[發明專利]一種煤礦井下可視化采煤系統及方法

在審

• 申請號: 202011406637.2
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112377190A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（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: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 康震

本發明公開了一種煤礦井下可視化采煤系統及方法，包括：鉆孔設備、工作面區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鉆孔，放入采集設備采集三維地震勘測鉆孔數據，通過工作面區域槽波獲取設備獲取工作面區域槽波數據，利用三維地震勘測鉆孔數據和工作面區域槽波數據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底板煤巖界面，為采煤機提供實時自動調整與控制，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開采方案的可視化采煤系統。本發明解決了現有采煤過程中不能無人化、無法根據實際情況實時調整采煤狀態的問題。

技術領域

本發明涉及采煤技術領域，具體涉及一種煤礦井下可視化采煤系統及方法。

背景技術

煤炭是我國的基礎能源之一，在我國能源生產和消費結構中，煤炭一直占據了70％以上的席位。隨著信息化和工業化的融合，無人化工作面開采技術是未來煤炭行業發展的大趨勢。但因對未采煤層區域內的煤系地層分布信息、地質構造、小型的潛伏災害源等尚不清楚，又沒有可以替代采煤機司機的人工智能對煤礦井下復雜的現場作業環境進行準確研判，致使目前還沒有一種可靠技術可以徹底實現井下無人化采煤。

現有采用在兩順槽及工作面打鉆確定煤層頂板，并將頂板的絕對坐標點引入工作面的方式來指導采煤機修正割煤軌跡，從而實現無人化采煤技術。具有的缺點為未能將物探、鉆探等數據引入系統，僅通過預先確定的煤巖空間坐標構建了一種簡單的地質模型，進行預置的采煤機導航，不涉及實時感知、處理和控制，非常受限于煤系地層的地質條件。因此，采煤機推進一段距離，就需要再對未標定煤巖位置的兩順槽及工作面進行打鉆施工，工作量大且容易存在測量誤差，造成導航模型的建立粗糙，引起采煤機導航失誤。

發明內容

為此，本發明提供一種煤礦井下可視化采煤系統及方法，以解決現有采煤過程中不能無人化、無法根據實際情況實時調整采煤狀態的問題。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

根據本發明的第一方面，公開了一種煤礦井下可視化采煤系統，所述系統包括：鉆孔設備、工作面區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鉆孔，放入采集設備采集三維地震勘測鉆孔數據，通過工作面區域槽波獲取設備獲取工作面區域槽波數據，利用三維地震勘測鉆孔數據和工作面區域槽波數據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底板煤巖界面，為采煤機回采路徑、回采速度，搖臂、滾筒的姿態和割煤形態進行實時自動調整與控制，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，并及時正確調整搖臂、滾筒的姿態和割煤形態的可視化采煤系統。

進一步地，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的光纖或CAN通訊方式連接。

進一步地，所述采集主機設置在集中控制臺內，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，并能夠向采集站發送控制信息。

進一步地，所述采集站安裝在采煤機機身內部，采集站內部通過電源線與采煤機內部的二路本安電源模塊連接，所述采集站內設置有本安電池組、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網連接。

進一步地，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，采集站內的主控模塊采用現場可編程門陣列FPGA芯片。

進一步地，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，同時可實時發出控制采煤機的指令。

根據本發明的第二方面，公開了一種煤礦井下可視化采煤方法，所述方法為：