專利名稱:采煤機(jī)應(yīng)力截齒煤巖分界檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種采煤機(jī)應(yīng)力截齒煤巖分界檢測裝置，包括截齒切割裝置、壓力傳感器、運算放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊和數(shù)據(jù)處理與顯示模塊；截齒切割裝置包括截齒座、應(yīng)力截齒和導(dǎo)向截齒，應(yīng)力截齒和導(dǎo)向截齒均安裝在截齒座上，導(dǎo)向截齒位于應(yīng)力截齒前方，且導(dǎo)向截齒的頂端低于應(yīng)力截齒的頂端；壓力傳感器安裝在截齒切割裝置的底部；壓力傳感器、運算放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊和無線發(fā)射模塊依次連接；無線發(fā)射模塊與無線接收模塊無線連接，無線接收模塊與數(shù)據(jù)處理與顯示模塊連接。該裝置能夠在現(xiàn)場快速準(zhǔn)確地直接測量應(yīng)力截齒受到的應(yīng)力，得出應(yīng)力值，準(zhǔn)確識別煤巖分界，測量精度高，實現(xiàn)采煤工作面無人化。
【專利說明】采煤機(jī)應(yīng)力截齒煤巖分界檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及一種采煤機(jī)應(yīng)力截齒煤巖分界檢測裝置，該裝置根據(jù)采煤機(jī)工作 時應(yīng)力截齒在截割不同性質(zhì)巖層時受到應(yīng)力大小不同的原理來檢測煤巖分界，屬于煤巖分 界檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，采煤機(jī)滾筒高度的控制絕大部分靠人工操作。即操作工人靠視力觀察及截 割聲音來判斷采煤機(jī)滾筒是割煤還是在割頂、底板巖層，W便調(diào)節(jié)切割滾筒的垂直位置。然 而，由于采煤工作面條件惡劣，煤塵大、能見度低、機(jī)器本身噪聲大，使操作司機(jī)很難準(zhǔn)確地 判斷采煤機(jī)的截割狀態(tài)。因此，采煤機(jī)在工作過程中難免截割到頂、底板巖石，由此造成一 系列問題；（1)加劇采煤機(jī)截齒磨損，縮短截齒壽命，有時出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象，同時動載荷過大 會導(dǎo)致機(jī)器零件破壞；（2)切割堅硬頂?shù)装蹇赡軙a(chǎn)生火花，從而導(dǎo)致瓦斯爆炸等惡性事 故發(fā)生；（3)大量崩落的巖石混入原煤中，造成煤質(zhì)下降和運輸量增大，降低運輸能力；(4) 滾筒位置調(diào)節(jié)不當(dāng)還可能造成頂、底煤剩留不均勻，頂?shù)装灞砻娌黄秸挂簤褐Ъ芎土?子推移困難，降低生產(chǎn)效率；（5)不能實現(xiàn)無人工作面，機(jī)采無法實現(xiàn)高水平自動化控制。 該些問題的解決途徑有賴于采煤機(jī)滾筒能夠自動識別煤巖分界。
[0003] 對煤巖分界進(jìn)行檢測和自動識別雖已進(jìn)行很多研究，如人工丫射線檢測，自然丫 射線檢測、振動法檢測、雷達(dá)探測法檢測和紅外探測方法檢測等方法，但是由于其檢測精度 低、干擾因素多、在煤礦井下使用范圍有限等原因，都無法滿足現(xiàn)場測試。
[0004] CN103207999A公開的《一種基于煤巖圖像特征抽取W及分類識別的煤巖分界方 法》，首先在采煤工作面拍攝煤巖圖像，然后抽取煤巖圖像的紋理特征信息并構(gòu)造成特征向 量；紋理特征信息包括原圖像和每個Daubechies小波分解尺度的低頻系數(shù)圖像的角二階 矩、對比度、相關(guān)、均值、方差，還包括計算水平、垂直和對角=個方向的高頻系數(shù)圖像的總 均值和總方差；最后創(chuàng)建最佳分類器，實現(xiàn)對煤巖界面的識別。該方法操作復(fù)雜，不具快速 性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型針對現(xiàn)有煤巖分界進(jìn)行檢測識別技術(shù)存在的不足，提供一種能夠?qū)崟r 精確測量采煤機(jī)應(yīng)力、實現(xiàn)煤巖分界的識別和判定的采煤機(jī)應(yīng)力截齒煤巖分界檢測裝置。
[0006] 本實用新型的采煤機(jī)應(yīng)力截齒煤巖分界檢測裝置，包括截齒切割裝置、壓力傳感 器、運算放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊和數(shù)據(jù)處理與顯示模塊；截齒 切割裝置包括截齒座、應(yīng)力截齒和導(dǎo)向截齒，應(yīng)力截齒和導(dǎo)向截齒均安裝在截齒座上，導(dǎo)向 截齒位于應(yīng)力截齒前方，且導(dǎo)向截齒的頂端低于應(yīng)力截齒的頂端；壓力傳感器安裝在截齒 切割裝置的底部；壓力傳感器、運算放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊和無線發(fā)射模塊依次連接；無線 發(fā)射模塊與無線接收模塊無線連接，無線接收模塊與數(shù)據(jù)處理與顯示模塊連接。
