基于工作阻力的放煤机构控制系统和方法

技术领域

本申请涉及煤矿井工开采技术领域，尤其涉及一种基于工作阻力的放煤机构控制系统和方法。

背景技术

特厚煤层储量丰富且主要采用综放开采方法，特厚煤层实现智能化综放开采已成为重要的发展趋势。

综放开采主要通过液压支架放煤机构回收顶煤，受液压支架后部空间狭小、粉尘悬浮影响，基于高清影像、煤岩震动的识别装备精度难以保证，导致放煤过程智能化水平较低，多采用人为控制或初级自动化的放煤方式，劳动强度高、放煤时间长、放煤效率低；顶煤放出量受人为因素、煤矸识别精度影响较大，顶煤回收率低，工作面放煤不均匀，混矸率高，原煤品质降低。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于工作阻力的放煤机构控制系统，解决了现有方法液压支架后部煤岩识别装备精度难以保证，放煤过程智能化水平较低，并且放煤时间长、放煤效率低、混矸率高、原煤品质低的技术问题，提高了顶煤回收率，降低了混矸率，提高了产能，在一定程度上简化了智能综放工作面系统，降低了设备投资，提高了液压支架整体可靠性，并且操作性强，更有利于推广，进一步提高了综放工作面的智能化水平。

本申请的第二个目的在于提出一种基于工作阻力的放煤机构控制方法。

本申请的第三个目的在于提出一种计算机设备。

本申请的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于工作阻力的放煤机构控制系统，包括：矿压监测装置，用于监测液压支架立柱工作阻力；智能控制装置，用于获取后排立柱的标准工作阻力曲线的标准压降值，并通过矿压监测装置实时获取液压支架压降值，当压降值达到标准压降值时，发送放煤机构回程指令至液压支架；电液控制装置，用于控制液压支架及其放煤机构根据回程指令关闭放煤口，完成放煤动作。

可选地，在本申请的一个实施例中，智能控制装置，具体用于：

获取后排立柱的多个循环的工作阻力曲线，对多个循环的工作阻力曲线进行均化分析，得到后排立柱的标准工作阻力曲线，并根据标准工作阻力曲线得到放煤过程造成的标准压降值，其中，标准压降值为标准工作阻力曲线中放煤开始到结束的后排立柱工作阻力变化。

可选地，在本申请的一个实施例中，智能控制装置，还用于：

获取智能化综放工作面液压支架后排立柱的历史工作阻力数据，根据历史工作阻力数据，以放煤循环为单位，得到后排立柱的多个循环的工作阻力曲线。

可选地，在本申请的一个实施例中，系统，还包括：

压降初值发送装置，用于获取放煤机构开始放煤时的压降初值，并将压降初值发送至智能控制装置；

智能控制装置，还用于在接收压降初值后，通过矿压监测装置实时获取液压支架压降值与标准压降值进行对比，直至液压支架压降值达到标准压降值。

可选地，在本申请的一个实施例中，矿压监测装置，包括：

压力传感器，安装于液压支架并通过高压胶管与支架前后支柱相通，用于采集立柱内部压强。

可选地，在本申请的一个实施例中，放煤机构，包括：

支架尾梁，安装于液压支架后部，用于调整放煤口的开合程度；

支架插板，安装于支架尾梁内部并且可伸缩，用于扰动支架尾梁后部煤体，并在支架尾梁收回后停止伸缩。

可选地，在本申请的一个实施例中，放煤机构，还包括：角度传感器和行程传感器，其中，角度传感器和行程传感器用于采集放煤机构的放煤口的闭合状态，并发送至智能控制装置。

为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种基于工作阻力的放煤机构控制方法，包括：获取智能化综放工作面液压支架后排立柱的历史工作阻力数据，根据历史工作阻力数据，以放煤循环为单位，得到后排立柱的多个循环的工作阻力曲线；对多个循环的工作阻力曲线进行均化分析，得到后排立柱的标准工作阻力曲线，并根据标准工作阻力曲线统计得到放煤过程造成的标准压降值；将放煤机构开始放煤时的压降初值发送至智能控制装置，并通过矿压监测装置对后排立柱的工作阻力进行监测；通过智能控制装置在液压支架压降值达到标准压降值时，发出放煤机构回程指令，以使液压支架完成放煤动作，其中，智能控制装置接收压降初值后，通过矿压监测装置实时获取液压支架压降值与标准压降值进行对比，直至液压支架压降值达到标准压降值，发出放煤机构回程指令。

为达上述目的，本申请第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现上述施例所述的基于工作阻力的放煤机构控制方法。

