智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统
阅读说明：本技术 智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统 (Intelligent fully-mechanized top coal caving hydraulic support teaching-free memory coal caving system ) 是由 路绪良 王忠宾 谭超 闫海峰 司垒 安晓飞 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统,属于煤矿井下智能化工作面煤层顶煤开采领域。该放煤系统包括前部刮板输送机,电牵引采煤机,放顶煤液压支架,后部刮板输送机；所述的放顶煤液压支架位于煤层的煤壁；放顶煤液压支架的放煤端设有后部刮板输送机,放顶煤液压支架的后部设有电牵引采煤机,电牵引采煤机的下方布置前部刮板输送机；沿煤层煤壁的工作面推进方向划分若干个放煤象限区域,设定若干个放煤象限区域的放煤次序；若干个放煤象限区域组成1刀综放工作面。本发明的液压支架能够记忆之前放顶煤的放煤参数并且自主修正接下来要放顶煤的放煤参数,实现液压支架自主控制放顶煤,提高了液压支架自主控制的能力。(The invention relates to an intelligent fully mechanized caving face caving top coal hydraulic support teaching-free memory caving system, and belongs to the field of coal mine underground intelligent working face coal seam top coal mining. The coal caving system comprises a front scraper conveyor, an electric traction coal mining machine, a top coal caving hydraulic support and a rear scraper conveyor; the hydraulic support for caving the top coal is positioned on the coal wall of the coal bed; a rear scraper conveyor is arranged at the coal caving end of the top coal caving hydraulic support, an electric traction coal mining machine is arranged at the rear part of the top coal caving hydraulic support, and a front scraper conveyor is arranged below the electric traction coal mining machine; dividing a plurality of coal caving quadrant areas along the advancing direction of a working surface of a coal bed coal wall, and setting the coal caving sequence of the plurality of coal caving quadrant areas; a plurality of coal discharge quadrant areas form a 1-blade fully mechanized coal discharge working surface. The hydraulic support can memorize the coal caving parameters of the previous top coal caving and automatically correct the coal caving parameters of the next top coal caving, so that the hydraulic support can automatically control the top coal caving, and the automatic control capability of the hydraulic support is improved.)
技术领域
