CN104948187B - 一种基于红外热成像的采煤机自动截割系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于红外热成像的采煤机自动截割系统及方法，当采煤机(4)自动截割时，隔爆红外摄像装置(3)将采集到的采煤机截割工况环境下的红外辐射信号形成红外温度场信号，该信号传送到采煤机机载控制器(2)后根据温度范围判断采煤机的工作状态，为采煤机自动截割时牵引速度调节和滚筒调高提供依据；此方法能够用到实际生产中；红外热像图传送到顺槽监控主机(8)，该处人员可以得到采煤机截割工况红外热成像图的直观温度信息，在采煤机出现紧急状况时调控采煤机。本发明不仅能够实现采煤机更加高效的自动化工作目的，还可有效地识别出在采煤机截割时所引发的粉尘和水雾等恶劣环境下采煤机真实的截割状态，更加有利于实现采煤机自动化工作。

Description

一种基于红外热成像的采煤机自动截割系统及方法

技术领域

本发明涉及一种采煤机自动截割系统及方法，具体是一种基于红外热成像的采煤机自动截割系统及方法，属于采煤机截割控制技术领域，适用于具有记忆截割功能的采煤机。

背景技术

采煤机煤岩界面识别是采煤机能够实现自动化控制的关键。由于直接识别煤岩界面具有相当大的难度，无法满足采煤工作现场的要求，现阶段多采用间接的方法进行煤岩界面识别，目前间接识别煤岩界面的方法主要有记忆截割法和截割信号分析法两大类。

记忆截割法适用于顶、底板比较平缓的煤层工作面，该技术的原理是由采煤机操作人员操控采煤机沿工作面煤层高低起伏条件预先工作一个循环，采煤机控制器采样并存储首次工作循环的工作参数，而在以后的几个有限截割循环中，采煤机按照控制器所存储记忆的工作参数自动化运行，滚筒高度也将自动进行调节，但是由于实际煤层赋存条件比较复杂，煤岩界面变化剧烈，所记忆的截割曲线不具有普遍性，因而单纯在煤矿工作面上使用记忆截割技术的应用效果并不理想。

截割信号分析法是采用具有记忆截割功能的采煤机自动进行割煤，同时使用传感器采集采煤机运行产生的信号像滚筒截割力信号、截齿应力信号、电流信号、温度信号等，然后使用一些智能算法将采煤机的截割状态识别为截煤和截岩两种模式，还有将采煤机截割状态识别的结果更加细化，贴近真实的采煤机截割情况，识别结果分为截割硬煤层、截割顶板、截割夹矸和截割断层等工况。现在随着采煤机功率的增大和截齿材料的改进，为保持顶、底板的平整性，对硬度较小的夹矸和断层，一般采取直接进行强力截割而不再按照煤岩界面调整滚筒高度。

以上的截割信号分析法能够在绝大多数的情况下识别出采煤机的截割状态，例如当使用智能算法识别到采煤机的截割状态趋于异常时，采煤机自动或人工手动通过调节采煤机牵引速度和调整采煤机滚筒高度，使采煤机截割状态恢复到正常。但是由于煤层赋存条件具有不确定性和复杂性等特点，智能算法有时不能够准确识别出采煤机的截割状态，会造成截割状态识别结果的误判；并且有些测量截割信号的传感器还容易受到外部因素的干扰，造成截割信号测量的不准确，因而也就不能够准确识别出采煤机的截割状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于红外热成像的采煤机自动截割系统及方法，该系统采用红外热成像的原理能够有效识别出采煤机自动截割时的截割状态，因而有利于实现采煤机的自动化工作。

本发明的技术方案是：包括采煤机、刮板输送机、液压支架、本安型无线Mesh交换机、采煤机机载控制器、本安型交换机、顺槽监控主机，所述采煤机与刮板输送机、液压支架配套使用，且采煤机的行走机构与刮板输送机相配合；

还包括隔爆型红外摄像装置，所述隔爆型红外摄像装置设置在采煤机的摇臂上，其与采煤机机载控制器通过阻燃网线连接，采煤机机载控制器通过阻燃网线与本安型无线Mesh交换机连接，本安型无线Mesh交换机通过阻燃网线与本安型交换机连接，本安型交换机通过阻燃网线与顺槽监控主机连接。

