CN110057324A - 一种采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度监测方法，包括：在工作面每台液压支架的底座中心位置安装可旋转激光感应测距装置，并在与液压支架相连的刮板输送机的槽体中心位置安装激光感应接收装置；调整工作面一端的2～3节刮板输送机的槽体成直线，并调整对应液压支架成直线，且液压支架与刮板输送机保持垂直正对；建立工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系；测量液压支架与连接的刮板输送机槽体及相邻刮板输送机槽体的距离与夹角；计算各测点在工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系中的坐标值；拟合液压支架与刮板输送机槽***置曲线，获得工作面液压支架与刮板输送机的直线度。本发明解决了现有技术方法仅能对一种设备状态进行监测、监测精度低、累计误差大等问题。

Description

一种采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度监测方法

技术领域

本发明涉及一种采煤工作面直线度监测方法，尤其涉及一种基于可旋转激光感应测距的工作面液压支架与刮板输送机直线度监测方法，属于煤矿井下综采装备工作状态监测技术领域。

背景技术

采煤工作面直线度控制一直是制约煤矿实现安全、高效、智能化开采的核心技术难题，而液压支架与刮板输送机的直线度监测是实现工作面直线度控制的基础。《煤矿安全规程》规定：工作面要达到“三直一平”，即工作面液压支架、刮板输送机、煤壁要保持直线，刮板输送机中部槽要保持平直。由于采煤机在刮板输送机上行走，保持刮板输送机的直线度，便可以保证采煤机截割煤层后煤壁成直线，因此，如何进行工作面液压支架、刮板输送机的直线度监测，是实现工作面“三直一平”控制的关键。

采煤工作面液压支架与刮板输送机互为推拉点进行推移，但相邻液压支架之间并没有相互约束，而且相邻刮板输送机槽体之间也可以进行一定角度的弯曲，因此，液压支架与刮板输送机的直线度既相互影响，又相互独立，不能仅仅依靠液压支架对刮板输送机的推移行程对刮板输送机的直线度进行判断，同样，也不能仅仅通过对液压支架的拉移步距来对液压支架的直线度进行判断。

目前，我国采煤工作面液压支架、刮板输送机的直线度一般多采用人工拉线或激光对准的方式进行控制，存在人工劳动强度大、效率低、精确度差等问题。针对上述问题，国内外学者开展了广泛而深入的研究，已授权发明专利（专利号：201410103904.7）采用在刮板输送机的槽体上布置光纤传感器，对刮板输送机的直线度进行监测，但光纤传感器比较容易折断，可靠性低，并且难以判断液压支架与刮板输送机的相对位置关系；已公开发明专利（申请号：201610128789.8）采用超声波传感器对刮板输送机与煤壁的距离进行探测，并以此为基础判断刮板输送机的直线度，此种方法不仅受煤壁片帮导致监测距离过大等影响，在松软煤层等条件难以有效应用，而且刮板输送机到煤壁的距离不能反映刮板输送机的直线度；已公开的发明专利（申请号：201810717604.6）采用在采煤机上安装捷联惯导装置对采煤机的位姿及行走轨迹进行监测，从而对刮板输送机的直线度进行判断，采用捷联惯导的方法不仅成本比较高，而且存在累积误差，且只能实现对刮板输送机的直线度进行监测，难以得出工作面液压支架与刮板输送机的相对位置关系。

由于液压支架与刮板输送机的直线度既相互影响，又相互独立，而现有方法仅仅只能对其中一种设备的直线度进行监测，且存在精度低、累积误差大等问题。

发明内容

基于以上问题，本发明提出一种采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度综合监测方法，能够实现对液压支架与刮板输送机的直线度进行综合监测，从而为工作面“三直一平”控制提供决策依据，有效解决了现有技术方法仅能对一种设备状态进行监测、监测精度低、累计误差大等问题。

本发明提出一种采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度监测方法，包括：

在工作面每台液压支架的底座中心位置安装可旋转激光感应测距装置，并在与液压支架相连的刮板输送机的槽体中心位置安装激光感应接收装置；

按照工作面推移步距要求，调整工作面一端的2～3节刮板输送机的槽体成直线，并同时调整这一端的2～3台液压支架保持直线，并且调整液压支架与相连刮板输送机的槽体保持垂直正对；