本发明涉及智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，属于煤矿井下智能化工作面煤层顶煤开采领域。
背景技术
在煤矿井下智能化综放工作面，放顶煤液压支架作为煤矿井下主要的支护和采煤装备，其自动化和智能化程度决定着井下工作面的支护性能和煤矿开采的效率。在煤矿井下综放工作面顶煤开采过程中，放顶煤液压支架通过支架尾梁和插板进行放顶煤，具体是通过控制放顶煤液压支架的尾梁角度和插板的伸缩量控制顶煤放煤量的大小。放顶煤液压支架放下来的煤块落入后部刮板输送机，并由后部刮板输送机运输输送出去。
放顶煤采煤法是一种古老的采煤方法，在煤层底部布置一个回采工作面，利用矿山压力作用或者辅以人工松动方法随工作面推进在后方放煤，是一种低能耗采煤法。综采放顶煤采煤法有以下几种方法：(1)预采顶分层采煤法，即沿顶板在煤层中布置一个普通长壁回采工作面，而后在沿底板布置放顶煤工作面进行回采，将底分层上部的顶煤放出；(2)一次采全厚综采放顶煤采煤法，即沿底板布置放顶煤回采工作面，当回采工作面推进一定距离后就将上部顶煤放出，一次采出煤层的全部厚度；(3)分层综采放顶煤采煤法，即对于极厚煤层把煤层厚度分成若干分段，使用放顶煤采煤机工艺依次自上而下分层回采。而放顶煤工作面放煤方式根据放顶煤液压支架的放煤顺序、次数和放煤量，可以分为以下几种方式：(1)单轮顺序放煤，将工作面支架依次按顺序排列编号，从第1架起放煤至最后一架结束，每架直至放出矸石为止；(2)多轮顺序等量放煤，将工作面支架按顺序进行放煤，每架放1/2～1/3的顶煤，放完一轮再进行下一轮放煤，反复2～3轮直至将顶煤全部放完；(3)多轮间隔等量放煤，放煤口放煤先放支架编号为奇数的支架并按编号从小到大依次放煤，后放支架编号为偶数的支架并按编号从小到大依次放煤，每次放1/2～1/3的顶煤，反复2～3轮直至将顶煤全部放完；(4)单轮间隔放煤，先放若干架编号为奇数的单号支架上方的顶煤，再放若干架编号为偶数的双号支架上方的顶煤。以上放煤方式会造成煤炭损失大、放过的煤中容易夹杂矸石，对工人操作水平要求高，同时每架的放煤量难以控制，而且放煤时间长，进而煤炭放煤开采效率低。
而国内大部分煤矿仍然依靠人工方式根据放顶煤液压支架操作工人的经验进行安装上述放煤方式进行手动操作控制放煤。由于煤矿井下综放工作面工况环境复杂并且操作工人的经验也存在很大差异，所以很难能够满足准确放煤，即放煤时间短且放过的煤中不含杂质矸石。而且随着工业智能化的快速发展，煤炭行业正在将智能化集成到煤炭开采中，目前智能化综放工作面要求放顶煤液压支架自动化和智能化，要求放顶煤液压支架能够自动或者自主完成放顶煤工作，进一步提高煤炭放煤开采效率。因此，作为智能化综放工作面放煤的核心装备，放顶煤液压支架的放顶煤的工作过程需要实现自动化和智能化。
发明内容
本发明针对上述问题提供了智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，该放煤系统包括前部刮板输送机，电牵引采煤机，放顶煤液压支架，后部刮板输送机；所述的放顶煤液压支架位于煤层的煤壁；放顶煤液压支架的放煤端设有后部刮板输送机，放顶煤液压支架的后部设有电牵引采煤机，电牵引采煤机的下方布置前部刮板输送机；所述的沿煤层煤壁的工作面推进方向划分若干个放煤象限区域，设定若干个放煤象限区域的放煤次序；若干个放煤象限区域组成1刀综放工作面。
本发明所述的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，其特征在于：所述的放媒象限区域划分为20个象限区域；放顶煤液压支架在综放工作面的20个象限区域内进行循环放煤。
本发明所述的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，所述的20个象限区域依次为象限#1到象限#20，所述的象限#1到象限#20呈阶梯状排列；沿煤层煤壁的工作面推进方向煤层端头至尾的第一层划分象限依次为：象限#1、象限#6、象限#11、象限#16；
煤层端头至尾的第二层划分象限依次为：象限2#、象限#7、象限#12、象限#17；
煤层端头至尾的第三层划分象限依次为：象限#3、象限#8、象限#13、象限#18；
煤层端头至尾的第四层划分象限依次为：象限#4、象限#9、象限#14、象限#19；
煤层端头至尾的第五层划分象限依次为：象限#5、象限#10、象限#15、象限#20。
本发明所述的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，所述的每个象限中依次对位于该象限中的放顶煤液压支架进行标号。
本发明所述的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，象限划分规则如下：
