一种综采工作面推进度检测系统及方法

摘要

一种煤矿综采工作面推进度检测系统及方法，系统由定位锚点，定位标签，定位控制器、主控系统组成等组成。通过在进风巷、回风巷的岩壁等距离固定安装定位锚点，在液压支架、采煤机等设备上部署定位标签和定位控制器，在定位节点之间互相测距，测距数据由定位控制器经通信网络传输至主控计算机，主控计算机根据上述数据计算出工作面推进的过程中各设备的位置，从而实现工作面推进过程自动检测。

权利要求

1.一种综采工作面推进度检测系统，所述系统包括：

多个定位锚点,固定安装在进风和回风的巷道中，其中多个定位锚点间隔设置；

多个定位标签，包括安装在支架顶梁上的多个顶梁定位标签；安装在刮板运输机上的多个刮板运输机定位标签；所述刮板运输机定位标签与对应支架上的支架定位标签等距离安装；安装在采煤机上的采煤机定位标签；

多个定位控制器，每个定位控制器安装在对应支架上的液压缸上；

主控系统，主控系统为主控计算机或其它控制设备，设置在进风巷内的监控中心；

所述多个定位锚点、多个定位标签、定位控制器均设置有测距模块和无线通讯模块，其两两节点之间可进行测距；

所述定位标签和所述定位控制器中内置运动传感器，以检测其所处设备处于移动或静止状态；

所述主控系统还用于：通过对于定位标签和定位控制器中内置的运动传感器检测设备移动和静止状态，来选择作为相对位置信息测定的固定节点；通过对于刮板运输机标签中多个邻近固定节点与移动待测节点的测距信息，计算出待测节点的位置信息，对端头液压支架和机尾处液压支架的定位以邻近定位锚点作为定位基准，从而计算出刮板运输机的推进曲线；

以上，定位控制器集成至支架控制模块中以使支架控制器同时具备支架控制功能以及推进度检测功能。

2.如权利要求1所述的一种综采工作面推进度检测系统，其特征在于：定位锚点和定位标签可通过无线通讯模块将定位信息以及测距信息发送至定位控制器，定位控制器将上述信息和/或处理后的结果发送至主控系统。

3.如权利要求1所述的一种综采工作面推进度检测系统，其特征在于：测距模块采用无线定位系统进行高精度测距方法。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种综采工作面推进度检测系统，其特征在于：定位标签和/或定位锚点还设置有启动模块、电源模块，所述电源模块采用电池供电，所述定位标签和/或定位锚点平时处于睡眠状态，所述启动模块在接收到预定控制信息时启动所述定位标签和/或定位锚点中的测距模块及其它功能模块。

5.一种综采工作面推进度检测方法，其包括如权利要求1-4任一项所述的综采工作面推进度检测系统，其检测步骤为：A计算液压支架初始位置：通过端头液压支架与邻近定位锚点进行测距，对液压支架进行定位；

B计算移动中支架的位置和轨迹：在支架N进行移动时，在支架N邻近的定位锚点、刮板运输机定位标签、顶梁定位标签、定位控制器中选取多个固定节点或所属设备处于静止状态的定位节点，通过上述多个固定或静止节点的测距信息计算当前移架支架位置；

C更新移动后的支架位置信息并储存；

D重复步骤B至C，直至一轮采煤动作完成；

E计算机尾处液压支架的位置，通过机尾处液压支架与邻近定位锚点进行测距，对于机尾处液压支架进行定位；

F：更新整个工作面的定位标签坐标并储存；

其中，通过对于定位标签和定位控制器中内置的运动传感器检测设备移动和静止状态，来选择作为相对位置信息测定的固定节点；通过对于刮板运输机标签中多个邻近固定节点与移动待测节点的测距信息，计算出待测节点的位置信息，从而计算出刮板运输机的推进曲线。

6.如权利要求5所述的综采工作面推进度检测方法，其特征在于：通过定位控制器中内置运动传感器检测支架是否处于移架状态。

说明书

一种综采工作面推进度检测系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种煤矿综采工作面的检测系统和检测方法，尤其涉及一种近距离定位测距而实现综采工作面的推进度检测的系统及方法。

背景技术

[0002] 在煤矿井下，综采工作面的推进度不仅可以反映工作面推进速度的快慢，也综采队工作成果考核的主要参数。在目前的实际应用中，工作面推进度的检测主要是通过井下工人人工记录的方法，该方法不仅需要耗费人力，方法繁琐，而且通过这种方法确定的推进度不能反映出整个工作面的推进情况，进而使计算结果会与实际情况存在一定偏差。因此采用一种综采工作面推进度检测系统，可以检测整个工作面推进情况，这对于减少井下工人的工作量，提高工作效率，实现井下工作面实时监控具有重要意义。

