一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法与流程

1.本发明涉及极薄煤层综采工作面技术领域，具体涉及一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法。

背景技术：

2.随着科学技术发展，煤矿生产工艺也越来越机械化、自动化、智能化。这其中，在综采工作面上，采煤机、液压支架、运输机等是进行煤矿生产工作的主要设备；采煤机负责截割煤层，运输机负责运输煤流，液压支架负责支护，共同运作完成采煤工作。
3.但是，在采煤机运作过程中，采煤机沿运输机左右移动截割煤层，每次截割一刀煤，液压支架会向煤层方向移架跟进支护。而采煤机在行走过程中，或者液压支架在移动过程中，如果采煤机滚筒或者摇臂，与液压支架的顶梁、护帮等位置发生重合，则会发生采煤机与液压支架的干涉碰撞，导致设备损坏。且当采煤机运行过快时，若采煤机运行前方支架未及时收回，也会导致采煤机和支架发生碰撞，从而影响综采工作面作业效率和作业安全情况。因此，采煤机与液压支架之间的防碰撞研究是十分必要的。
4.现有的液压支架与采煤机的防碰撞方法，包括有：(1)利用激光测量顶梁与电缆槽的距离，判定顶梁是否与采煤机滚筒发生碰撞的方法；(2)利用高度传感器测量支架高度并与采煤机滚筒高度对比的方法；(3)利用雷达探测的采煤机摇臂到液压支架护帮板上首个探测点之间的距离，结合雷达的实际安装位置、摇臂的结构尺寸和截割滚筒的结构尺寸，利用几何关系计算得出截割滚筒与液压支架护帮板的实时间距，实时检测采煤机截割滚筒与液压支架护帮板之间的距离，从而避免采煤机截割滚筒与液压支架护帮板发生碰撞的方法等。
5.上述三类方法都能够完成采煤机与液压支架之间的防碰撞预警，但是此三类方案均存在问题，并不完善。其中，方案(1)中需要增设大量设备，方法运作复杂，需要较大安装空间，无法与极薄煤层场景适配，适用范围较小；方案(2)中缺少考虑支架的移架状态。而实际上支架的移架状态决定了支架和采煤机在沿工作面推进方向上的相对位置，即使支架高度比采煤机滚筒高度低，但是只要支架没有发生移架，支架和采煤机滚筒沿工作面推进方向上就不在同一个干涉区域内，不会发生碰撞；这使得方案(2)并不完全适用于综采工作面的采煤工艺；方案(3)中雷达运作会受到工作面环境因素(粉尘、水雾等)局限，影响探测距离准确度，预警准确度同样较差。
6.故而，目前亟需一种准确度更高，能够较好地与极薄煤层场景适配的防碰撞方法。

技术实现要素：

7.本发明意在提供一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，能够及时、准确地进行采煤机与支架的防碰撞预警，方法操作简单，与极薄煤层场景适配度较高。
8.本发明提供的基础方案为：一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，包括以下步骤：
9.步骤1：确定采煤机位置及采煤机的行进方向；并根据采煤机位置及采煤机的行进方向，按照预设采集策略选取支架行程传感器，并由支架行程传感器采集得到数个支架的推溜行程值；选取的支架行程传感器为采煤机行进方向上的且与采煤机滚筒临近的支架行程传感器；
10.步骤2：设置判定阈值；比对推溜行程值和判定阈值，若推溜行程值小于判定阈值，则进行第一防碰撞预警；若推溜行程值大于判定阈值，则进一步比对采煤机摇臂高度与支架高度，若支架高度小于采煤机摇臂高度，则进行第二防碰撞预警。