根据煤层煤壁的工作面上的N个放顶煤液压支架，该象限有有M＝N/20个液压支架；
其中若M为小数即非整数，则对M进行取整；M重新取最大的不大于浮点数M的整数，则象限序号为奇数的象限有M个液压支架，象限序号为偶数的象限有M+1个液压支架，按照象限序号从小到大顺序，对象限分配放顶煤液压支架。
智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，依据综放工作面的20个象限区域放顶煤液压支架作业方式如下：
(1)、启动放顶煤液压支架，初始化采煤机无示教放顶煤液压支架参数配置表；
(2)、读取当前20个象限区域数据表；
(3)、放顶煤液压支架数据读取后依次从综放工作面的象限#1至象限#20开始进行依次放煤作业；
(4)、放顶煤液压支架在综放工作面的前刀中的第一层象限#1、象限#6、象限#11、象限#16的起始序号的放顶煤液压支架开始放煤；
第二层象限#3、象限#8、象限#13、象限#18的起始序号的放顶煤液压支架开始放煤；
第三层象限#4、象限#9、象限#14、象限#19的起始序号的放顶煤液压支架开始放煤；
第四层象限#5、象限#10、象限#15、象限#20的起始序号的放顶煤液压支架开始放煤；
(5)、步骤(4)中该刀象限放煤过程中若当前象限中的某个放顶煤液压支架出现异常，修正当前象限的数据组并记忆数据；且更新覆盖下一刀数据组；
(6)、重述步骤(4)至步骤(5)将象限#1至象限#20的各象限中依序号排序的顶煤液压支架进行放煤；直至此刀象限#1至象限#20放煤结束。
本发明所述的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，所述的当前刀中20个象限的所有轮次放煤结束后，进入下一刀且记忆上一刀20个象限数据组数据进行对顶煤放煤，通过上一刀轮询放煤统计作为新一刀轮询放煤过程控制依据。
本发明所述的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，所述的象限数据组数据包括放煤工作面进刀号、放煤轮次、放煤开始时间、放煤结束时间、放煤持续时间、后部刮板输送机电流、频率参数；通过该象限数据组数据生产下一刀20象限放煤过程放煤参数配置放煤表。
有益效果
本发明提供的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，液压支架能够记忆之前放顶煤的放煤参数并且自主修正接下来要放顶煤的放煤参数，实现液压支架自主控制放顶煤，提高了液压支架自主控制的能力。
本发明提供的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，降低了液压支架放顶煤装置的故障率，提高了液压支架放顶煤装置的开机率，进而提高了生产安全性和生产效率。
本发明提供的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，液压支架放顶煤过程中，无需人工示教控制液压支架放煤，极大减少人工干预率，减轻了维护人员的工作量，降低了工作人员的劳动强度，进而改善了工作人员的劳动条件；
本发明提供的智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统，提高了液压支架的智能化水平，为智能化综放工作面建设奠定了基础。
附图说明
图1为本发明智能化综放工作面放顶煤液压支架放煤示意图；
图2为本发明智能化综放工作面推进方向和煤流流向示意图；
图3为本发明智能化综放工作面20象限区间时序阶梯放煤图示意图；
图4为本发明智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统及方法流程图。
图中：1、前部刮板输送机，2、电牵引采煤机，3、放顶煤液压支架，4、后部刮板输送机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
发明提出了一种智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统及方法。随着工作面的推进，放顶煤液压支架在综放工作面的20个象限区域内进行循环放煤，并且分为20组数据，而每个象限对应一组数据，在综放工作面放煤液压支架群中，轮询到对应的象限区间放顶煤液压支架，液压支架放煤系统读取此区间对应的数据组进行自动运行对顶煤放煤，而无需人工示教液压支架放煤，进而实现放顶煤液压支架智能化放煤运行。
