心点与顶底板高程差值Δz_2r，Δz_2f的最小值min(Δz_2r，Δz_2f)与采煤机顶底煤调整阈值k_r和k_f比较，若min(Δz_2r，Δz_2f)=Δz_2r且Δz_2r<k_r，则调整右滚筒下移量值k_r-Δz_2r；若min(Δz_2r，Δz_2f)=Δz_2f且Δz_2f<k_f，则调整右滚筒上移量值k_f-Δz_2f；若差值与阈值相等，则保持滚筒当前高度。