11.本发明的工作原理及优点在于：根据采煤机位置及采煤机的行进方向，选取与采煤机滚筒临近的支架行程传感器，并采集其数据；通过比对采集得到的推溜行程值与判定阈值，进而判定是否需要对采煤机滚筒、采煤机摇臂和支架进行防碰撞预警。本方案中的阈值比对在支架的推溜行程值和判定阈值之间进行，以此判定支架是否进行了超前移架，对于进行了超前移架的情况，即对应为推溜行程值小于判定阈值的情况，直观地，当支架推溜行程值过小，其对应为采煤机留出的安全空间过小，采煤机滚筒则易于与支架发生碰撞，按此数据做防碰撞预警判定，运作方法简单有效，且无需额外增设其余设备，方法运作成本较低。
12.并进一步地，针对推溜行程值大于判定阈值的情况，本方案也给出了针对性的碰撞预警策略，在支架推溜行程值足够的情况下，则继续比对判定采煤机摇臂高度与支架高度，进一步细致确定采煤机结构与支架的碰撞可能并对应进行防碰撞预警，防碰撞预警更细致，预警效果更好。
13.更重要的是，本方案中采用的支架行程传感器无需占用工作面的生产空间，在生产空间相对较小的极薄煤层中，本方案能够较好地发挥作用，适配度较高。并且，本方案中，预警判定所需的推溜行程值较便于确认，并且相比于雷达检测方案，更不易受工作面的外界环境干扰，相比于高度检测方案，其数值误差较小，判定准确度更高。且对于本方案而言，设置了两重防碰撞预警；碰撞预警的细致度和针对性较常规方案均更强。在常规的防碰撞预警方案中，仅仅考虑了支架与滚筒的碰撞情况，而忽略了在综采工作面中，特别是在支架未设护帮板的极薄煤层工作面中，支架与采煤机的相对位置关系有着多种可能，在支架与滚筒不碰撞不干涉的情况下，采煤机的摇臂也可能处于与支架顶梁干涉的空间中，以致于二者发生碰撞。本方案则考虑到了这一情况，并对应做了针对性的预警方案。
14.并且，第二防碰撞预警的确认基于第一防碰撞预警不成立的情况进行，即本方案在比对支架高度和采煤机摇臂高度时，已经通过比对支架推溜行程值和判定阈值，考虑并确认了支架的移架状态，确认了支架不处于超前移架状态，准确排除了支架与滚筒发生碰撞的可能，在此基础上，由于采煤机摇臂和支架顶梁处于同一个可碰撞空间内，此时进行第二防碰撞预警的判定及告警，可保证后续对于第二防碰撞预警的判定成立且能够与综采工作面的采煤工艺相适配，使得高度检测方案能够在综采工作面中发挥成效。
15.此外，因为极薄煤层中没有护帮板，因此采煤机与支架的干涉碰撞，主要发生在滚筒与支架顶梁之间、摇臂与支架顶梁之间，本方案特别选取与采煤机滚筒临近的支架行程传感器以采集推溜行程值，以及摇臂高度值和支架高度值，采集得到的数据更具针对性，进而可保证预警判定更准确。
16.进一步，还包括步骤3：根据步骤2中的防碰撞预警，确认防碰撞预警对应的支架；
并在防碰撞预警为第一防碰撞预警时，对应提前降低采煤机的滚筒高度；在防碰撞预警为第二防碰撞预警时，对应提前降低采煤机摇臂高度。
17.有益效果：在接收到防碰撞预警后，及时对采煤机结构位置做出调整，可有效避免碰撞。
18.进一步，在步骤1中，所述预设采集策略为当采煤机行进方向为向左行进时，则采集处于采煤机滚筒左侧的最近的预设数量个支架的推溜行程值；当采煤机行进方向为向右行进时，则采集处于采煤机滚筒右侧的最近的预设数量个支架的推溜行程值。
19.有益效果：选取的支架为依据采煤机实时行进方向选取的，且选取的是在采煤机未来行进道路上的支架，其对应的推溜行程值能够准确反映临近支架状态，有助于分析确认采煤机运作的下一时刻与支架的相对位置，有助于准确预警。
20.进一步，所述预设数量的取值范围包括3个—5个。
21.有益效果：选取的支架个数适中，可避免因支架数量选取过少，以至于判定故障不及时；或支架数量选取过多，以至于故障判定过于敏感的情况，能够达到较好的预警效果。
22.进一步，所述防碰撞预警方式包括可视化弹窗警报、语音警报和灯光警报。
23.有益效果：提供的预警方式丰富，可保证故障提醒有效。
24.进一步，在步骤2中，所述判定阈值根据空顶距和采煤机运作的安全距离设定。
25.其中，空顶距是指在永久支护前用临时支护的方法控制顶板的距离，即工作面液压支架前排立柱至煤壁的距离。