[0003] 现有技术中在井下的测距技术或推进度的检测中，通常将传感器布置在采煤机上，但由于起伏等因素，采煤机的上的传感器在一些情况下信号会被遮挡、反射导致误差变大，定位失败，因此上述检测系统稳定性较差，精度不足，距离理想中的自动化检测系统还存在着一定缺陷。

发明内容

[0004] 本发明为了解决上述缺陷，提出一种通过近距离定位测距而实现综采工作面的推进度检测的系统及方法。

[0005] 综采工作面推进度检测系统包括多个定位锚点，固定安装在进风和回风的巷道中，其中多个定位锚点间隔设置，多个定位标签，其中包括安装在支架顶梁上的顶梁定位标签，安装在刮板运输机上的多个刮板运输机定位标签，其中所述刮板运输机定位标签与对应支架上的支架定位标签等距离安装，安装在采煤机上的采煤机定位标签；以及多个定位控制器，每个定位控制器安装在对应支架上的液压缸上；主控系统，主控系统为主控计算机或其它控制设备，设置在进风巷内的监控中心。

[0006] 定位锚点、所述多个定位标签、定位控制器均设置有测距模块和无线通讯模块，其两两之间可进行测距。定位锚点和定位标签可通过无线通讯模块将定位锚点/定位标签信息以及测距信息发送至定位控制器，定位控制器将上述信息发送至主控系统，主控系统设置有无线通讯模块，接受上述信息以计算和更新工作面各设备的位置，从而获取工作面推进度信息。

[0007] 优选的，测距模块采用无线定位系统(UWB)进行高精度测距方法。

[0008] 优选的，定位标签中还可内置运动传感器，以检测其所处设备处于移动或静止状态，所述传感器可以为测定加速度传感器，如陀螺仪，三轴加速传感器，测定角速度传感器，还可以为地磁传感器等。

[0009] 优选的，定位标签和定位锚点还设置有启动模块、电源模块。以定位标签为例，其电源模块采用电池供电，采用低功耗设计，平时处于睡眠状态，根据附近定位控制器分配的时间槽，通过定位传感器唤醒其启动模块，其启动模块启动测距模块、运动传感器以及数据通讯功能，并将测定后的融合数据通过定位控制器发送给主控系统。

[0010] 优选的，定位控制器设置有设备时间槽管理模块、信息同步模块、数据存储模块等，定位控制器的功能也可以集成至支架控制模块中，同时具备支架控制功能以及推进度检测功能。

[0011] 所述检测方法为：

[0012] A计算液压支架初始位置：通过端头液压支架与邻近定位锚点进行测距，对液压支架进行定位

[0013] B计算移动中支架的位置和轨迹：在支架N进行移动时，在支架N邻近的定位锚点、刮板运输机定位标签、顶梁定位标签、定位控制器中选取多个处于固定节点或设备处于静止状态的节点，通过所述多个固定节点计算当前移架支架上的定位控制器的位置；

[0014] C更新移动后的支架位置，更新相应支架的定位标签和定位控制器的信息并储存；

[0015] D重复步骤B至C，直至一轮采煤动作完成；

[0016] E计算机尾处液压支架的位置，通过机尾处液压支架与邻近定位锚点进行测距，对于机尾处液压支架进行定位

[0017] F更新整个工作面的定位标签坐标并储存。

[0018] 在上述推进度检测方法的过程中，任何两节点的测距可以对距离信息和/或角度信息进行测量，优选为三角测量法或多维标度法(MDS)测量待测移动节点的位置信息。

[0019] 优选的，通过对于定位标签和定位控制器中内置的运动传感器检测设备移动和静止状态，来选择作为相对位置信息测定的固定节点。

[0020] 优选的，通过定位控制器中内置运动传感器检测支架是否处于移架状态。

[0021] 优选的，采用刮板运输机定位标签实现对于刮板运输机的姿态的测定，如对于液压支架N的推移时，通过对于邻近刮板运输机上的定位标签中3个以上的固定节点的测距，得到刮板运输机对应移动节点的当前信息，从而根据刮板运输机上多个定位标签的相对位置信息，通过MDS算法，计算出待测节点的位置信息，从而计算出刮板机的曲线而直观得到当前刮板运输机的姿态，从而得到特定时刻工作面推进的详细信息。

[0022] 本发明的优点是，整个开采过程不需要人为干预可以实现自动化，避免了测距点的移动和软件的设置的人工参与。采用统一的测距标签，通过定位控制器上传系统，符合工作面的实际情况。在工作面曲线的测量过程中，通过近距离的标签之间的测距定位，可以实时而精确采集工作面的运行状态，有助于直观的了解观察工作面的工作曲线。通过多个冗余节点的相互测距，可以有效的覆盖整个工作面，并且避免了因信号会被遮挡、反射导致误差变大而导致的定位失败的问题。