建立工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系；

测量液压支架与刮板输送机槽体之间的距离与夹角；

根据测量结果计算各测点在工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系中的坐标值；

根据各测点的坐标值，拟合液压支架与刮板输送机槽***置曲线，以工作面一端初始调整后的刮板输送机、液压支架为基准，获得工作面液压支架与刮板输送机的直线度。

此外，所述的建立工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系包括：

以调整后最靠近工作面巷道一侧的液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的安装点为坐标原点；

以调整后的2～3台液压支架的可旋转激光感应测距装置安装点的连线为x轴；

以坐标原点与相连刮板输送机槽体上的激光感应接收装置的安装位置连线为y轴。

进一步的，所述的测量液压支架与刮板输送机槽体之间的距离与夹角包括：

每台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置进行小幅度的左右旋转，使可旋转激 光感应测距装置与本台液压支架相连的刮板输送机槽体上安装的激光感应接收装置进行 对准，测得液压支架与相连刮板输送机槽体的距离（1≤i≤n）；

可旋转激光感应测距装置向右侧水平旋转一定角度，使可旋转激光感应测距装置 与本台液压支架右侧相邻液压支架连接的刮板输送机槽体上安装的激光感应接收装置进 行对准，测量与本台液压支架右侧相邻液压支架连接的刮板输送机槽体上安装的激光感应 接收装置之间的距离值与旋转角度值；

可旋转激光感应测距装置向左旋转一定角度，再次使液压支架上安装的可旋转激 光感应测距装置与本台液压支架相连的刮板输送机槽体上安装的激光感应接收装置进行 对准，以此为基准，使可旋转激光感应测距装置向左侧水平旋转一定角度，使可旋转激光 感应测距装置与本台液压支架左侧相邻液压支架连接的刮板输送机槽体上安装的激光感 应接收装置进行对准，测量与本台液压支架左侧相邻液压支架连接的刮板输送机槽体上安 装的激光感应接收装置之间的距离值与角度值。

更进一步的，所述的根据测量结果计算各测点在工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系中的坐标值包括：

基于工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系，利用第1台液压支架上安装的 可旋转激光感应测距装置的测量结果、，计算第2台液压支架相连刮板输送机槽体中心 位置的坐标（，）；

基于第2台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的测量结果、，计算第2台 液压支架上的可旋转激光感应测距装置的坐标（，）；

以点为坐标原点，以为轴，建立坐标系（），根据第2台液压支架的测量 结果、，计算第3台液压支架相连刮板输送机槽体中心位置在坐标系（）中的坐标 （，）；

基于第3台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的测量结果、，计算第3台 液压支架上的可旋转激光感应测距装置在坐标系（）中的坐标（，）；

通过坐标变换计算、相对于坐标系（）的坐标值（，）、（，）；

以点为坐标原点，以为轴，建立坐标系（），2＜i＜n，根据第i台液压支架 的测量结果、，计算第i+1台液压支架相连刮板输送机槽体中心位置在坐标系（） 中的坐标（，）；

基于第i+1台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的测量结果、，计算第 i+1台液压支架上的可旋转激光感应测距装置在坐标系（）中的坐标（，）；

通过坐标变换计算、相对于坐标系（）的坐标值（，）、（，）。

通过采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本发明能够获得工作面液压支架、刮板输送机的精确坐标值，为工作面“三直一平”控制提供依据，解决了现有技术方法仅能对一种设备状态进行监测、监测精度低、累计误差大等问题。

附图说明

图1是本发明采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度监测的流程图；

图2是本发明涉及的可旋转激光感应测距装置与激光感应接收装置的安装位置图；

图3是本发明涉及的可旋转激光感应测距装置与激光感应接收装置在工作面安装位置的俯视图；

图4是本发明液压支架与刮板输送机监测结果的坐标关系示意图；

具体实施方式

以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。

参照图1，本发明提出一种采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度监测方法，包括：

步骤S001，在工作面每台液压支架1的底座中心位置安装可旋转激光感应测距装置2，并在与液压支架相连的刮板输送机3的槽体中心位置安装激光感应接收装置4，见图2、图3所示；

步骤S002，按照工作面推移步距要求，调整工作面一端的2～3节刮板输送机3的槽体成直线，并同时调整这一端的2～3台液压支架保持直线，并且调整液压支架1与相连刮板输送机3的槽体保持垂直正对；

步骤S003，建立工作面液压支架1与刮板输送机3直线度测量坐标系；

步骤S004，采用可旋转激光感应测距装置2测量本台液压支架与连接的刮板输送机槽体上安装的激光感应接收装置4的距离，以及与左右相邻刮板输送机槽体上安装的激光感应接收装置的距离与夹角；

步骤S005，根据测量结果计算各测点在工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系中的坐标值；

步骤S006，根据各测点的坐标值，拟合液压支架与刮板输送机槽***置曲线，以工作面一端初始调整后的刮板输送机、液压支架为基准，获得工作面液压支架与刮板输送机的直线度。

