[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于采煤機(jī)感知的煤巖界面分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410563527.5
• 申請(qǐng)日: 2014-10-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104405391A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊健健;吳淼;李旭;姜海;趙國(guó)瑞;周劍鋒;趙新贏;吉曉冬;楊子賢
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
• 主分類(lèi)號(hào): E21C39/00
• 分類(lèi)號(hào): E21C39/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于采集機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的儀器及一種識(shí)別機(jī)電設(shè)備負(fù)載介質(zhì)的方法，尤其是能用于煤礦井下一種基于采煤機(jī)感知的煤巖界面分析方法。?

背景技術(shù)

煤礦井下大型采掘設(shè)備，是指為煤礦井下綜采工作面使用的各種采煤機(jī)和綜掘工作面使用的各種掘進(jìn)機(jī)，是煤炭綜合機(jī)械化生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的大型設(shè)備。?

在井下作業(yè)，工作環(huán)境惡劣，粉塵量大，能見(jiàn)度低，工作空間狹窄，極易偏離工作方向和造成機(jī)械設(shè)備的損耗，因此對(duì)設(shè)備性能要求較高。而煤炭生產(chǎn)是一個(gè)惡性事故頻發(fā)的行業(yè)，事故死亡人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家和世界平均事故死亡率。發(fā)展無(wú)人值守，最大程度上實(shí)現(xiàn)工作面的無(wú)人化，有助于提高生產(chǎn)過(guò)程的安全性，是煤礦機(jī)械發(fā)展的一個(gè)方向。?

井下生產(chǎn)設(shè)備日趨大型化、高速化、自動(dòng)化和智能化，年產(chǎn)煤量也逐年攀升，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障，造成的損失也就更大，因此對(duì)系統(tǒng)的安全性、可靠性和有效性的要求也進(jìn)一步提高。?

而采煤機(jī)識(shí)別截割煤巖性狀的前提是獲取采煤機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)并進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。研制用在井下機(jī)電設(shè)備的機(jī)載大容量數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集和記錄該設(shè)備的各種工作狀態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康運(yùn)行的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)參數(shù)的跟蹤和記錄，識(shí)別截割煤巖性狀硬度。?

煤層組織中含有成分不同的巖石和硬夾雜物，它們的含量、形狀和物理一機(jī)械性質(zhì)各異，加上煤層結(jié)構(gòu)中有層理(沉積礦物中天然形成的分層面)、節(jié)理(由各種地質(zhì)力的作用而形成的剪切斷裂面)等裂隙，所以使煤層各處的性質(zhì)不同，即煤是一種非均質(zhì)、各向異性的脆性物質(zhì)。?

硬度或堅(jiān)固性是一種表示煤巖破碎難易程度的綜合指標(biāo)，它是煤巖體抵抗拉力、剪切、彎曲和熱力等作用的綜合表現(xiàn)。?

硬度系數(shù)f表示煤巖的堅(jiān)固性大小。是蘇聯(lián)學(xué)者普羅托季雅柯諾夫于1926年提出的，因此又稱(chēng)普氏系數(shù)。可以用搗碎法測(cè)量硬度系數(shù)，還可以采用計(jì)算普氏系數(shù)的其中一種方法，即根據(jù)煤巖的極限抗壓強(qiáng)度σ_y(MPa)近似確定。?

我國(guó)用硬度系數(shù)來(lái)進(jìn)行巖石分級(jí)和煤層分類(lèi)。煤和軟巖f≤4，中硬巖f＝4～8，硬巖f≥8，最硬的巖石f達(dá)20；同時(shí)還規(guī)定：f≤1.5的煤為軟煤，f＝1.5～3.0的煤為中硬煤，?f≥3的煤為硬煤。?

研究采煤機(jī)電機(jī)工作參數(shù)與煤巖硬度影響關(guān)系，其中，電機(jī)工作參數(shù)主要研究截割電機(jī)與牽引電機(jī)工作參數(shù)，截割電機(jī)是滾筒執(zhí)行旋轉(zhuǎn)切割的動(dòng)力來(lái)源，因此滾筒截割煤巖承受載荷將通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞至截割電機(jī)，而滾筒所承受的沿采煤機(jī)行走方向的阻力同樣影響牽引電機(jī)，除此之外采煤機(jī)左右搖臂的升降油缸的油壓以及牽引電機(jī)的牽引速度也是重要衡量識(shí)別煤巖性狀的關(guān)鍵參數(shù)。?

進(jìn)行煤礦井下采煤機(jī)多參數(shù)采集存儲(chǔ)分析為識(shí)別截割煤巖性狀的意義主要有：?

(1)于獲取煤礦井下采煤機(jī)工作時(shí)的大量原始數(shù)據(jù)，為其識(shí)別煤巖性狀和健康診斷的研究提供了寶貴資料；?

(2)為煤礦井下采煤機(jī)自主截割功能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)及完善提供了重要的參考數(shù)據(jù)和方法。?

(3)為煤礦井下安全生產(chǎn)的信息化，和最終的無(wú)人化的研究積累最原始最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)參考資料。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于，提供一種基于采煤機(jī)感知的煤巖界面分析方法，解決上述難題，以達(dá)到對(duì)煤礦井下采煤機(jī)通過(guò)機(jī)載長(zhǎng)時(shí)間大容量記錄其自身的各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的要求并且綜合分析基于截割電機(jī)和牽引電機(jī)的電壓、電流、溫度、扭矩信息，并輔助分析搖臂振動(dòng)信號(hào)、采煤機(jī)左右搖臂升降油缸壓力、牽引電機(jī)速度信號(hào)，建立運(yùn)用小波包分析振動(dòng)信號(hào)的不同頻段能量特征，運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)樣本分析截割電機(jī)工作參數(shù)的特征分布、多傳感器信息融合技術(shù)綜合建立不同煤巖性狀數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)基于采煤機(jī)感知煤巖界面的分析方法。?

基于采煤機(jī)感知煤巖界面的分析系統(tǒng)包括：大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，采煤機(jī)電氣主控制器、本質(zhì)安全型振動(dòng)加速度傳感器、振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸電纜、通信數(shù)據(jù)傳輸線，采煤機(jī)機(jī)載電源。?

基于采煤機(jī)感知煤巖界面的分析方法中的多參數(shù)主要是指截割電機(jī)和牽引電機(jī)的電壓、電流、溫度、扭矩信息，搖臂振動(dòng)信息，采煤機(jī)位姿信息，上述的分析方法如下：?

截割電機(jī)電壓電流確定截割煤巖性狀特征值分析方法?

通過(guò)采集存儲(chǔ)采煤機(jī)截割左右截割電機(jī)及牽引電機(jī)的電壓電流信息，運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)樣本分析截割電機(jī)工作參數(shù)的特征分布，確定識(shí)別滾筒截割煤巖不同性狀特征值的數(shù)據(jù)庫(kù)，該特征值的建立理論模型是通過(guò)計(jì)算截割電機(jī)輸入功率，一般采煤機(jī)為三相異步電機(jī)，其功率值的計(jì)算方法如下：?

U_L——截割電機(jī)線電壓；?