为了实现上述目的，本申请第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由处理器被执行时，能够执行一种基于工作阻力的放煤机构控制方法。

本申请实施例的基于工作阻力的放煤机构控制系统、方法、计算机设备和非临时性计算机可读存储介质，解决了现有方法液压支架后部煤岩识别装备精度难以保证，放煤过程智能化水平较低，并且放煤时间长、放煤效率低、混矸率高、原煤品质低的技术问题，提高了顶煤回收率，降低了混矸率，提高了产能，在一定程度上简化了智能综放工作面系统，降低了设备投资，提高了液压支架整体可靠性，并且操作性强，更有利于推广，进一步提高了综放工作面的智能化水平。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例一所提供的一种基于工作阻力的放煤机构控制系统的结构示意图；

图2为本申请实施例的综放工作面支架结构与控制系统布置示意图；

图3为本申请实施例的放煤过程与液压支架工作阻力变化关系示意图；

图4为本申请实施例二所提供的一种基于工作阻力的放煤机构控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的基于工作阻力的放煤机构控制系统和方法。

图1为本申请实施例一所提供的一种基于工作阻力的放煤机构控制系统的结构示意图。

如图1所示，该基于工作阻力的放煤机构控制系统1，包括：

矿压监测装置10，用于监测液压支架立柱工作阻力；

智能控制装置20，用于获取后排立柱的标准工作阻力曲线的标准压降值，并通过矿压监测装置实时获取液压支架压降值，当压降值达到标准压降值时，发送放煤机构回程指令至液压支架；

电液控制装置30，用于控制液压支架及其放煤机构根据回程指令关闭放煤口，完成放煤动作。

本申请实施例的基于工作阻力的放煤机构控制系统，包括矿压监测装置，用于监测液压支架立柱工作阻力；智能控制装置，用于获取后排立柱的标准工作阻力曲线的标准压降值，并通过矿压监测装置实时获取液压支架压降值，当压降值达到标准压降值时，发送放煤机构回程指令至液压支架；电液控制装置，用于控制液压支架及其放煤机构根据回程指令关闭放煤口，完成放煤动作。由此，能够解决现有方法液压支架后部煤岩识别装备精度难以保证，放煤过程智能化水平较低，并且放煤时间长、放煤效率低、混矸率高、原煤品质低的技术问题，提高了顶煤回收率，降低了混矸率，提高了产能，在一定程度上简化了智能综放工作面系统，降低了设备投资，提高了液压支架整体可靠性，并且操作性强，更有利于推广，进一步提高了综放工作面的智能化水平。

本申请适用于特厚煤层智能综放开采条件，通过将自动化放煤方式由依赖传感器精度的煤矸识别方法转变为更为可靠的后部压力变化判别方法，解决了液压支架后部恶劣环境煤矸识别精度低导致混矸率高的问题，提高了放煤效率和原煤品质，而且液压支架后部空间不再安装煤矸识别装备，充分发挥了液压支架原有矿压监测系统的作用，在一定程度上简化了智能综放工作面系统，降低了设备投资，提高了液压支架整体可靠性，同时本申请因可操作性强，更有利于推广，可进一步提高综放工作面的智能化水平。

本申请采用基于工作阻力变化的放煤机构闭合判定方法放煤，可以有效辨别液压支架放煤状态，及时关闭放煤机构，降低了混矸率，保证了最优煤质，提高了放煤效率。

本申请实施例中，放煤工作由电液控制装置智能控制，实现了放煤自动化，是本申请实施的设备基础，矿压监测装置形成的实时在线支架工作阻力曲线，将放煤过程数字化，智能控制装置，具备自我学习功能，可以监控放煤进程，判定放煤关键节点，发出相关指令。

进一步地，在本申请实施例中，智能控制装置，具体用于：

获取后排立柱的多个循环的工作阻力曲线，对多个循环的工作阻力曲线进行均化分析，得到后排立柱的标准工作阻力曲线，并根据标准工作阻力曲线得到放煤过程造成的标准压降值，其中，标准压降值为标准工作阻力曲线中放煤开始到结束的后排立柱工作阻力变化。

本申请实施例的放煤压降值为综放工作面放煤过程中引起的液压支架工作阻力下降值。

本申请实施例中，根据标准工作阻力曲线，还可以统计得到标准工作阻力曲线中放煤过程造成的标准压降速率。

示例性的，综放工作面液压支架编号为N的液压支架，在一个工作面生产班中经历3个放煤循环，每循环前后立柱形成1条完整的工作阻力曲线，将后柱单生产班3个循环的工作阻力曲线均化处理后，得出后排立柱的标准循环工作阻力曲线。