由于现有监测技术仅仅只对液压支架1或刮板输送机3的直线度进行监测，难以反应液压支架与刮板输送机的位置关系，例如：若液压支架与刮板输送机均保持直线，但刮板输送机发生上窜或下滑，现有技术难以监测；另外，仅仅只获取液压支架或刮板输送机的直线度，而对液压支架与刮板输送机的位置关系不明确，同样难以对工作面的直线度进行控制。因此，只有获取每台液压支架与刮板输送机槽体的准确位置，才能实现工作面液压支架与刮板输送机直线度的精准调控。本实施例通过测量液压支架与相连刮板输送机槽体的距离，以及与左右相邻刮板输送机槽体的距离与夹角，便可以计算得出工作面液压支架与刮板输送机槽体的位置坐标，不仅可以拟合得出液压支架与刮板输送机的位置曲线，而且可以获得液压支架与刮板输送机的相对位置关系，为工作面直线度精准控制提供基础。

在步骤S001中，安装的可旋转激光感应测距装置2可以绕安装位置进行水平方向360°旋转，当可旋转激光感应测距装置2发出的激光与安装在刮板输送机槽体上的激光感应接收装置4对准时，便自动记录测量的距离及旋转角度。

在步骤S003中，如图3所示，以步骤S002调整后最靠近工作面巷道5一侧的液压支 架上安装的可旋转激光感应测距装置的安装点为坐标原点，图4中的点，以调整后的2～3 台液压支架的可旋转激光感应测距装置安装点的连线为x轴，图4中的点与点的连线， 以坐标原点与相连刮板输送机槽体上的激光感应接收装置的安装位置连线为y轴，图4中的点与点的连线，建立工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系。

在步骤S004中，假设工作面共布置了n台液压支架，以步骤S002中调整后最靠近工 作面巷道侧的液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置安装位置记为，与该液压支架 连接的刮板输送机槽体上安装的激光感应接收装置的安装位置记为，以此类推，第i台液 压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的安装位置记为，与第i台液压支架连接的刮 板输送机槽体上安装的激光感应接收装置的安装位置记为，见图4所示；

首先，对每台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置进行小幅度的左右旋转，使 液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置与本台液压支架相连的刮板输送机槽体上安 装的激光感应接收装置进行对准，由此可测得液压支架与相连刮板输送机槽体的距离（1 ≤i≤n）；

然后，以此为基准点，使可旋转激光感应测距装置向右侧水平旋转一定角度，使可 旋转激光感应测距装置与本台液压支架右侧相邻液压支架连接的刮板输送机槽体上安装 的激光感应接收装置进行对准，可旋转激光感应测距装置自动记录此时的距离值与旋转 角度值（1≤i≤n）；

随后，使可旋转激光感应测距装置向左旋转一定角度，再次使液压支架上安装的可 旋转激光感应测距装置与本台液压支架相连的刮板输送机槽体上安装的激光感应接收装 置进行对准，以此为基准，使可旋转激光感应测距装置向左侧水平旋转一定角度，使可旋 转激光感应测距装置与本台液压支架左侧相邻液压支架连接的刮板输送机槽体上安装的 激光感应接收装置进行对准，可旋转激光感应测距装置自动记录此时的距离值与角度值（1≤i≤n）。

在步骤S005中，根据测量结果计算各测点在工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系中的坐标值，计算流程如下：

首先，根据工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系，以及第1台液压支架上安 装的可旋转激光感应测距装置的测量结果、，见图4所示，可以计算第2台液压支架相连 刮板输送机槽体中心位置的坐标（，），如下，

基于第2台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的测量结果、，可以计算 第2台液压支架上的可旋转激光感应测距装置的坐标（，），如下：

然后，以点为坐标原点，以为轴，建立坐标系（），同理，根据第2台液压 支架的测量结果、，可以计算第3台液压支架相连刮板输送机槽体中心位置在坐标系（）中的坐标（，），如下，

基于第3台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的测量结果、，可以计算第 3台液压支架上的可旋转激光感应测距装置在坐标系（）中的坐标（，），如下：

式中，（，）为第2台液压支架连接的刮板输送机槽体中心位置在坐标系（） 中的坐标。

由于已知、相对于坐标系（）的坐标值，因此，通过坐标变换便可以确定、相对于坐标系（）的坐标值（，）、（，）如下：

同理，以点为坐标原点，以为轴，建立坐标系（），2＜i＜n，根据第i台液 压支架的测量结果、，可以计算第i+1台液压支架相连刮板输送机槽体中心位置在坐标 系（）中的坐标（，），如下：

基于第i+1台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的测量结果、，可以计 算第i+1台液压支架上的可旋转激光感应测距装置在坐标系（）中的坐标（，）， 如下：