[0007] 導(dǎo)向截齒的頂端低于應(yīng)力截齒的頂端l〇mm-15mm。
[000引所述截齒切割裝置、A/D轉(zhuǎn)換模塊和無線發(fā)射模塊安裝在采煤機(jī)滾筒上。在采煤 機(jī)工作時，截齒切割裝置對切割煤層，通過壓力傳感器、無線發(fā)射模塊和無線接收模塊可W 快速的將實時采集到的應(yīng)力截齒所受應(yīng)力值精確傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理與顯示模塊上，然后對信 號進(jìn)行處理并顯示出來。截齒應(yīng)力值（應(yīng)力截齒所受到的應(yīng)力值）高出正常截割煤層應(yīng)力 30% -50%時，判斷采煤機(jī)截割到了巖石，實現(xiàn)煤巖分界的識別和判定。信號的傳輸介質(zhì)與 采煤機(jī)互不影響，能夠在煤礦井下惡劣的現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行測試，實現(xiàn)采煤工作面無人化。
[0009] 本實用新型基于截齒應(yīng)力檢測，直接將截齒切割裝置、A/D轉(zhuǎn)換模塊和無線發(fā)射模 塊安裝在采煤機(jī)滾筒上，可W在現(xiàn)場快速準(zhǔn)確地直接測量應(yīng)力截齒受到的應(yīng)力，得出應(yīng)力 值，測量精度高，受到的干擾因素少，能夠適應(yīng)90%的煤層，能夠在煤礦井下惡劣的現(xiàn)場環(huán) 境進(jìn)行測試，實現(xiàn)采煤工作面無人化，快速準(zhǔn)確識別煤巖分界。

【附圖說明】

[0010] 圖1是本實用新型采煤機(jī)應(yīng)力截齒煤巖分界檢測裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0011] 圖2是本實用新型中截齒切割裝置和傳感器安裝位置示意圖。
[0012] 圖中：1、截齒座，2、應(yīng)力截齒，3、滾筒中屯、線，4、基板，5、基板銷，6、導(dǎo)向截齒，7、壓 力傳感器，8、A/D轉(zhuǎn)換與無線發(fā)射模塊。

【具體實施方式】
[0013] 本實用新型的采煤機(jī)應(yīng)力截齒煤巖分界檢測裝置，W微型計算機(jī)為平臺。如圖1 所示，主要包括截齒切割裝置、壓力傳感器7、A/D轉(zhuǎn)換和無線發(fā)射模塊8、無線接收模塊和 數(shù)據(jù)處理與顯示模塊。
[0014] (1)截齒切割裝置，直接安裝在采煤機(jī)的滾筒上（具體是滾筒外邊緣的基座內(nèi)）。 其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括截齒座1、應(yīng)力截齒2和導(dǎo)向截齒6,截齒座1中通過基板銷5設(shè) 置有基板4,基板銷5的軸線與采煤機(jī)滾筒軸線重合（圖2中基板銷5截面的中屯、線與滾 筒中屯、線3重合）。應(yīng)力截齒2和導(dǎo)向截齒6安裝在基板4上，導(dǎo)向截齒6超前應(yīng)力截齒2 安裝（導(dǎo)向截齒6位于應(yīng)力截齒2的前方，W采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)動方向為前），且低于應(yīng)力截齒 (導(dǎo)向截齒6的頂端低于應(yīng)力截齒2的頂端）。導(dǎo)向截齒6超前安裝的主要作用 是在應(yīng)力截齒2截割煤層前，先讓導(dǎo)向截齒6進(jìn)行截割，保證應(yīng)力截齒2每次割煤或巖石的 厚度相同，該種方法可W確保壓力傳感器測量的準(zhǔn)確性。
[0015] (2)壓力傳感器7,安裝在截齒切割裝置中基板4上的底部，位于應(yīng)力截齒2的下 方，與運算放大器連接，實時采集應(yīng)力截齒2受到的應(yīng)力。煤層發(fā)生變化，應(yīng)力截齒2受到 的應(yīng)力將發(fā)生變化，尤其是當(dāng)采煤機(jī)截割到巖石時，應(yīng)力截齒2所受到的應(yīng)力與截割煤層 時相比將發(fā)生顯著變化，此時壓力傳感器7可W直接測量到應(yīng)力截齒2受到的應(yīng)力，數(shù)據(jù)測 量準(zhǔn)確。
[0016] 壓力傳感器7為差動全橋類型的電阻應(yīng)變片測量電路。實際測量時，應(yīng)力截齒2 受到煤巖的作用力通過基板4使壓力傳感器7內(nèi)部應(yīng)變電阻受壓變形，應(yīng)變電阻大小發(fā)生 與變化，則電橋的輸出電壓發(fā)生變化，從而實現(xiàn)對截齒所受應(yīng)力的實時檢測。
[0017] (3)運算放大器，與壓力傳感器7和A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，用于將截齒應(yīng)力（應(yīng)力截 齒1所受到的應(yīng)力）的模擬信號放大。
