阅读说明：本技术 一种综放工作面放顶煤智能控制方法 (Intelligent control method for fully mechanized caving face top coal caving ) 是由 张宁波 刘怀东 刘长友 王晨煜 唐慧波 吴占伟 王颖 李泽鑫 于 2019-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种综放工作面放顶煤智能控制方法,步骤如下：S1：在每台综放工作面放顶煤液压支架中均放置放顶煤智能控制器、自然射线煤矸识别探测器和电液控制器；S2：通过实验的方法确定出关窗阈值；S3：选出初始工作的综放工作面放顶煤液压支架,同时选出的综放工作面放顶煤液压支架根据关窗阈值控制放煤口的关闭状态；S4：向选出的综放工作面放顶煤液压支架中的结束开关输入低或高电平,同时控制相邻放煤口的关闭状态；S5：重复步骤S4,直至所有综放工作面放顶煤液压支架均进行工作。本发明可以避免放煤工序中人员操作的随机性,有利于综放开采顶煤放出率的提高和混矸率的降低,也有利于实现综放工作面的采放平衡,提高工作面生产效率。(The invention discloses an intelligent control method for caving top coal of a fully mechanized caving face, which comprises the following steps: s1: a caving coal intelligent controller, a natural ray coal and gangue identification detector and an electro-hydraulic controller are arranged in each fully mechanized caving face caving coal hydraulic support; s2: determining a window closing threshold value through an experimental method; s3: selecting a top coal caving hydraulic support of the fully mechanized caving face for initial work, and controlling the closing state of a coal caving port by the selected top coal caving hydraulic support of the fully mechanized caving face according to a window closing threshold value; s4: inputting a low or high level to an end switch in the top coal caving hydraulic support of the selected fully mechanized caving face, and simultaneously controlling the closing state of adjacent coal caving ports; s5: and repeating the step S4 until all the top coal caving hydraulic supports of the fully mechanized caving face work. The invention can avoid the randomness of manual operation in the coal caving process, is beneficial to the improvement of the fully mechanized top coal caving rate and the reduction of the gangue mixing rate, is also beneficial to the realization of the mining balance of a fully mechanized caving face, and improves the production efficiency of the face.)

一种综放工作面放顶煤智能控制方法

技术领域

本发明涉及放顶煤开采技术领域，尤其涉及一种综放工作面放顶煤智能控制方法。

背景技术

智能化开采是煤炭开发的必由之路。综采放顶煤开采技术是实现厚及特厚煤层高效集约化生产的最有效的方法之一，且放煤工艺是综放开采的核心，但目前综采放顶煤的放顶煤工序仍然依靠人工按照“见矸关窗”的原则操作液压支架来进行控制，具有很大的人为性，放煤过程中过放和欠放的情况导致浪费资源和影响煤质的状况很难避免。

发明内容

发明目的：针对现有综采放顶煤开采技术在放煤过程中，存在过放和欠放的问题，本发明提出了一种综放工作面放顶煤智能控制方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种综放工作面放顶煤智能控制方法，所述控制方法具体包括如下步骤：

S1：将N台综放工作面放顶煤液压支架均放置在煤层的内部，N台所述综放工作面放顶煤液压支架彼此之间相互串联，同时在每台所述综放工作面放顶煤液压支架中均放置放顶煤智能控制器、自然射线煤矸识别探测器和电液控制器；

S2：通过化学方法测定所述煤层和岩层的成分变化及相应的辐射强度，同时通过实验的方法确定出关窗阈值；

S3：从N台所述综放工作面放顶煤液压支架中，选出初始工作的综放工作面放顶煤液压支架，同时所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中的放顶煤智能控制器、自然射线煤矸识别探测器和电液控制器根据关窗阈值，控制所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中控制放煤口的关闭状态；

S4：根据所述放煤口的关闭状态，向所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中的放顶煤智能控制器的结束开关输入低电平或高电平，同时控制相邻所述综放工作面放顶煤液压支架中的放煤口的关闭状态；