进一步，隔爆型红外摄像装置的数量为两个，分别安装在采煤机的左右摇臂上。

进一步，隔爆型红外摄像装置设置在采煤机左右摇臂后端的三分之一处。

一种基于红外热成像的采煤机自动截割系统的自动截割方法，采煤机自动截割方法是在采煤机采用记忆截割技术的基础上实现的，其方法为：

A.采煤机开始自动截割前，由采煤机操作人员操控采煤机沿工作面煤层高低起伏条件预先工作一个循环；

B.采煤机机载控制器采样并存储首次工作循环的工作参数，在以后的几个有限截割循环中，采煤机按照采煤机机载控制器所存储的记忆工作参数自动化运行，滚筒高度也将自动进行调节；

C.采煤机自动运行阶段内，隔爆型红外摄像装置实时获得采煤机截割滚筒上部与煤壁接触区域的红外辐射信号，形成红外温度场信号；

D.步骤C中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器，经过处理后将产生的红外温度场的温度信息识别划分为三种，即将采煤机的截割状态识别为三种：严重超温截割、超温截割、正常温度截割；

E.根据步骤D中的三种温度信息来判断采煤机的截割状态，其具体判断方法为：

①.如若红外热像图温度超过设定的严重超温截割限值，则采煤机立即启动自动保护程序；

②.如若红外热像图温度在正常温度截割范围内，则顺槽监控主机不发送调控采煤机的指令，采煤机正常跟踪自动截割；

③.如若红外热像图温度在严重超温截割和正常温度截割之间的超温截割范围内，则采煤机机载控制器向采煤机发送降低牵引速度的指令，然后监测从隔爆型红外摄像装置发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机正常跟踪路径记忆截割；如若温度还是在超温截割范围内，则采煤机机载控制器发送调低采煤机滚筒高度的指令，然后监测从隔爆型红外摄像装置发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机正常跟踪路径记忆截割，如若温度还是比正常温度截割的值大，则采煤机启动自动保护程序；

F.步骤C中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器处理后再经过本安型无线Mesh交换机和本安型交换机传送到顺槽监控主机，顺槽监控主机将传送过来的红外温度场信号处理后生成红外热成像图，此时顺槽处监控人员可以根据采煤机截割工况红外热成像图的直观温度信息，在采煤机出现紧急状况时调控采煤机。

步骤A中的采煤机沿工作面煤层高低起伏条件预先工作一个循环时，所述工作面煤层位置应保证图像质量不受粉尘和喷雾的影响。

与现有技术相比，本发明不仅能够实现采煤机更加高效的自动化工作目的，还可有效地识别出在采煤机截割时所引发的粉尘和水雾等恶劣环境下采煤机真实的截割状态，更加有利于实现采煤机自动化工作；采用红外成像原理将截割状态划分为以温度为依据的三种截割状态可以有效的评估出采煤机当前的截割状态，也即采煤机工作状态，当采煤机截割状态异常时可以及时采取相应的措施；本发明使具有记忆截割功能的采煤机在工作时能自动对煤质变化、硬煤层、顶板，夹矸和断层等截割介质工况进行自动识别，信号拾取容易，煤岩界面自动识别结果更加全面、准确；采用这种识别方法能实现滚筒自动调高，且尽可能的避免了滚筒高度的频繁调整，保证了顶底板的平整性。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明的原理示意图。

图中：1、本安型无线Mesh交换机，2、采煤机机载控制器，3、隔爆型红外摄像装置，4、采煤机，5、刮板输送机，6、液压支架，7、本安型交换机，8、顺槽监控主机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，一种基于红外热成像的采煤机自动截割系统，包括采煤机4、刮板输送机5、液压支架6、本安型无线Mesh交换机1、采煤机机载控制器2、本安型交换机7、顺槽监控主机8，所述采煤机4与刮板输送机5、液压支架6配套使用，且采煤机4的行走机构与刮板输送机5相配合；

还包括隔爆型红外摄像装置3，所述隔爆型红外摄像装置3设置在采煤机4的摇臂上，其与采煤机机载控制器2通过阻燃网线连接，采煤机机载控制器2通过阻燃网线与本安型无线Mesh交换机1连接，本安型无线Mesh交换机1通过阻燃网线与本安型交换机7连接，本安型交换机7通过阻燃网线与顺槽监控主机8连接。

