一種基于采煤機(jī)截割電機(jī)溫度的煤巖性狀識別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于采煤機(jī)截割電機(jī)溫度的煤巖性狀識別方法，所述的方法是基于一種采煤機(jī)截割電機(jī)溫度的煤巖性狀識別系統(tǒng)實現(xiàn)的，上述的系統(tǒng)由大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，采煤機(jī)電氣主控制器、本質(zhì)安全型振動加速度傳感器、振動數(shù)據(jù)傳輸電纜、通信數(shù)據(jù)傳輸線，采煤機(jī)機(jī)載電源組成；上述的方法是通過采集存儲由振動信號、采煤機(jī)截割左右截割電機(jī)及牽引電機(jī)的電壓電流及溫度扭矩、采煤機(jī)左右搖臂升降油缸壓力、牽引電機(jī)速度信號組成的采煤機(jī)工作參數(shù)，分析采煤機(jī)滾筒截齒截割煤、巖石不同頂?shù)装迩闆r下的信號特征，運(yùn)用小波包分析振動信號的不同頻段能量特征，運(yùn)用概率統(tǒng)計樣本分析截割電機(jī)工作參數(shù)的特征分布、多傳感器信息融合技術(shù)綜合建立不同煤巖性狀數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)基于采煤機(jī)截割電機(jī)參數(shù)的煤巖性狀識別系統(tǒng)和方法。
【專利說明】一種基于采煤機(jī)截割電機(jī)溫度的煤巖性狀識別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于采集機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的儀器及一種識別機(jī)電設(shè)備負(fù) 載介質(zhì)的方法，尤其是能用于煤礦井下采煤機(jī)識別截割煤巖性狀的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤礦井下大型采掘設(shè)備，是指為煤礦井下綜采工作面使用的各種采煤機(jī)和綜掘工 作面使用的各種掘進(jìn)機(jī)，是煤炭綜合機(jī)械化生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的大型設(shè)備。
[0003] 在井下作業(yè)，工作環(huán)境惡劣，粉塵量大，能見度低，工作空間狹窄，極易偏離工作方 向和造成機(jī)械設(shè)備的損耗，因此對設(shè)備性能要求較高。而煤炭生產(chǎn)是一個惡性事故頻發(fā)的 行業(yè)，事故死亡人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家和世界平均事故死亡率。發(fā)展無人值守，最大程度上 實現(xiàn)工作面的無人化，有助于提高生產(chǎn)過程的安全性，是煤礦機(jī)械發(fā)展的一個方向。
[0004] 井下生產(chǎn)設(shè)備日趨大型化、高速化、自動化和智能化，年產(chǎn)煤量也逐年攀升，一旦 出現(xiàn)設(shè)備故障，造成的損失也就更大，因此對系統(tǒng)的安全性、可靠性和有效性的要求也進(jìn)一 步提商。
[0005] 而采煤機(jī)識別截割煤巖性狀的前提是獲取采煤機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)并進(jìn)行狀態(tài)監(jiān) 測。研制用在井下機(jī)電設(shè)備的機(jī)載大容量數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集和記錄該設(shè)備的各 種工作狀態(tài)參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)備健康運(yùn)行的實時工作狀態(tài)參數(shù)的跟蹤和記錄，識別截割煤巖性 狀硬度。
[0006] 煤層組織中含有成分不同的巖石和硬夾雜物，它們的含量、形狀和物理一機(jī)械性 質(zhì)各異，加上煤層結(jié)構(gòu)中有層理（沉積礦物中天然形成的分層面）、節(jié)理（由各種地質(zhì)力的 作用而形成的剪切斷裂面）等裂隙，所以使煤層各處的性質(zhì)不同，即煤是一種非均質(zhì)、各向 異性的脆性物質(zhì)。