S5：重复步骤S4，直至所有所述综放工作面放顶煤液压支架均进行工作。

进一步地讲，在所述步骤S1中，在所述综放工作面放顶煤液压支架中放置放顶煤智能控制器、自然射线煤矸识别探测器和电液控制器，具体为：

所述自然射线煤矸识别探测器安装在综放工作面每架液压支架的尾梁下侧靠插板根处，所述电液控制器设置在液压支架后立柱中间位置，所述放顶煤智能控制器安装在液压支架两个立柱中间电液控制器的上方。

进一步地讲，所述放顶煤智能控制器接收自然射线煤矸识别探测器的辐射强度数据，并根据所述辐射强度数据获取开/关窗时间，同时向所述电液控制器发送开/关窗指令，控制放煤口的开/关窗动作。

进一步地讲，在所述步骤S3中，控制所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中控制放煤口的关闭状态，具体如下：

S3.1：在所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中，所述放顶煤智能控制器内的单片机接收自然射线煤矸识别探测器产生的放射性强度数字信号；

S3.2：所述单片机对放射性强度数字信号进行分析处理，对落到所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中的放煤口的煤矸混合物中矸石含量进行判断；

当所述落到放煤口的煤矸混合物中矸石含量未达到关窗阈值时，则保持所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中的放煤口继续放煤；

当所述落到放煤口的煤矸混合物中矸石含量达到关窗阈值时，则关闭所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中的放煤口。

进一步地讲，所有所述放顶煤智能控制器内的单片机中均设置有两个累加器，其中一个所述累加器对输入单片机的信号数目进行累加，另一个所述累加器对输入单片机中大于关窗阈值的信号的个数进行累加。

进一步地讲，在所述步骤S4中，控制相邻所述综放工作面放顶煤液压支架中的放煤口的关闭状态，具体为：

当所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中的放煤口继续放煤时，所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中的放顶煤智能控制器的结束开关输入低电平，同时相邻所述综放工作面放顶煤液压支架中的放煤口保持关闭状态；

当所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中的放煤口关闭时，所述选出的综放工作面放顶煤液压支架中的放顶煤智能控制器的结束开关输入高电平，同时将所述高电平输入到相邻综放工作面放顶煤液压支架中的放顶煤智能控制器的启动电路开关中，打开相邻所述综放工作面放顶煤液压支架中的放顶煤智能控制器的放煤口。

进一步地讲，在所述步骤S3.2中，落到所述放煤口的煤矸混合物中矸石含量的判断过程，具体如下：

第一步：所述单片机采集自然射线煤矸识别探测器产生的放射性强度数字信号，并将所述放射性强度数字信号与关窗阈值进行比较，当所述放射性强度数字信号大于关窗阈值时，则所述两个累加器均增加1；

当所述放射性强度数字信号不大于关窗阈值时，则第一个所述累加器不进行工作，第二个所述累加器增加1；

第二步：设置预先信号采集个数，当所述单片机采集的信号个数达到预先信号采集个数时，判断在所述单片机采集的信号数据中，是否有80％的信号数据超过所述关窗阈值，若无，则保持所述放顶煤智能控制器的结束开关输入低电平，并继续放煤；

反之，则向所述放顶煤智能控制器的结束开关输入高电平，关闭放煤口，并打开所述下一台放顶煤智能控制器的放煤口。

进一步地讲，所述预先信号采集个数根据自然射线煤矸识别探测器的采样频率进行选择。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

(1)本发明的综放工作面放顶煤智能控制方法与手持式放顶煤控制相比，在高效和准确的煤矸自动识别的基础上，能提高综放开采放顶煤的放出率，同时放煤工人不用追机作业，进而提高了工作效率，并且也使得煤矿工人远离井下工作面的恶劣环境；

(2)本发明的综放工作面放顶煤智能控制方法可以避免放煤工序中人员操作的随机性，实现真正意义上的控制放煤和等量放煤，有利于综放开采顶煤放出率的提高和混矸率的降低，有利于实现综放工作面的采放平衡，提高工作面生产效率，同时本发明的综放工作面放顶煤智能控制方法操作简单，可控性好，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明综放工作面放顶煤智能控制方法的流程示意图；

图2是本发明放顶煤过程示意图；

图3是本发明探测器安装斜视图；

图4是本发明探测器安装侧视图；

图5是本发明探测器安装主视图；

图6是本发明液压支架主视图；

图7是本发明液压支架自动接替原理图；

图8是本发明采集信号比较流程图；

图中标号对应部件名称：

1、煤层；2、岩层；3、液压支架；4、较碎煤；5、矸石；6、放煤口；7、刮板输送机；8、放顶煤智能控制器；9、自然射线煤矸识别探测器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