26.采煤机运作的安全距离为《煤矿安全规程》中所规定的安全距离。
27.有益效果：判定阈值设定依据合理可靠，可保证预警准确。
28.进一步，在步骤2中，在空顶距为457时，所述判定阈值设为100。
29.有益效果：常规的采煤机沿运输机左右移动截割煤层，每次截割一刀煤，依据滚筒的厚度，截深常设置在800毫米左右，液压支架会跟进支护，向煤层方向移架跟进支护；而该截深与空顶距的差值需要大于采煤机运作的安全距离且留有一定空余空间才可保证采煤机与支架不碰撞，这需要支架的推溜行程足够，此处设定100的阈值，判定阈值设置合理，能够保证预警准确。
30.进一步，所述支架为极薄煤层中无帮护板的支架。
31.有益效果：方案针对无帮护板的支架进行，方案运作场景与极薄煤层适配。
附图说明
32.图1为本发明一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法实施例的方法流程图；
33.图2为本发明一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法实施例的液压支架移架与未移架相对采煤机位置示意图。
具体实施方式
34.下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
35.实施例基本如附图1所示：一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，其中，采煤机指的是可在极薄煤层综采工作面运作的用于采煤的常规采煤机；支架指的是综
采工作面中用于支护工作面的液压支架；包括以下步骤：
36.步骤1：确定采煤机位置及采煤机的行进方向；并根据采煤机位置及采煤机的行进方向，按照预设采集策略选取支架行程传感器，并由支架行程传感器采集得到数个支架的推溜行程值；所述支架为极薄煤层中无帮护板的支架。选取的支架行程传感器为采煤机行进方向上的且与采煤机滚筒临近的支架行程传感器。
37.其中，支架行程传感器安装在液压支架的推移油缸内，主要用于将推移油缸的机械行程转化为数字信号，是测量液压支架推溜、移架、拉溜动作幅度的装置，常规的液压支架均配置有该装置，本方案通过支架行程传感器来采集基础数据，不需要额外增设装置，不占用工作面的生成空间，改进成本较低，与极薄煤层工作面适应性更高。本实施例中所述的极薄煤层具体指煤层厚度为0.3m—0.5m的煤层。
38.所述预设采集策略为当采煤机行进方向为向左行进时，则采集处于采煤机滚筒左侧的最近的预设数量个支架的推溜行程值；当采煤机行进方向为向右行进时，则采集处于采煤机滚筒右侧的最近的预设数量个支架的推溜行程值。所述预设数量的取值范围包括3个—5个；可以理解的是，根据实际工作面预警判定需要，该预设数量取值范围可相应调整。本实施例中，所述预设数量为3个。如附图2所示，采煤机向左行进，则采集处于采煤机滚筒左侧的最近的三个支架的推溜行程值，对应为10号、11号、12号支架的推溜行程值；选取的支架个数适中，可避免因支架数量选取过少，以至于判定故障不及时；或支架数量选取过多，以至于故障判定过于敏感的情况，能够达到较好的预警效果。
39.步骤2：设置判定阈值；比对推溜行程值和判定阈值，若推溜行程值小于判定阈值，则进行第一防碰撞预警；若推溜行程值大于判定阈值，则进一步比对采煤机摇臂高度与支架高度，若支架高度小于采煤机摇臂高度，则进行第二防碰撞预警。其中，第一防碰撞预警为针对采煤机滚筒和支架的防碰撞预警；第二防碰撞预警为针对采煤机摇臂与支架的防碰撞预警。
40.具体地，在进一步比对采煤机摇臂高度与支架高度时，首先分别采集采煤机摇臂高度值和支架高度值。本实施例中，采煤机摇臂高度可采用高度传感器、角度传感器、编码器以及采煤机本身的机械结构测量得出，可以理解的是，由于采煤机型号、结构设置不同，不同采煤机的高度测量器件可按需调整；支架高度可采用高度传感器、激光测高装置等进行采集；此部分为常规高度采集方式，在此暂不做详细说明。