[0007] 硬度或堅固性是一種表示煤巖破碎難易程度的綜合指標(biāo)，它是煤巖體抵抗拉力、 剪切、彎曲和熱力等作用的綜合表現(xiàn)。
[0008] 硬度系數(shù)f表示煤巖的堅固性大小。是蘇聯(lián)學(xué)者普羅托季雅柯諾夫于1926年提 出的，因此又稱普氏系數(shù)?？梢杂脫v碎法測量硬度系數(shù)，還可以采用計算普氏系數(shù)的其中一 種方法，即根據(jù)煤巖的極限抗壓強(qiáng)度O y(MPa)近似確定。
[0009] 我國用硬度系數(shù)來進(jìn)行巖石分級和煤層分類。煤和軟巖f < 4,中硬巖f = 4? 8,硬巖f彡8,最硬的巖石f達(dá)20 ;同時還規(guī)定：f彡1. 5的煤為軟煤，f = 1. 5?3. 0的煤 為中硬煤，f >3的煤為硬煤。
[0010] 研究采煤機(jī)電機(jī)工作參數(shù)與煤巖硬度影響關(guān)系，其中，電機(jī)工作參數(shù)主要研究截 割電機(jī)與牽引電機(jī)工作參數(shù)，截割電機(jī)是滾筒執(zhí)行旋轉(zhuǎn)切割的動力來源，因此滾筒截割煤 巖承受載荷將通過傳動機(jī)構(gòu)傳遞至截割電機(jī)，而滾筒所承受的沿采煤機(jī)行走方向的阻力同 樣影響牽引電機(jī)，除此之外采煤機(jī)左右搖臂的升降油缸的油壓以及牽引電機(jī)的牽引速度也 是重要衡量識別煤巖性狀的關(guān)鍵參數(shù)。
[0011] 進(jìn)行煤礦井下采煤機(jī)多參數(shù)采集存儲分析為識別截割煤巖性狀的意義主要有： (1) 于獲取煤礦井下采煤機(jī)工作時的大量原始數(shù)據(jù)，為其識別煤巖性狀和健康診斷的 研究提供了寶貴資料； (2) 為煤礦井下采煤機(jī)自主截割功能實現(xiàn)的設(shè)計及完善提供了重要的參考數(shù)據(jù)和方 法。 (3) 為煤礦井下安全生產(chǎn)的信息化，和最終的無人化的研究積累最原始最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù) 參考資料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的主要目的在于，提供一種采煤機(jī)截割電機(jī)溫度采集記錄系統(tǒng)和識別截 割煤巖性狀的技術(shù)方法，解決上述難題，以達(dá)到對煤礦井下采煤機(jī)實現(xiàn)機(jī)載長時間大容量 記錄其自身的各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的要求并且綜合分析基于截割電機(jī)和牽引電機(jī)的電壓、電 流、溫度、扭矩信息，并輔助分析搖臂振動信號、采煤機(jī)左右搖臂升降油缸壓力、牽引電機(jī)速 度信號，建立運(yùn)用小波包分析振動信號的不同頻段能量特征，運(yùn)用概率統(tǒng)計樣本分析截割 電機(jī)工作參數(shù)的特征分布、多傳感器信息融合技術(shù)綜合建立不同煤巖性狀數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)基 于采煤機(jī)截割電機(jī)參數(shù)的煤巖性狀識別系統(tǒng)和方法。
[0013] 基于采煤機(jī)截割電機(jī)參數(shù)的煤巖性狀識別系統(tǒng)包括：大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，采煤 機(jī)電氣主控制器、本質(zhì)安全型振動加速度傳感器、振動數(shù)據(jù)傳輸電纜、通信數(shù)據(jù)傳輸線，采 煤機(jī)機(jī)載電源。
[0014] 基于采煤機(jī)截割電機(jī)的多參數(shù)主要是指截割電機(jī)和牽引電機(jī)的電壓、電流、溫度、 扭矩信息，上述的分析方法如下：
[0015] 截割電機(jī)電壓電流確定截割煤巖性狀特征值分析方法 通過采集存儲采煤機(jī)截割左右截割電機(jī)及牽引電機(jī)的電壓電流信息，運(yùn)用概率統(tǒng)計樣 本分析截割電機(jī)工作參數(shù)的特征分布，確定識別滾筒截割煤巖不同性狀特征值的數(shù)據(jù)庫， 該特征值的建立理論模型是通過計算截割電機(jī)輸入功率，一般采煤機(jī)為三相異步電機(jī)，其 功率值的計算方法如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于米煤機(jī)截割電機(jī)溫度的煤巖性狀識別方法，所述的方法是基于一種米煤機(jī) 