[001引（4) A/D轉(zhuǎn)換模塊，與運算放大器和無線發(fā)射模塊連接，接收運算放大器放大的模 擬信號，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號傳輸至無線接收模塊。
[0019] (5)無線發(fā)射模塊，與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，接收數(shù)字信號，并與無線接收模塊連接， 將數(shù)字信號傳輸?shù)綗o線接收模塊。
[0020] 如圖2, A/D轉(zhuǎn)換模塊和無線發(fā)射模塊（A/D轉(zhuǎn)換和無線發(fā)射模塊8)安裝在截齒切 割裝置上，并與截齒切割裝置一起安裝在采煤機(jī)滾筒上，在采煤機(jī)工作時，可W快速的將實 時采集到的結(jié)果精確傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理與顯示模塊上，輸送介質(zhì)與采煤機(jī)互不影響，能夠在 煤礦井下惡劣的現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行測試，實現(xiàn)采煤工作面無人化。壓力傳感器7檢測到的信號 輸送到安裝在滾筒上的A/D轉(zhuǎn)換與無線發(fā)射模塊8上，由A/D轉(zhuǎn)換模塊將壓力傳感器7檢 測到的信號放大，再將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過無線發(fā)射模塊和無線接收模塊 將數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的輸送。A/D轉(zhuǎn)換與無線發(fā)射模塊8為模塊化設(shè)計，集成化程度高，外形小 巧，堅固耐用，便于攜帶和使用。
[0021] (6)無線接收模塊，用于接收無線發(fā)射模塊發(fā)出的數(shù)字信號，并與數(shù)據(jù)處理與顯示 模塊無線連接，將數(shù)字信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理與顯示模塊。
[0022] (7)數(shù)據(jù)處理與顯示模塊，與無線接收模塊連接，對信號進(jìn)行接收、分析和濾波等 處理。從而可快速準(zhǔn)確的計算出截齒應(yīng)力值，識別煤巖分界，最后將數(shù)值通過顯示模塊顯示 出來。
[0023] 數(shù)據(jù)處理與顯示模塊可采用現(xiàn)有的微型計算機(jī)。
[0024] 根據(jù)W下公式得到截齒應(yīng)力值：
[00巧]，
[0026]其中；
[0027] F-截齒應(yīng)力，N;
[00測 F廠傳感器額定壓力，N;
[0029] V〇-輸出壓力信號，mV ;
[0030] y -傳感器靈敏度，mV/V ;
[0031] V傳感器的激勵電壓，V ;
[0032] K-運算放大器放大倍數(shù)。
[0033] 當(dāng)采煤機(jī)在工作面正常截割煤層時，其滾筒上安裝的截齒切割裝置上的應(yīng)力截齒 2在同一煤層中所受的連續(xù)作用力是相同的；因此當(dāng)煤層發(fā)生變化時，滾筒上截齒所受到 的截割應(yīng)力將發(fā)生變化，尤其是當(dāng)采煤機(jī)截割到巖石時，應(yīng)力截齒所受到的應(yīng)力會超出截 割煤層應(yīng)力的30% -50%。通過對應(yīng)力截齒2的實時精確檢測，實現(xiàn)分煤巖分界的識別和 判定。
【權(quán)利要求】
1. 一種采煤機(jī)應(yīng)力截齒煤巖分界檢測裝置，其特征是，包括截齒切割裝置、壓力傳感 器、運算放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊和數(shù)據(jù)處理與顯示模塊；截齒 切割裝置包括截齒座、應(yīng)力截齒和導(dǎo)向截齒，應(yīng)力截齒和導(dǎo)向截齒均安裝在截齒座上，導(dǎo)向 截齒位于應(yīng)力截齒前方，且導(dǎo)向截齒的頂端低于應(yīng)力截齒的頂端；壓力傳感器安裝在截齒 切割裝置的底部；壓力傳感器、運算放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊和無線發(fā)射模塊依次連接；無線 發(fā)射模塊與無線接收模塊無線連接，無線接收模塊與數(shù)據(jù)處理與顯示模塊連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤機(jī)應(yīng)力截齒煤巖分界檢測裝置，其特征是，所述導(dǎo)向截 齒的頂端低于應(yīng)力截齒的頂端
【文檔編號】G01V9-00GK204287519SQ201420668042
【發(fā)明者】蘇海, 孫應(yīng)軍, 史紅邈, 王岐林, 王增才, 楊曉國, 趙磊, 李樹德, 張偉, 姚紅斌 [申請人]山西潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司, 山東大學(xué)