41.所述判定阈值根据空顶距和采煤机运作的安全距离设定，判定阈值可根据实际的采煤机型号尺寸、工作面加工需求等进行适应性调整，方法运作灵活度较高。
42.本实施例中，在空顶距为457时，所述判定阈值为100。常规的采煤机沿运输机左右移动截割煤层，每次截割一刀煤，依据滚筒的厚度，截深常设置在800毫米左右，液压支架会跟进支护，向煤层方向移架跟进支护；而该截深与空顶距的差值需要大于采煤机运作的安全距离且留有一定空余空间才可保证采煤机与支架不碰撞，这需要支架的推溜行程足够，此处设定100的阈值，能够保证预警准确。
43.所述防碰撞预警方式包括可视化弹窗警报、语音警报和灯光警报。本实施例中采用的防碰撞预警方式为可视化弹窗警报，在某支架的推溜行程值小于判定阈值时，采用红弹窗、特殊标注等对应在该支架对应的可视化界面处显示。
44.步骤3：根据步骤2中的防碰撞预警，确认防碰撞预警对应的支架；并在防碰撞预警
为第一防碰撞预警时，对应提前降低采煤机的滚筒高度；在防碰撞预警为第二防碰撞预警时，对应提前降低采煤机摇臂高度。所述提前降低，即指在采煤机滚筒或采煤机摇臂到达对应支架附近之前即刻降低，以避免其与超前移架的支架发生碰撞干涉。本实施例中，可选择在接收到防碰撞预警通知时就即刻降低采煤机滚筒或采煤机摇臂高度。
45.本实施例提供的一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，设置有两级防碰撞预警，特别考量了极薄煤层工作面场景下支架与摇臂的碰撞可能性，对支架与滚筒、支架与摇臂的碰撞情况都能够进行预警，能够及时、准确地进行采煤机与支架的防碰撞预警，预警判定所需的推溜行程值、相关高度值等较便于确认，方法操作简单，采用的支架行程传感器无需占用工作面的生产空间，与极薄煤层场景适配度较高，同时适用于其他厚度煤层，具备通用性。并且，现今资源环境局势紧张，煤矿资源的减少使得极薄煤层开采成为主流趋势，然而受极薄煤层场景局限，采煤工作也受到许多限制，对于可工作空间较小的极薄煤层而言，采煤机与支架的碰撞率相较于普通煤层更高，并且由于极薄煤层无法设置护帮板，其碰撞种类也更多。本方案则是基于此极薄煤层困境出发，充分考量了极薄煤层场景刚需，对常规煤层预警所忽略的采煤机摇臂与支架顶梁碰撞情况也针对性考量，能够充分满足极薄煤层的防碰撞预警需求，有助于提升极薄煤层开采的安全度和效率。
46.并且本方案相比于雷达检测方案，更不易受工作面的外界环境干扰；相比于高度检测方案，用来预测碰撞的数值误差较小，判定准确度更高。且本方案能够使得高度检测方案在综采工作面中发挥成效，第二防碰撞预警的确认基于第一防碰撞预警不成立的情况进行，有效考量了支架移架状态，保证了高度比对判定碰撞的有效性。
47.特别的是，本方案设计了一种新的防碰撞预警方法，在判断支架与采煤机滚筒的碰撞可能时，创新地选取并采集了支架的推溜行程值以作预警判定，推溜行程值确定的是支架本身的位移状态，通过判定支架是否超前移架以确定工作面中提供给采煤机的安全运作空间是否充足，进而完成对碰撞可能的判定，支架推溜行程值易于采集且采集精准度易于保证，在进行推溜行程值和判定阈值比对时，判定逻辑简单，能够达到较高的防碰撞预警精准度和及时度。
48.并且，相比于常规的用于综采工作用的防碰撞预警方法，其在判定采煤机的某部件会否与支架发生碰撞时，都是直接通过两物件之间的间隔距离来做判定，例如通过测距仪等测量采煤机某部件到支架之间的距离以作判定等，然而这种判定思路其实是不恰当的，采煤机和支架作为两类独立设备，其运作方式、移动路径和在工作面中的所处区域都是不一样的，垂直距离上看来易于发生碰撞的采煤机部件与支架，其实际上不一定会发生碰撞，例如当采煤机部件与支架并不处于同一干涉区域内时这种判定就是无效的。而本方案通过推溜行程值做判定，碰撞判断不会受空间交错等影响，可保证碰撞判断准确，减少误预警。