其中，放煤过程中，支架后部因为顶煤放出，顶板对支架顶梁的作用力中心位置前移，前柱压力上升，后柱压力下降，反映在支架工作阻力曲线中，后柱工作阻力出现下降的起始点，为压降初值，当放煤停止时，支架工作阻力停止下降，在顶板缓慢下沉过程中，工作阻力转为上升。

进一步地，在本申请实施例中，智能控制装置，还用于：

获取智能化综放工作面液压支架后排立柱的历史工作阻力数据，根据历史工作阻力数据，以放煤循环为单位，得到后排立柱的多个循环的工作阻力曲线。

示例性的，每个液压支架有2根前排立柱和2根后排立柱，前后立柱分别有1个压力传感器，每个液压支架的后排立柱工作阻力每循环有1条工作阻力曲线。

进一步地，在本申请实施例中，系统，还包括：

压降初值发送装置，用于获取放煤机构开始放煤时的压降初值，并将压降初值发送至智能控制装置；

智能控制装置，还用于在接收压降初值后，通过矿压监测装置实时获取液压支架压降值与标准压降值进行对比，直至液压支架压降值达到标准压降值。

本申请实施例中，压降初值为综放工作面开始放煤时，液压支架后柱工作阻力下降的初始值。

本申请实施例中，压降初值输入智能控制装置后，每部液压支架的每次放煤循环均会被识别，触发放煤机构关闭条件后，智能控制装置发出回程指令。

进一步地，在本申请实施例中，矿压监测装置，包括：

压力传感器，安装于液压支架并通过高压胶管与支架前后支柱相通，用于采集立柱内部压强。

本申请实施例的矿压监测装置，内置于每部液压支架的电液控制系统中，通过液压支架立柱内的压力传感器在线实时监测液压支架立柱工作阻力，其中，矿压监测装置用于监测因顶板下沉产生的作用于液压支架顶梁上的压力，由支架的前后立柱承载。

本申请实施例中，矿压监测装置的监测数据以MPa为单位，可以实时在线监测液压支架工作阻力的变化情况，数据识别精度小于等于1MPa，即工作阻力变化值Δ≧±1MPa时，矿压监测装置自动采集压力数据，其中，矿压监测装置采集压力数据时，从支架主动支撑顶板至工作面割煤结束后降柱移架为一个循环，循环时间T，一般取值60～150分钟，放煤循环隶属于此循环，放煤循环时间t，一般取值0.5～5分钟。

进一步地，在本申请实施例中，放煤机构，包括：

支架尾梁，安装于液压支架后部，用于调整放煤口的开合程度；

支架插板，安装于支架尾梁内部并且可伸缩，用于扰动支架尾梁后部煤体，并在支架尾梁收回后停止伸缩。

本申请实施例放煤机构，用于综放工作面通过液压支架回收煤炭。

本申请实施例放煤机构的支架尾梁，安装于液压支架后部，可以前后以一定角度摆动，用于控制支架放煤口的开合程度，其中，依靠角度传感器控制支架放煤口的开合程度，放煤时向支架内部摆动，放煤口开启，当接受到放煤机构关闭指令时，尾梁向支架外部摆动，放煤口关闭；放煤机构的支架插板安装在尾梁内部，可以做一定行程的伸缩运动，装有行程传感器，用于插入支架后部煤岩块体中，达到扰动效果。

本申请放煤机构的支架插板在放煤过程中每隔1分钟伸缩1次，扰动支架尾梁后部煤体，并在支架尾梁收回后停止伸缩。

进一步地，在本申请实施例中，放煤机构，还包括：角度传感器和行程传感器，其中，角度传感器和行程传感器用于采集放煤机构的放煤口的闭合状态，并发送至智能控制装置。

本申请提供的特厚煤层综放开采放煤机构回程判别方法，使用于日趋增多的特厚煤层智能化综放开采工作面，相比采用人为控制或初级自动化的放煤方式，本申请使得自动化放煤方式由依赖传感器精度的煤矸识别方法转变为更为可靠的后部压力变化判别方法，解决了支架后部恶劣环境煤矸识别精度低导致混矸率高的问题，提高了放煤效率和原煤品质，而且支架后部空间不再安装煤矸识别装备，充分发挥了液压支架原有矿压监测系统的作用，在一定程度上简化了智能综放工作面系统，降低了设备投资，提高了液压支架整体可靠性，同时本申请因可操作性强，更有利于推广，可进一步提高综放工作面的智能化水平。