截割電機(jī)溫度的煤巖性狀識別系統(tǒng)實現(xiàn)的，所述系統(tǒng)由大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、采煤機(jī)電氣 主控制器、本質(zhì)安全型振動加速度傳感器、振動數(shù)據(jù)傳輸電纜、通信數(shù)據(jù)傳輸線和采煤機(jī)機(jī) 載電源組成，其中，所述大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備安裝在采煤機(jī)的電控箱內(nèi)，通過串口通信模塊 與采煤機(jī)電控單元的串口連接，還通過振動信息采集模塊連接振動數(shù)據(jù)傳輸電纜，所述大 容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備由采煤機(jī)機(jī)載電源供電；所述大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備還包括： 嵌入式計算機(jī)主板，接收處理采集到的各種數(shù)據(jù)；所述嵌入式計算機(jī)主板通過發(fā)送指 令要求串口通信模塊將信息傳輸給采煤機(jī)，采煤機(jī)串口通信模塊接受指令并將截割和牽引 電機(jī)的電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速信息以及油缸信息傳輸至大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備；振動數(shù) 據(jù)采集模塊，采集由本質(zhì)安全型振動加速度傳感器調(diào)理之后的8路信號；所述振動數(shù)據(jù)采 集模塊通過嵌入式計算機(jī)主板USB接口供電并實現(xiàn)與嵌入式計算機(jī)主板的通信； 大容量固態(tài)硬盤，作為存儲設(shè)備記錄數(shù)據(jù)；所述大容量固態(tài)硬盤為非易失性、可重復(fù)讀 寫、抗震性能好的存儲設(shè)備； 其特征在于：所述識別方法是通過采集存儲由振動信號、采煤機(jī)截割部左右截割電機(jī) 及牽引電機(jī)的電壓電流及溫度扭矩、采煤機(jī)左右搖臂升降油缸壓力、牽引電機(jī)速度信號組 成的采煤機(jī)工作參數(shù)，分析采煤機(jī)滾筒截齒截割煤、巖石不同頂?shù)装迩闆r下的信號特征，運(yùn) 用概率統(tǒng)計樣本分析截割電機(jī)工作參數(shù)的特征分布、多傳感器信息融合技術(shù)綜合建立不同 煤巖性狀數(shù)據(jù)庫而實現(xiàn)的。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于采煤機(jī)截割電機(jī)溫度的煤巖性狀識別方法，其特征在于根 據(jù)截割電機(jī)繞組溫度變化與電機(jī)電流變化利用數(shù)據(jù)差值擬合方法得到數(shù)學(xué)建模公式：T = MXF(UU Iu r)，結(jié)合表征煤巖性狀硬度的普氏系數(shù)與截割電機(jī)電壓電流數(shù)學(xué)模型，得到利 用電機(jī)溫度參數(shù)識別表征煤巖性狀的普氏系數(shù)，其關(guān)系式為：
f--表征煤巖性狀硬度的普氏系數(shù)； K--表征截割電機(jī)參數(shù)與普氏系數(shù)關(guān)系公式的修正值； 6。--巖石的單軸抗壓強(qiáng)度； T--截割電機(jī)繞組溫度值； M--溫度變化正比例系數(shù)經(jīng)驗值； r--截割電機(jī)繞組熱損耗系數(shù)，常數(shù)； r1-差值擬合函數(shù)反函數(shù)，經(jīng)驗函數(shù)（根據(jù)樣本數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)獲得）； 0 -截割電機(jī)繞組溫度與電機(jī)功率相關(guān)系數(shù)，（根據(jù)樣本數(shù)據(jù)獲得）。
【文檔編號】E21F17/18GK104329090SQ201410562126
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】楊健健, 吳淼, 李旭, 姜海, 趙國瑞, 周劍鋒, 趙新贏, 吉曉冬, 楊子賢 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)