[发明专利]基于采煤机震源超前探测的采煤机自动调高装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于采煤机震源超前探测的采煤机自动调高装置及方法，所述装置包括采煤机侧信号采集装置、工作面侧信号采集装置和调高控制模块，所述采煤机侧信号采集装置采集采煤机的震源信号，解算采煤机在矿山坐标系下的绝对位姿参数和煤机上、下滚筒中心点的地理坐标，所述工作面侧信号采集装置采集经波阻抗界面反射后的采煤机的震源信号，解算机身在矿山绝对坐标系下的绝对位姿参数，所述调高控制模块根据接收信号对煤机上下滚筒进行自动调高。本发明的精度高、可靠性好、经济性好，为实现回采工作面的智能化开采提供条件。

主权项

1.一种基于采煤机震源超前探测的采煤机自动调高装置的方法，在回采工作面时，对主要由采煤机(1)、刮板机(3)和液压支架(4)构成的三机配套开采装备中的采煤机(1)进行自动调高；所述基于采煤机震源超前探测的采煤机自动调高装置包括采煤机侧信号采集装置、工作面侧信号采集装置(2)和调高控制模块；所述采煤机侧信号采集装置包括捷联惯导模块Ⅱ、轴编码器、震源传感器和嵌入式系统Ⅱ；捷联惯导模块Ⅱ安装在采煤机机身上，检测采煤机(1)在矿山坐标系下的绝对位姿参数；轴编码器安装在摇臂上，采集摇臂的摆角数据；震源传感器固定在采煤机机身上，检测采煤机(1)的震源信号；嵌入式系统Ⅱ安装在采煤机机身上，根据采煤机(1)在矿山坐标系下的绝对位姿参数和摇臂的摆角数据，计算并存储采煤机上、下滚筒中心点的地理坐标，存储采煤机(1)在矿山坐标系下的绝对位姿参数；所述工作面侧信号采集装置(2)包括机身(2‑1)、调节机构、捷联惯导模块Ⅰ、三分量检波器(2‑5)和压力传感器(2‑6)，机身(2‑1)通过滑靴(2‑2)安装在刮板机(3)上，三分量检波器(2‑5)和压力传感器(2‑6)通过调节机构安装在机身上，通过压力传感器(2‑6)检测三分量检波器(2‑5)与工作面煤壁是否紧密接触；捷联惯导模块Ⅰ安装在机身(2‑1)上，检测机身(2‑1)在矿山坐标系下的绝对位姿参数；三分量检波器(2‑5)检测经波阻抗界面反射后的采煤机(1)的震源信号；所述调高控制模块包括嵌入式系统Ⅲ，嵌入式系统Ⅲ经隔爆处理安装在采煤机(1)上，嵌入式系统Ⅲ同时与嵌入式系统Ⅱ和捷联惯导模块Ⅰ通信连接，嵌入式系统Ⅲ存储并处理采煤机(1)的震源信号、经波阻抗界面反射后的采煤机(1)的震源信号、采煤机(1)在矿山坐标系下的绝对位姿参数、机身(2‑1)在矿山坐标系下的绝对位姿参数，构建前方工作面近距离范围内的横纵波速度模型和三维地震剖面，并不断更新下一截割循环工作面的三维地质模型，控制采煤机上、下滚筒进行自动调高；该方法包括如下步骤：(a)工作面侧信号采集装置(2)静置于刮板机(3)机尾处，且不影响采煤机(1)正常工作；(b)在采煤机(1)自动截割之前，采用人工操作方式进行第一个截割循环；(c)采煤机工作时，震源传感器检测采煤机(1)的震源信号，捷联惯导模块Ⅱ和轴编码器实时工作，分别解算采煤机(1)在矿山坐标系下的绝对位姿参数和摇臂的摆角数据，由嵌入式系统Ⅱ解算采煤机上、下滚筒中心点的地理坐标，采煤机上滚筒中心点的地理坐标记为(xT,yT,zT)，采煤机下滚筒中心点的地理坐标记为(xt,yt,zt)；(d)工作面侧信号采集装置(2)在刮板机(3)上行走至设定位置并停止；(e)通过摆角油缸(2‑3)调节支撑板(2‑4)与回采工作面角度，通过推移油缸(2‑7)调节支撑板(2‑4)与回采工作面距离，实现三分量检波器(2‑5)在回采工作面上的快速布置；捷联惯导模块Ⅰ实时工作，解算机身(2‑1)在矿山坐标系下的绝对位姿参数；(f)与工作面煤壁紧密接触的三分量检波器(2‑5)检测经波阻抗界面反射后的采煤机(1)的震源信号，嵌入式系统Ⅲ对采煤机(1)的震源信号和经波阻抗界面反射后的采煤机(1)的震源信号进行包括信号去噪、等效归一化和纵横波分离、速度分析、深度偏移在内的常规地震波处理后，构建前方工作面近距离范围内的横纵波速度模型和三维地震剖面，提前识别下一截割循环滚筒截深内的煤岩分布情况，结合采煤机(1)在矿山坐标系下的绝对位姿参数和机身(2‑1)在矿山坐标系下的绝对位姿参数，不断更新下一截割循环工作面的三维地质模型；(g)调节推移油缸(2‑7)和摆角油缸(2‑3)，使三分量检波器(2‑5)脱离回采工作面，支撑板(2‑4)回到初始位置；驱动工作面侧信号采集装置(2)沿采煤机(1)行走方向行走设定距离后停止，重复步骤(e)～(f)，直至下一截割循环工作面的三维地质模型构建完成；驱动工作面侧信号采集装置(2)移回至刮板机(3)机尾处停止；(h)采煤机(1)完成一刀截割后，液压支架(4)推溜移架，进行下一截割循环；调高控制模块抽取三维地质模型在该下一工作界面的顶板曲线和底板曲线，等间隔采样得到一系列顶板和底板高程值(zD1,zD2,zD3,…,zDn)和(zd1,zd2,zd3,…,zdn)，将其分别与对应的采煤机上下滚筒中心点高程zT、zt进行比较，决策并控制采煤机上、下滚筒高度，设定阈值δ：当zDi‑zT≤δ时，上滚筒下调，否则上滚筒上调；当zdi‑zt≤δ时，下滚筒上调，否则下滚筒下调；(i)重复步骤(c)～(h)，完成回采工作面的自动截割。