49.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作
出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：

1.一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定采煤机位置及采煤机的行进方向；并根据采煤机位置及采煤机的行进方向，按照预设采集策略选取支架行程传感器，并由支架行程传感器采集得到数个支架的推溜行程值；选取的支架行程传感器为采煤机行进方向上的且与采煤机滚筒临近的支架行程传感器；步骤2：设置判定阈值；比对推溜行程值和判定阈值，若推溜行程值小于判定阈值，则进行第一防碰撞预警；若推溜行程值大于判定阈值，则进一步比对采煤机摇臂高度与支架高度，若支架高度小于采煤机摇臂高度，则进行第二防碰撞预警。2.根据权利要求1所述的一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，其特征在于，还包括步骤3：根据步骤2中的防碰撞预警，确认防碰撞预警对应的支架；并在防碰撞预警为第一防碰撞预警时，对应提前降低采煤机的滚筒高度；在防碰撞预警为第二防碰撞预警时，对应提前降低采煤机摇臂高度。3.根据权利要求1所述的一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，其特征在于，在步骤1中，所述预设采集策略为当采煤机行进方向为向左行进时，则采集处于采煤机滚筒左侧的最近的预设数量个支架的推溜行程值；当采煤机行进方向为向右行进时，则采集处于采煤机滚筒右侧的最近的预设数量个支架的推溜行程值。4.根据权利要求3所述的一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，其特征在于，所述预设数量的取值范围包括3个—5个。5.根据权利要求1所述的一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，其特征在于，所述防碰撞预警方式包括可视化弹窗警报、语音警报和灯光警报。6.根据权利要求1所述的一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，其特征在于，在步骤2中，所述判定阈值根据空顶距和采煤机运作的安全距离设定。7.根据权利要求6所述的一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，其特征在于，在步骤2中，在空顶距为457时，所述判定阈值设为100。8.根据权利要求1所述的一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，其特征在于，所述支架为极薄煤层中无帮护板的支架。

技术总结

本发明涉及极薄煤层综采工作面技术领域，公开了一种极薄煤层综采工作面采煤机与支架防碰撞方法，包括以下步骤：步骤1：确定采煤机位置及采煤机的行进方向；并根据采煤机位置及采煤机的行进方向，按照预设采集策略选取支架行程传感器，并由支架行程传感器采集得到数个支架的推溜行程值；步骤2：设置判定阈值；比对推溜行程值和判定阈值，若推溜行程值小于判定阈值，则进行第一防碰撞预警；若推溜行程值大于判定阈值，则进一步比对采煤机摇臂高度与支架高度，若支架高度小于采煤机摇臂高度，则进行第二防碰撞预警。本发明能够及时、准确地进行采煤机与支架的防碰撞预警，方法操作简单，与极薄煤层场景适配度较高。与极薄煤层场景适配度较高。与极薄煤层场景适配度较高。