[發(fā)明專利]一種煤礦井下可視化采煤系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011406637.2
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112377190A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設計）人: 張耀明;賈文;劉風偉;任文永;梁棟
• 申請（專利權）人: 張耀明
• 主分類號: E21C35/24
• 分類號: E21C35/24
• 代理公司: 北京知呱呱知識產(chǎn)權代理有限公司 11577
• 代理人: 康震

1.一種煤礦井下可視化采煤系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：鉆孔設備、工作面區(qū)域槽波獲取設備和采煤機雙震源干涉裝置，所述鉆孔設備在礦井內(nèi)鉆孔，放入采集設備采集三維地震勘測鉆孔數(shù)據(jù)，通過工作面區(qū)域槽波獲取設備獲取工作面區(qū)域槽波數(shù)據(jù)，利用三維地震勘測鉆孔數(shù)據(jù)和工作面區(qū)域槽波數(shù)據(jù)建立煤系地層的高精度三維模型，所述采煤機雙震源干涉裝置感知采煤機割煤時的頂?shù)装迕簬r界面，為采煤機回采路徑、回采速度，搖臂、滾筒的姿態(tài)和割煤形態(tài)進行實時自動調(diào)整與控制，通過與煤系地層的高精度三維模型實時對比校正，最終構建出能為采煤機提供最佳回采路徑、回采速度，并及時正確調(diào)整搖臂、滾筒的姿態(tài)和割煤形態(tài)的可視化采煤系統(tǒng)。

2.如權利要求1所述的一種煤礦井下可視化采煤系統(tǒng)，其特征在于，所述采煤機雙震源干涉裝置包括：采集主機和采集站，所述采集主機與采集站之間通過嵌入在采煤機動力電纜內(nèi)的光纖或CAN通訊方式連接。

3.如權利要求2所述的一種煤礦井下可視化采煤系統(tǒng)，其特征在于，所述采集主機設置在集中控制臺內(nèi)，通過采集主機接收采集站獲取的采煤機左右搖臂傾角、左右滾筒高度、截割電流、牽引電路信息，并能夠向采集站發(fā)送控制信息。

4.如權利要求2所述的一種煤礦井下可視化采煤系統(tǒng)，其特征在于，所述采集站安裝在采煤機機身內(nèi)部，采集站內(nèi)部通過電源線與采煤機內(nèi)部的二路本安電源模塊連接，所述采集站內(nèi)設置有本安電池組、128G閃存與精密時鐘，采集站具備與采煤機的可編程邏輯控制器PLC的CAN網(wǎng)連接。

5.如權利要求4所述的一種煤礦井下可視化采煤系統(tǒng)，其特征在于，所述采集站在礦用本安型槽波地震電法儀采集站的基礎上，改裝成四個三分量速度型地震檢波器和四個三分量微機電MEMS型加速度檢波器，分別安裝在采煤機的兩側滾筒和兩側滑靴上，采集站內(nèi)的主控模塊采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片。

6.如權利要求4所述的一種煤礦井下可視化采煤系統(tǒng)，其特征在于，所述采集站實時接收采煤機左右搖臂傾角、左右滾筒高度、截割電流、牽引電路等信息，同時可實時發(fā)出控制采煤機的指令。

7.一種煤礦井下可視化采煤方法，其特征在于，所述方法為：

通過利用三維地震勘測鉆孔數(shù)據(jù)和工作面區(qū)域槽波數(shù)據(jù)建立煤系地層的高精度三維模型，并規(guī)劃出井下采煤機的回采軌跡導航圖；

通過采煤機雙震源干涉裝置，精確感知采煤機割煤時的頂?shù)装迕簬r界面，為采煤機回采路徑、回采速度，搖臂、滾筒的姿態(tài)和割煤形態(tài)進行實時自動調(diào)整與控制；

通過采煤機雙震源干涉裝置獲取的采煤機割煤時的頂?shù)装迕簬r界面與煤系地層的高精度三維模型實時對比校正，最終構建出能為采煤機提供最佳回采路徑、回采速度，并及時正確調(diào)整搖臂、滾筒的姿態(tài)和割煤形態(tài)的可視化采煤方法。

8.如權利要求7所述的一種煤礦井下可視化采煤方法，其特征在于，所述煤系地層的高精度三維模型構建方法為：

利用測井、鉆井資料和地質規(guī)律為約束進行反演處理，應用STRATA地震反演系統(tǒng)，獲得波阻抗反演數(shù)據(jù)體，控制面積12平方公里，在分析已有資料后，由鉆孔測井資料和人工合成記錄求取的反射系數(shù)、子波來匹配地震道，進行基于模型反演獲得波阻抗數(shù)據(jù)體，再將波阻抗數(shù)據(jù)體加載到解釋系統(tǒng)后輸入煤層對應的頂?shù)讓游粩?shù)據(jù)，并使之網(wǎng)格化，利用網(wǎng)格化的層位差值與全區(qū)鉆孔對應點的煤厚比較得到標定系數(shù)，用網(wǎng)格化到全區(qū)的標定系數(shù)與對應點煤層頂?shù)讓游徊钪迪喑耍纯傻玫较鄳簩拥暮穸龋瑥亩鴺嫿ǔ龅V區(qū)各煤層高精度三維模型。

9.如權利要求7所述的一種煤礦井下可視化采煤方法，其特征在于，所述采煤機雙震源干涉裝置采集站內(nèi)的三分量速度型地震檢波器和三分量MEMS型加速度檢波器的性能特性進行比對，并通過模擬與現(xiàn)場試驗確認檢波器，進行檢波器的防護裝置與采煤機截割部、行走部的安裝研究。

10.如權利要求9所述的一種煤礦井下可視化采煤方法，其特征在于，所述采集站內(nèi)的主控模塊采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片，采用Verilog HDL硬件編程語言進行實時動態(tài)采集與處理，實時進行動力譜與雙源干涉時頻譜的計算，現(xiàn)場界定雙震源干涉波相位與煤巖界面距離的修正系數(shù)，進行煤巖識別建模，自學習后，能夠精細實時判別煤巖界面。