由于已知、相对于坐标系（）的坐标值，因此，通过坐标变换便可以确定、相对于坐标系（）的坐标值（，）、（，），如下：

根据上述计算，便可以确定各测点、在工作面液压支架与刮板输送机直线度测 量坐标系（）中的坐标值。

在步骤S006中，根据各测点、在（）坐标系中的坐标值，便可以拟合绘制工 作面液压支架、刮板输送机在工作面中的位置曲线，不仅可以获得工作面液压支架、刮板输 送机的直线度，而且可以确定刮板输送机与液压支架的相对位置关系，为工作面“三直一 平”控制提供数据支撑。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度监测方法，其特征在于，包括：

在工作面每台液压支架的底座中心位置安装可旋转激光感应测距装置，并在与液压支架相连的刮板输送机的槽体中心位置安装激光感应接收装置；

按照工作面推移步距要求，调整工作面一端的2～3节刮板输送机的槽体成直线，并同时调整这一端的2～3台液压支架保持直线，并且调整液压支架与相连刮板输送机的槽体保持垂直正对；

建立工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系；

测量液压支架与刮板输送机槽体之间的距离与夹角；

根据测量结果计算各测点在工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系中的坐标值；

根据各测点的坐标值，拟合液压支架与刮板输送机槽***置曲线，以工作面一端初始调整后的刮板输送机、液压支架为基准，获得工作面液压支架与刮板输送机的直线度。

2.根据权利要求1所述的采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度监测方法，其特征在于，所述的建立工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系包括：

以调整后最靠近工作面巷道一侧的液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的安装点为坐标原点；

以调整后的2～3台液压支架的可旋转激光感应测距装置安装点的连线为x轴；

以坐标原点与相连刮板输送机槽体上的激光感应接收装置的安装位置连线为y轴。

3.根据权利要求1所述的采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度监测方法，其特征在于，所述的测量液压支架与刮板输送机槽体之间的距离与夹角包括：

每台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置进行小幅度的左右旋转，使可旋转激 光感应测距装置与本台液压支架相连的刮板输送机槽体上安装的激光感应接收装置进行 对准，测得液压支架与相连刮板输送机槽体的距离（1≤i≤n）；

可旋转激光感应测距装置向右侧水平旋转一定角度，使可旋转激光感应测距装置与 本台液压支架右侧相邻液压支架连接的刮板输送机槽体上安装的激光感应接收装置进行 对准，测量与本台液压支架右侧相邻液压支架连接的刮板输送机槽体上安装的激光感应接 收装置之间的距离值与旋转角度值；

可旋转激光感应测距装置向左旋转一定角度，再次使液压支架上安装的可旋转激光 感应测距装置与本台液压支架相连的刮板输送机槽体上安装的激光感应接收装置进行对 准，以此为基准，使可旋转激光感应测距装置向左侧水平旋转一定角度，使可旋转激光感 应测距装置与本台液压支架左侧相邻液压支架连接的刮板输送机槽体上安装的激光感应 接收装置进行对准，测量与本台液压支架左侧相邻液压支架连接的刮板输送机槽体上安装 的激光感应接收装置之间的距离值与角度值。

4.根据权利要求1所述的采煤工作面液压支架与刮板输送机直线度监测方法，其特征在于，所述的根据测量结果计算各测点在工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系中的坐标值包括：

基于工作面液压支架与刮板输送机直线度测量坐标系，利用第1台液压支架上安装的 可旋转激光感应测距装置的测量结果、，计算第2台液压支架相连刮板输送机槽体中心 位置的坐标（，）；

基于第2台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的测量结果、，计算第2台 液压支架上的可旋转激光感应测距装置的坐标（，）；

以点为坐标原点，以为轴，建立坐标系（），根据第2台液压支架的测量结 果、，计算第3台液压支架相连刮板输送机槽体中心位置在坐标系（）中的坐标（，）；

基于第3台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的测量结果、，计算第3台液 压支架上的可旋转激光感应测距装置在坐标系（）中的坐标（，）；

通过坐标变换计算、相对于坐标系（）的坐标值（，）、（，）；

以点为坐标原点，以为轴，建立坐标系（），2＜i＜n，根据第i台液压支架 的测量结果、，计算第i+1台液压支架相连刮板输送机槽体中心位置在坐标系（） 中的坐标（，）；

基于第i+1台液压支架上安装的可旋转激光感应测距装置的测量结果、，计算第 i+1台液压支架上的可旋转激光感应测距装置在坐标系（）中的坐标（，）；

通过坐标变换计算、相对于坐标系（）的坐标值（，）、（，）。