隔爆型红外摄像装置3的数量为两个，分别安装在采煤机4的左右摇臂上。

隔爆型红外摄像装置设置在采煤机左右摇臂后端的三分之一处。

一种基于红外热成像的采煤机自动截割系统的自动截割方法，采煤机4自动截割方法是在采煤机4采用记忆截割技术的基础上实现的，其方法为：

A.采煤机4开始自动截割前，由采煤机操作人员操控采煤机4沿工作面煤层高低起伏条件预先工作一个循环；

B.采煤机机载控制器2采样并存储首次工作循环的工作参数，在以后的几个有限截割循环中，采煤机4按照采煤机机载控制器2所存储的记忆工作参数自动化运行，滚筒高度也将自动进行调节；

C.采煤机4自动运行阶段内，隔爆型红外摄像装置3实时获得采煤机4截割滚筒上部与煤壁接触区域的红外辐射信号，形成红外温度场信号；

D.步骤C中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器2，经过处理后将产生的红外温度场的温度信息识别划分为三种，即将采煤机4的截割状态识别为三种：严重超温截割、超温截割、正常温度截割；

E.根据步骤D中的三种温度信息来判断采煤机4的截割状态，其具体判断方法为：

①.如若红外热像图温度超过设定的严重超温截割限值，则采煤机4立即启动自动保护程序；

②.如若红外成像温度在正常温度截割范围内，则顺槽监控主机8不发送调控采煤机4的指令，采煤机4正常跟踪自动截割；

③.如若红外热像图温度在严重超温截割和正常温度截割之间的超温截割范围内，则采煤机机载控制器2向采煤机4发送降低牵引速度的指令，然后监测从隔爆型红外摄像装置3发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机4正常跟踪路径记忆截割；如若温度还是在超温截割范围内，则采煤机机载控制器2发送调低采煤机4滚筒高度的指令，然后监测从隔爆型红外摄像装置3发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机4正常跟踪路径记忆截割，如若温度还是比正常温度截割的值大，则采煤机4启动自动保护程序；

F.步骤C中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器2处理后再经过本安型无线Mesh交换机1和本安型交换机7传送到顺槽监控主机8，顺槽监控主机8将传送过来的红外温度场信号处理后生成红外热成像图，此时顺槽处监控人员可以根据采煤机截割工况红外热成像图的直观温度信息，在采煤机4出现紧急状况时调控采煤机。

步骤A中的采煤机4沿工作面煤层高低起伏条件预先工作一个循环时；所述工作面煤层位置应保证图像质量不受粉尘和喷雾的影响，

工作原理：当采煤机4自动截割时，隔爆红外摄像装置3将采集到的采煤机4截割工况环境下的红外辐射信号形成红外温度场信号。红外温度场信号传送到采煤机机载控制器2，所述采煤机机载控制器2根据红外温度场里温度的范围判断采煤机4当前的工作状态，为采煤机4自动截割时牵引速度调节和滚筒调高提供依据；采煤机4自动截割时，采煤机机载控制器2将产生的红外温度场的温度信息划分为三种，也即将采煤机4的截割状态识别为三种：严重超温截割、超温截割、正常温度截割。采煤机4自动截割到硬煤层、夹矸和断层等材质中的任一种，其表现出来的截齿温度情况就是截齿与煤岩接触处的温度上升或下降；并且截齿处的温度变化不仅与被截割物的物理特性相关，还与采煤机4的牵引速度和摇臂调高速度有关，因而采用红外成像原理将截割状态划分为以温度为依据的三种截割状态可以有效的评估出采煤机4当前的截割状态，也即采煤机4的工作状态，当采煤机4截割状态异常时可以及时采取相应的措施，此方法能够用到实际生产中；采煤机4截割状态的红外温度场信号通过采煤机机载控制器2处理后，经过所述本安型无线Mesh交换机1和所述本安型交换机7被传送到顺槽监控主机8，生成采煤机截割工况的红外热像图，顺槽处监控人员可以得到采煤机截割工况红外热成像图的直观温度信息，在采煤机出现紧急状况时调控采煤机。在采煤机4启动自动截割程序时，根据传送到所述采煤机机载控制器2的红外温度场信号可以判断采煤机当前的截割状态，自动调节采煤机4牵引速度和调整采煤机4滚筒高度；进一步采煤机4上隔爆型红外摄像装置3的数量为两个，分别安装在采煤机4左右摇臂上。