实施例1

参考图1，本实施例提供了一种综放工作面放顶煤智能控制方法，该综放工作面放顶煤智能控制方法具体包括如下步骤：

步骤S1：参考图2，将N台综放工作面放顶煤液压支架3均放置在煤层1的内部，N台综放工作面放顶煤液压支架3彼此之间相互串联。根据综放工作面每架液压支架3的位置，放置放顶煤智能控制器8、自然射线煤矸识别探测器9和电液控制器。参考图3、图4和图5，自然射线煤矸识别探测器9以尾梁下侧为安装点，探测面与放落煤体保持平行。具体地讲，放顶煤智能控制器8放置在液压支架电液控旁边，即放顶煤智能控制器8安装在液压支架3两个立柱中间电液控制器的上方，自然射线煤矸识别探测器9安装在综放工作面每架液压支架3的尾梁下侧靠插板根处，电液控制器设置在液压支架3后立柱中间位置。

在综采放顶煤过程中，煤层1的低煤被切割，煤层1的上方是岩层2，顶煤由液压支架3支撑，随着采煤的进行以及液压支架3的前移，部分岩层2和煤层1会发生破碎，从而形成矸石5和较碎煤4。顶煤由放煤口6放出，在顶煤放出这个过程中，会有部分矸石5随着顶煤的放出而放出落在刮板输送机7上。

其中放置放顶煤智能控制器8作为自然射线煤矸识别探测器9和电液控制器之间的中介连接装置。具体地讲，放顶煤智能控制器8接收自然射线煤矸识别探测器9的辐射强度数据，并对自然射线煤矸识别探测器9的辐射强度数据进行实时的处理与分析，从而或取得到开/关窗时间，并向电液控制器发送开/关窗指令，控制放煤口6的开/关窗动作，进而实现放煤过程的智能控制。

步骤S2：对顶板的赋存状况调研，通过化学方法测定其成分变化及相应的辐射强度，同时通过实验的方法确定关窗阈值。其中顶板即为煤层1和岩层2的统称。

步骤S3：从步骤S1中的N台综放工作面放顶煤液压支架3中，选出初始工作的综放工作面放顶煤液压支架3，同时选出的综放工作面放顶煤液压支架3中放置的放顶煤智能控制器8、自然射线煤矸识别探测器9和电液控制器根据关窗阈值，控制选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6的关闭状态。具体如下：

步骤S3.1：参考图6，由放煤工人手动按下选出的综放工作面放顶煤液压支架3中控制器的启动按钮A，进而启动选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放顶煤智能控制器8。同时选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放顶煤智能控制器8内的单片机会接收自然射线煤矸识别探测器9产生的放射性强度数字信号。

参考图7，选出的综放工作面放顶煤液压支架3中放顶煤智能控制器8的放煤口6开始放煤时，选出的综放工作面放顶煤液压支架3中放顶煤智能控制器8的单片机以500Hz的采样频率，通过蓝牙模块接收自然射线煤矸识别探测器9的蓝牙发射的无线信号。具体地讲，通过蓝牙模块和单片机之间的连接，自然射线煤矸识别探测器9产生的放射性强度数字信号传输至选出的综放工作面放顶煤液压支架3中放顶煤智能控制器8的单片机中。

在本实施例中，所有的放顶煤智能控制器8内的单片机中均设置有两个累加器，此处两个累加器分别选择为累加器X和累加器Y，其中累加器X是对输入单片机的信号数目进行累加，累加器Y是对输入单片机中大于关窗阈值的信号的个数进行累加。

步骤S3.2：单片机对自然射线煤矸识别探测器9产生的放射性强度数字信号进行分析处理，根据分析结果，对落到选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6的煤矸混合物中矸石含量进行判断。判断结果具体为：

当落到选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6的煤矸混合物中矸石含量未达到关窗阈值时，则保持选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6继续放煤。

当落到选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6的煤矸混合物中矸石含量达到关窗阈值时，则关闭选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6。