[0023] 本系统使用的各设备体积小巧、成本低廉、安装方便并具有较好的防尘防潮性能，可以长期免维护工作。通过本发明的系统和方法而实施推进度的检测，可以有效的减少井下工人的工作量，提高工作效率，实现对井下工作面的实时监控。

附图说明

[0024] 附图1为本发明的推进度检测系统在综采工作面的安装示意图；

[0025] 附图2为本发明中液压支架的定位节点安装示意图；

[0026] 附图3为本发明推进度检测方法流程图。

[0027] 附图标记：

[0028] 1液压支架，2定位锚点，3定位标签，4定位控制器，5主控系统

[0029] 1-1顶梁，1-2掩护梁，1-3底座，1-4连杆

[0030] 3-1顶梁定位标签，3-2刮板运输机定位标签，3-3采煤机定位标签

具体实施方式

[0031] 下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

[0032] 本发明公开了一种综采工作面推进度检测系统。

[0033] 综采工作面中液压支架用以支护，工作面安装刮板运输机和采煤机，工作面两侧具有进风和回风的巷道，以安装采煤运输机及其它井下设备，监控中心位于进风巷道内。其中综采工作面的液压支架由顶梁1-1，掩护梁1-2，底座1-3，连杆1-4构成。

[0034] 参见图1，本综采工作面推进度检测系统包括多个定位锚点2，固定安装在进风和回风的巷道中，其中多个定位锚点间隔设置，例如设定固定间隔50米；多个定位标签3，其中包括安装在对应支架顶梁上的多个定位标签3-1，安装在刮板运输机上的多个定位标签3-2，其中多个定位标签3-2与对应支架上的定位标签3-1等距离安装，安装在采煤机上的定位标签3-3；以及多个定位控制器4，每个定位控制器4安装在对应支架上的液压缸上，参见图
2；主控系统5，主控系统为主控计算机或其它控制设备，设置在进风巷内的监控中心。

[0035] 定位锚点2、定位标签3、定位控制器4均设置有测距模块和无线通讯模块。多个定位锚点2、定位标签3、和定位控制器4两两之间可进行测距。其中定位控制器中上的数据标签具备数据接入电控系统功能。

[0036] 定位锚点和定位标签可通过无线通讯模块将定位锚点/定位标签信息以及测距信息发送至定位控制器4，定位控制器4将上述信息发送至主控系统5，主控系统5设置有无线通讯模块。

[0037] 其测距模块优选采用超宽带无线定位系统(UWB)进行高精度测距方法，也可以在井下采煤环境允许的情况下采用其它测距方法，如超声波测距，红外测距等。

[0038] 其无线通讯模块采用ZIGBEE，WIFI等适宜井下环境中的通讯方式。

[0039] 每个定位锚点2的相关三维坐标存储在主控系统5中，其坐标信息是推进度计算的参考基准。

[0040] 定位标签3中还可内置运动传感器，以检测其所处设备处于移动或静止状态，所述传感器可以为测定加速度传感器，如陀螺仪，三轴加速传感器，测定角速度传感器，还可以为地磁传感器等。

[0041] 定位标签3和定位锚点2还设置有启动模块、电源模块。以定位标签3为例，其电源模块采用电池供电，采用低功耗设计，平时处于睡眠状态，根据附近定位控制器4分配的时间槽，通过定位传感器唤醒其启动模块，其启动模块启动测距模块、运动传感器以及数据通讯功能，并将测定后的融合数据通过定位控制器4发送给主控系统5。

[0042] 定位控制器4还设置有设备时间槽管理模块、信息同步模块、数据存储模块等，定位控制器4的功能也可以集成至支架控制模块中，同时具备支架控制功能以及推进度检测功能。

[0043] 定位主控计算机运行定位引擎及数据库软件，从而实现工作面推进度实时检测。

[0044] 在进行推进度检测之前，首先对于各节点进行标号：

[0045] 将进风巷和回风巷的定位锚点2进行标号，依次为ANC-1直至ANC-M；

[0046] 将液压支架顺次标号为支架1直至支架N，安装在每个定位控制器4顺次标号为CONTROL-1直至CONTROL-N；

[0047] 将安装在液压支架顶梁上的多个定位标签3-1，顺次标号为TAG-1-1直至TAG-1-N，上述标号与液压支架的定位控制器4标号对应；

[0048] 将安装在刮板运输机上的多个定位标签3-2，顺次标号为TAG-2-1直至TAG-2-N，上述定位标签3-2等距离安装，使得各定位标签3-2与液压支架组的定位标签3-1相对应。