Claims (5)

1.一种基于红外热成像的采煤机自动截割系统的自动截割方法，其特征在于，采煤机（4）自动截割方法是在采煤机（4）采用记忆截割技术的基础上实现的，其方法为：

A.采煤机（4）开始自动截割前，由采煤机操作人员操控采煤机（4）沿工作面煤层高低起伏条件预先工作一个循环；

B.采煤机机载控制器（2）采样并存储首次工作循环的工作参数，在以后的几个有限截割循环中，采煤机（4）按照采煤机机载控制器（2）所存储的记忆工作参数自动化运行，滚筒高度也将自动进行调节；

C.采煤机（4）自动运行阶段内，隔爆型红外摄像装置（3）实时获得采煤机（4）截割滚筒上部与煤壁接触区域的红外辐射信号，形成红外温度场信号；

D.步骤C中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器（2），经过处理后将产生的红外温度场的温度信息识别划分为三种，即将采煤机（4）的截割状态识别为三种：严重超温截割、超温截割、正常温度截割；

E.根据步骤D中的三种温度信息来判断采煤机（4）的截割状态，其具体判断方法为：

①.如若红外热像图温度超过设定的严重超温截割限值，则采煤机（4）立即启动自动保护程序；

②.如若红外热像图温度在正常温度截割范围内，则顺槽监控主机（8）不发送调控采煤机（4）的指令，采煤机（4）正常跟踪自动截割；

③.如若红外热像图温度在严重超温截割和正常温度截割之间的超温截割范围内，则采煤机机载控制器（2）向采煤机（4）发送降低牵引速度的指令，然后监测从隔爆型红外摄像装置（3）发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机（4）正常跟踪路径记忆截割；如若温度还是在超温截割范围内，则采煤机机载控制器（2）发送调低采煤机（4）滚筒高度的指令，然后监测从隔爆型红外摄像装置（3）发送过来的红外温度场的温度范围，如若正常，则采煤机（4）正常跟踪路径记忆截割，如若温度还是比正常温度截割的值大，则采煤机（4）启动自动保护程序；

F.步骤C中的红外温度场信号经过采煤机机载控制器（2）处理后再经过本安型无线Mesh交换机（1）和本安型交换机（7）传送到顺槽监控主机（8），顺槽监控主机（8）将传送过来的红外温度场信号处理后生成红外热成像图，此时顺槽处监控人员可以根据采煤机截割工况红外热成像图的直观温度信息，在采煤机（4）出现紧急状况时调控采煤机。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外热成像的采煤机自动截割系统的自动截割方法，其特征在于，步骤A中的采煤机（4）沿工作面煤层高低起伏条件预先工作一个循环时，所述工作面煤层位置应保证图像质量不受粉尘和喷雾的影响。

3.一种执行如权利要求1所述的基于红外热成像的采煤机自动截割方法的截割系统，包括采煤机（4）、刮板输送机（5）、液压支架（6）、本安型无线Mesh交换机（1）、采煤机机载控制器（2）、本安型交换机（7）、顺槽监控主机（8），所述采煤机（4）与刮板输送机（5）、液压支架（6）配套使用，且采煤机（4）的行走机构与刮板输送机（5）相配合；

其特征在于，还包括隔爆型红外摄像装置（3），所述隔爆型红外摄像装置（3）设置在采煤机（4）的摇臂上，其与采煤机机载控制器（2）通过阻燃网线连接，采煤机机载控制器（2）通过阻燃网线与本安型无线Mesh交换机（1）连接，本安型无线Mesh交换机（1）通过阻燃网线与本安型交换机（7）连接，本安型交换机（7）通过阻燃网线与顺槽监控主机（8）连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于红外热成像的采煤机自动截割方法的截割系统，其特征在于，所述的隔爆型红外摄像装置（3）的数量为两个，分别安装在采煤机（4）的左右摇臂上。

5.根据权利要求4所述的一种基于红外热成像的采煤机自动截割方法的截割系统，其特征在于，所述的隔爆型红外摄像装置（3）设置在采煤机左右摇臂后端的三分之一处。