参考图8，落到放煤口的煤矸混合物中矸石含量的判断具体如下：

第一步：当第一个信号输入到单片机后，单片机采集自然射线煤矸识别探测器9产生的放射性强度数字信号，并将该放射性强度数字信号与关窗阈值进行比较，当放射性强度数字信号大于关窗阈值时，则两个累加器均增加1，即累加器X和累加器Y均增加1，也就是说，累加器X＝1，Y＝1。

当放射性强度数字信号不大于关窗阈值时，则第一个累加器不进行工作，第二个所述累加器增加1，即累加器X保持不变，累加器Y增加1，也就是说，累加器X＝0，Y＝1。

第二步：设置预先信号采集个数，具体地讲，预先信号采集个数根据自然射线煤矸识别探测器9的采样频率进行选择，在本实施例中，自然射线煤矸识别探测器9的采样频率为100赫兹，从而预先信号采集个数设置为10。同样地，随着自然射线煤矸识别探测器9的采样频率的提高，可以增加放顶煤智能控制器8的采集个数。

当单片机采集的信号个数达到预先信号采集个数时，即10个时，判断在单片机采集的10信号数据中，是否有80％的信号数据超过所述关窗阈值，若无，则保持放顶煤智能控制器8的结束开关输入低电平，并继续放煤。反之，则向放顶煤智能控制器8的结束开关输入高电平，关闭放煤口6，并打开下一台放顶煤智能控制器8的放煤口6。

在本实施例中，即判断当累加器X＝10时，判断累加器Y的值是否小于8，当累加器Y＜8，则继续放煤，当累加器Y≥8，则关闭放煤口6。

步骤S4：根据选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6的关闭状态，向选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放顶煤智能控制器8的结束开关输入低电平或高电平，同时控制相邻综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6的关闭状态。具体为：

当选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6继续放煤时，向选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放顶煤智能控制器8的结束开关输入低电平，同时相邻综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6保持关闭状态。

当选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放煤口6关闭时，选出的综放工作面放顶煤液压支3中的放顶煤智能控制器8的结束开关输入高电平，同时将高电平输入到相邻综放工作面放顶煤液压支架3中的放顶煤智能控制器8的启动电路开关中，并打开相邻综放工作面放顶煤液压支架3中的放顶煤智能控制器8的放煤口6。

步骤S5：重复步骤S4，直至所有综放工作面放顶煤液压支架3均进行工作。

在本实施例中，每台液压支架3工作前放煤口6均处于关闭状态，放顶煤智能控制器8的启动复位电路输入低电平，控制电路输入高电平。除选出的综放工作面放顶煤液压支架3中的放顶煤智能控制器8外，每台放顶煤智能控制器8的启动由前一台控制器控制。前一台放顶煤智能控制器8工作结束时，其控制系统向其结束开关电路输入高电平，同时该高电平也输入到下一台放顶煤智能控制器8的启动电路开关，打开下一台放顶煤智能控制器8的放煤口6。

具体地讲，每个循环结束时，单片机以数字信号的形式输出累加器Y的数值，该数字信号通过D/A转换器转换为与其数值大小成正比的模拟信号。若输出信号数值为7，则经过D/A转换器后得到7V电压，并将转换得到的模拟信号与7.5V的电源电压通过电压比较器进行比较。若模拟信号小于8V，则向电磁阀控制电路输入低电平，并通过图6所示的传递插孔B和与其用导线相连下一台放顶煤智能控制器8的启动插孔A'向下一台放顶煤智能控制器8的启动电路输入低电平，同时该放煤口6保持打开状态，继续放煤。

下一台放顶煤智能控制器8的启动电路输入低电平，单片机不启动复位仍保持断电状态，放煤口6继续保持关闭状态。

若模拟信号不小于8V，向电磁阀控制电路和下一台放顶煤智能控制器8的启动复位电路输出高电平，高电平激发控制电路进而控制电磁阀关闭放煤口6。下一台放顶煤智能控制器8的启动电路输入高电平，单片机加电后启动复位，开始通过蓝牙模块接收自然射线煤矸识别探测器9的信号，开始循环。一般来说，第一个循环结束后电压比较器会向控制电路输入高电平以激发控制电路，进而控制电磁阀打开放煤口6。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构和方法并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均属于本发明的保护范围。