[0049] 在一个实施例中，工作面推进度检测步骤如下：

[0050] 1)计算液压支架初始位置

[0051] 例如，计算端头液压支架2的位置，相应液压支架与定位锚点在垂直于工作面的方向上的相对位置固定，因此预设液压支架N所对应的邻近4个定位锚点ANC-M、ANC-M+1、ANC-M+2中优选3个定位锚点，通过与CONTROL-2的测距结果，进行相应液压支架初始位置并储存。也可以通过多个定位锚点ANC-M与CONTROL-2的测距结果，选取测距结果较近的定位锚点ANC-M’，ANC-M’+1，ANC-M’+2，进行相应液压支架初始位置计算并储存；上述选取3个定位锚点，实际应用中也可选取4至多个定位锚点，通过MDS或其它算法进行计算。

[0052] 2)计算移动中支架的位置和轨迹：

[0053] 支架N进行移架时，选择多个邻近固定节点，例如刮板运输机上的定位标签TAG-2-N+2，在支架N距离端头或端尾较近时选择一个或多个定位锚点ANC-M，安装在邻近液压支架顶梁上的定位标签TAG-1-N+1。通过上述邻近固定节点计算当前前移架支架上的定位控制器CONTROL-2的实时位置和移动轨迹；

[0054] 3)更新移动后的支架位置

[0055] 支架N移架完成后，采用完成后的测定位置更新CONTROL-N，相应支架顶梁上的定位标签TAG-1-N的位置信息并存储；

[0056] 4)支架N+1移动，重复上述步骤2)-3)，直至工作面的一轮采煤动作完成，将设备定位延伸至整个工作面直至机尾；

[0057] 5)计算机尾处液压支架的位置，通过其机尾处邻近的2个ANC-M、ANC-M+1或多个定位锚点，对于机尾处液压支架进行定位，并更新整个工作面的标签坐标并储存。

[0058] 其中通过上述移动中和更新后支架的定位信息和移动信息，获得该综采工作面推进度数据，整个过程中无需人员参与。

[0059] 采用类似的方法，对于刮板运输机进行初始定位和工作面移动后的定位后的更新。

[0060] 在上述推进度检测方法的过程中，任何两节点的测距可以对距离信息和/或角度信息进行测量，其典型算法有接收信号强度法(RSSI，Received Signal Strength Indicator)、信号传输时间法(TOA，Time of Arrival)、信号到达角法(AOA，Arrival of Angle)等，获得其角度和距离数据后，采用已知位置信息的3-4个固定节点，采用三边测量法、三角测量法、最大似然估计法、多维标度法(MDS，multidimensional scaling)来计算待测未知移动节点的位置信息。

[0061] 以上实施例中，采取支架顶梁上的定位标签TAG-1-N时，同样可采集支架控制器4上的定位信息；采集刮板运输机中静止的定位标签的信息时，同样可采集临近设备上的定位标签。在端头或端尾附近，则可采用定位锚点作为定位基准。本系统中定位标签设置大量冗余以应对井下复杂煤矿中可能存在的遮挡情况，提高了系统的稳定性，增加了系统的自动化程度。在处理冗余标签所带来的数据处理问题时，优先采用无遮挡的定位标签的数据，在有多个无遮挡的定位标签数据时，可优临近定位标签的数据，也可以用MDS或其它降维方法来计算。

[0062] 在另一个实施例中，通过对于定位标签和定位控制器中内置的运动传感器检测设备移动和静止状态，来选择作为相对位置信息测定的固定节点。例如，在支架N移架时，采集邻近刮板运输机上的定位标签TAG-2-N+2，TAG2-N-2，TAG-2-N+3，TAG2-N-3，安装在邻近液压支架顶梁上的定位标签TAG-1-N+1，TAG-1-N-1中的传感器，判断其所在设备所在的状态，从而选取固定节点作为对于待测移动节点的当前测距锚点。

[0063] 在另一个实施例中，还可以通过定位控制器中内置运动传感器检测支架是否处于移架状态。

[0064] 在另一个实施例中，还可以采用刮板运输机上的定位标签3-2实现对于刮板运输机的姿态的测定，如对于液压支架N的推移时，通过TAG-2-N，TAG-2-N+1，TAG-2-N+2等多个节点的测距，利用固定节点得到移动节点的当前位置，从而根据刮板运输机上多个定位标签的相对位置信息。通过多个节点的测距信息，通过MDS算法，计算出待测节点的位置信息，从而计算出刮板机的曲线而直观得到当前刮板运输机的姿态，从而得到特定时刻工作面推进的详细信息。

[0065] 推进度监测系统还可以包括摄像机，摄像机负责定期对推进数据进行校正。

[0066] 以上实施方式仅适于说明本公开，而并非对本公开的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本公开的范畴，本公开的专利保护范围应由权利要求限定。