如下表所示：本发明智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤参数配置放煤表，本发明把煤矿井下综放工作面每个进刀中的每个象限都做出一个数据组，数据组包括工作面进刀号、是否端头支架、放煤轮次、放煤开始时间、放煤结束时间、放煤持续时间、后部刮板输送机电流和频率等参数，其中放煤表中参数“m-n数据组”代表“第n刀第m象限”的数据组，液压支架在时间和路径上所处某刀和某象限，则放煤液压支架无示教记忆放煤系统读取此组数据组参数并按照此组参数进行对顶煤放煤。此配置表每列数据(#1～#20象限)可用电子表格及曲线图进行显示和编辑，对拖动编辑曲线产生的数据进行规整，可曲线编辑和表格数据双向联动。
智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤参数配置放煤表
如图1至图2所示为本发明综放工作面放顶煤液压支架放煤及其煤流在后部刮板输送机上的煤流运输方向、综放工作面推进方向。在智能化综放工作面电牵引采煤机2在前部刮板输送机1上行走截割煤壁，割下的煤经过前部刮板输送机运输1运输到转载机，随转载机煤流方向运送出去。在智能化综放工作面放顶煤液压支架3进行对顶煤放煤，放下的煤经过后部刮板输送机4运输到转载机，随转载机煤流方向运送出去，在此过程中如果工作面所有放顶煤液压支架的放煤量之和过大，则会造成后部刮板输送机4的运行负载过大而停机或者损坏电气部件；如果工作面所有放顶煤液压支架的放煤量之和过小，则会造成后部刮板输送机4工作负载过小而大量浪费驱动动力能源，因此需要对综放工作面放顶煤液压支架进行无示教记忆方法，使放顶煤液压支架机器人化和智能化。
如图3所示为本发明智能化综放工作面20象限区间时序阶梯放煤图示意图，本发明把煤矿井下放煤工作面所有放顶煤液压支架按照液压支架轮询放煤运行次序和时间分为20个象限区间，放顶煤液压支架随着工作面推进方向在依次按照象限#1到象限#20的由小到大的次序，在20个象限区间内进行轮询循环对顶煤放煤。假设液压支架从第i刀工作面端头开始轮询放煤，综放工作面的20个象限按照液压支架轮询放煤运行次序和时间进行划分，划分的规则为：假设工作面共有N个放顶煤液压支架，则每个象限有M＝N/20个液压支架，若M为小数(不是整数)则令K取最大的不大于M的整数，则象限序号为奇数的象限有K个液压支架，象限序号为偶数的象限有K+1个液压支架，按照象限序号从小到大顺序，对象限分配放顶煤液压支架。其中i为进刀序号，其中图中的每个象限中的序号“Ⅰ、Ⅱ、…”为每个象限中的液压支架编号，第1轮放煤指的是每个象限的第Ⅰ个液压支架放煤，第2轮放煤指的是每个象限的第Ⅱ个液压支架放煤，以此类推。在综放工作面全部放顶煤液压支架轮询对顶煤进行放煤过程中，轮询到某刀某个象限(如第i刀第j个象限)的液压支架放煤，液压支架放煤系统就按照表1智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤参数配置放煤表执行j-i数据组数据进行放煤。
如图4所示为本发明智能化综放工作面放顶煤液压支架无示教记忆放煤系统及方法。综放工作面放顶煤液压支架开启进行放煤时，首先根据煤矿地理信息系统中综放工作面的顶煤地质数据对综放工作面液压支架无示教记忆放煤参数配置放煤表进行参数配置。液压支架放煤开启，同时放煤系统初始化无示教放煤参数配置放煤表，先读取工作面第n(n＝1,2,3,…)刀20个象限的数据组数据，数据读取后开始执行放煤，每个象限首先进行第1轮放煤，即每个象限第Ⅰ个液压支架放煤，从象限#1开始依次对第n刀顶煤进行放煤直至到象限#20的第1轮放煤结束完成此刀放煤。在此刀#1至#20象限的第1轮放煤过程中，如果某一象限(如#m象限)中液压支架放煤运行参数异常，如后部刮板输送机负载过大或者过小，则根据具体工况进行参数调整修正后继续放煤，并且记忆此象限数据组修正后数据(m-n数据组)，同时把其修正数据组传输至下一刀对应的此象限数据组(m-(n+1))进行更新覆盖，避免下一刀(第n+1刀)对应的此象限出现类似的液压支架放煤运行异常情况。当前刀(第n刀)20个象限的第1轮放煤运行结束后，进入第2轮的20个象限液压支架放煤，即每个象限第Ⅱ个液压支架放煤，依次类推进行放煤每个轮次的放煤，直到此刀所有液压支架放煤结束。当前刀(第n刀)20个象限的所有轮次放煤结束后，进入下一刀(第n+1刀)并且记忆上一刀(第n刀)20个象限数据组数据进行对顶煤放煤，通过上一刀轮询放煤统计作为新一刀轮询放煤过程控制依据，记忆的数据包括放煤工作面进刀号、放煤轮次、放煤开始时间、放煤结束时间、放煤持续时间、后部刮板输送机电流和频率等参数，无需示教而自动抽取放煤过程数据，生产下一刀20象限放煤过程放煤参数配置放煤表，可人工编辑或修改，保存审核后下达到液压支架放煤系统，进行液压支架自动放煤或者将此放煤参数配置放煤表上传远程集控中心进行手动放煤。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
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