图2为本申请实施例的综放工作面支架结构与控制系统布置示意图。

如图2所示，放煤支架1的支架顶梁2正上方为较为完整的顶煤，支架掩护梁6与支架尾梁8上方为待放出破碎煤体，当支架开始放煤时，智能控制系统3操作着由支架尾梁8和支架插板9组成的放煤机构开始运动，通过内置传感器7(内含角度传感器、行程传感器)控制运动状态，支架尾梁8向下摆动，收回支架插板9，放煤口打开，煤流涌入后部刮板输送机10，掩护梁和尾梁上方破碎煤体逐步放空，由智能控制系统3的矿压监测装置监测支架前柱4、支架后柱5的工作阻力，支架后柱5工作阻力下降形成放煤压降，当放煤压降达到标准值时，触发放煤机构回程条件，智能控制系统发出指令，关闭放煤口，支架完成放煤。

图3为本申请实施例的放煤过程与液压支架工作阻力变化关系示意图。

如图3所示，横轴为时间t，纵轴为支架工作阻力P，当支架在循环开始时，立柱升起支撑顶煤至一定压力后闭锁，支架达到循环初始状态，循环内顶板逐步下沉作用于支架顶梁，支架工作阻力逐步上升，当支架开始放煤时，支架工作阻力开始下降，下降起始点为压降初值，直至放煤结束，支架工作阻力停止下降，后又逐步上升，直至本循环结束，支架工作阻力达到循环末状态，此时，支架工作阻力为最大值，支架立柱下降后支架工作阻力减小为0。

图4为本申请实施例二所提供的一种基于工作阻力的放煤机构控制方法的流程图。

如图4所示，该基于工作阻力的放煤机构控制方法，包括以下步骤：

步骤101，获取智能化综放工作面液压支架后排立柱的历史工作阻力数据，根据历史工作阻力数据，以放煤循环为单位，得到后排立柱的多个循环的工作阻力曲线；

步骤102，对多个循环的工作阻力曲线进行均化分析，得到后排立柱的标准工作阻力曲线，并根据标准工作阻力曲线统计得到放煤过程造成的标准压降值；

步骤103，将放煤机构开始放煤时的压降初值发送至智能控制装置，并通过矿压监测装置对后排立柱的工作阻力进行监测；

步骤104，通过智能控制装置在液压支架压降值达到标准压降值时，发出放煤机构回程指令，以使液压支架完成放煤动作，其中，智能控制装置接收压降初值后，通过矿压监测装置实时获取液压支架压降值与标准压降值进行对比，直至液压支架压降值达到标准压降值，发出放煤机构回程指令。

本申请实施例的基于工作阻力的放煤机构控制方法，通过获取智能化综放工作面液压支架后排立柱的历史工作阻力数据，根据历史工作阻力数据，以放煤循环为单位，得到后排立柱的多个循环的工作阻力曲线；对多个循环的工作阻力曲线进行均化分析，得到后排立柱的标准工作阻力曲线，并根据标准工作阻力曲线统计得到放煤过程造成的标准压降值；将放煤机构开始放煤时的压降初值发送至智能控制装置，并通过矿压监测装置对后排立柱的工作阻力进行监测；通过智能控制装置在液压支架压降值达到标准压降值时，发出放煤机构回程指令，以使液压支架完成放煤动作，其中，智能控制装置接收压降初值后，通过矿压监测装置实时获取液压支架压降值与标准压降值进行对比，直至液压支架压降值达到标准压降值，发出放煤机构回程指令。由此，能够解决现有方法液压支架后部煤岩识别装备精度难以保证，放煤过程智能化水平较低，并且放煤时间长、放煤效率低、混矸率高、原煤品质低的技术问题，提高了顶煤回收率，降低了混矸率，提高了产能，在一定程度上简化了智能综放工作面系统，降低了设备投资，提高了液压支架整体可靠性，并且操作性强，更有利于推广，进一步提高了综放工作面的智能化水平。

本申请使得自动化放煤方式由依赖传感器精度的煤矸识别方法转变为更为可靠的后部压力变化判别方法，解决了液压支架后部恶劣环境煤矸识别精度低导致混矸率高的问题，提高了放煤效率和原煤品质，而且液压支架后部空间不再安装煤矸识别装备，充分发挥了液压支架原有矿压监测系统的作用，在一定程度上简化了智能综放工作面系统，降低了设备投资，提高了液压支架整体可靠性，同时本申请因可操作性强，更有利于推广，可进一步提高综放工作面的智能化水平。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现上述施例所述的基于工作阻力的放煤机构控制方法。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例的基于工作阻力的放煤机构控制方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。