一種井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移動態(tài)監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及井下選煤廠硐室位移監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種井下選煤廠設(shè)備硐 室底板位移動態(tài)監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭是我國的主要能源，約占一次能源的70%，伴隨煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢 物矸石在15~25%。我國目前大多采用在井上建設(shè)選煤廠對矸石進行處理，但是隨著礦井大 型化和煤礦開采機械化程度的不斷提高，大量洗選后排放的矸石堆放在地面，不僅占用大 量的土地資源，而且矸石容易自燃，對周邊環(huán)境造成威脅，生產(chǎn)中產(chǎn)生的粉塵、噪音和污水 也嚴重污染生態(tài)環(huán)境，因此，如何有效的解決矸石問題成為學(xué)者研宄的目標。針對這一問 題，國家在"十二五"期間，將對原煤的井下洗選、井下排矸技術(shù)和設(shè)備進行開發(fā)和利用。在 井下建立選煤廠，實現(xiàn)原煤井下分選和充填一體化，減少原煤運輸以及噸煤能耗。目前，井 下選煤廠已經(jīng)在我國得到了成功構(gòu)建和運行，在原煤升井前通過選煤設(shè)備將其中的矸石排 出，直接用于井下噴漿或采空區(qū)回填材料，實現(xiàn)了原煤井下分選和充填一體化，實現(xiàn)了原煤 的綠色開采。
[0003] 隨著井下選煤的實現(xiàn)，符合井下選煤廠設(shè)備硐室的安全監(jiān)測和控制系統(tǒng)也有待于 進一步的開發(fā)和研宄。這是因為井下選煤廠設(shè)備硐室的特點和巷道存在著一定的區(qū)別，其 監(jiān)測方法也不同。首先，傳統(tǒng)的巷道底板位移測量方法無法適用于井下選煤廠設(shè)備硐室。井 下選煤采用的選煤設(shè)備體積較大，占據(jù)了硐室內(nèi)相當(dāng)一部分的空間，而根據(jù)理論研宄，硐室 底板圍巖的應(yīng)力集中點位于底板的中心位置，這樣就不利于監(jiān)測點位置的選擇。其次，為了 選煤設(shè)備的安全運行，通常會在硐室內(nèi)澆筑設(shè)備基礎(chǔ)，底臌的作用表現(xiàn)在設(shè)備基礎(chǔ)上，但是 在設(shè)備基礎(chǔ)上打孔安裝測量設(shè)備的話，極易破壞設(shè)備基礎(chǔ)的整體性，影響井下安全生產(chǎn)。再 者，目前對井下底板位移的監(jiān)測方法極其有限，且仍局限于機械測量。
[0004] 在礦山壓力作用下，井下選煤廠設(shè)備硐室底板巖石會產(chǎn)生底臌，導(dǎo)致硐室內(nèi)大型 選煤設(shè)備基礎(chǔ)局部受力不均而產(chǎn)生傾斜、位移現(xiàn)象，嚴重影響選煤設(shè)備的安全運行和工作 人員的人身安全。因此，很有必要對井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移進行監(jiān)測，保證生產(chǎn)安 全。但是，目前還沒有針對井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移監(jiān)測的相關(guān)研宄報道。
[0005] 現(xiàn)有的光纖光柵錨桿測力裝置及監(jiān)測錨桿應(yīng)力變化的方法(專利號 CN101358886A)中的錨桿測力裝置包括壓力表1、T字型油管2,水平管和液壓油缸4連接，垂 直管與光纖光柵3連接。通過在巖石或土層內(nèi)安裝錨桿，在錨桿的外露端嵌入墊板和液壓 油缸，并用螺母連接。光纖光柵傳感器將錨桿受力變化量通過其纖芯連接到外部的光纖光 柵網(wǎng)絡(luò)分析儀進行數(shù)據(jù)的處理。但是該發(fā)明不能適用于選煤廠設(shè)備硐室底板位移的監(jiān)測， 其原因主要表現(xiàn)在以下三個方面：首先，現(xiàn)有技術(shù)體積較大，其安裝會影響選煤廠設(shè)備硐室 內(nèi)設(shè)備的運行和操作人員的正常通行；其次，現(xiàn)有技術(shù)不能安裝在選煤設(shè)備基礎(chǔ)上，通過在 設(shè)備基礎(chǔ)上鉆孔安裝，不僅會破壞設(shè)備基礎(chǔ)的整體性和穩(wěn)定性，而且會影響選煤設(shè)備運行； 最后，現(xiàn)有技術(shù)成本較高，采用的光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀價格昂貴，不適合在井下推廣使用。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移動 態(tài)監(jiān)測方法，通過監(jiān)測大型選煤設(shè)備基礎(chǔ)是否傾斜，來實現(xiàn)對選煤廠設(shè)備硐室底板位移的 監(jiān)測。本發(fā)明體積小、價格低，可以安裝在設(shè)備基礎(chǔ)上，不破壞設(shè)備基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，不影響選 煤設(shè)備的安全運行和工作人員通行，可用于監(jiān)測設(shè)備基礎(chǔ)傾斜、位移監(jiān)測，適用于各種煤礦 井下設(shè)備硐室的底板位移監(jiān)測。
[0008] -種井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移動態(tài)監(jiān)測方法，包括信號采集、數(shù)據(jù)傳輸和分 析計算，信號采集通過監(jiān)測裝置對硐室底板位移信息進行監(jiān)測，數(shù)據(jù)傳輸通過有線或者無 線的方式將位移信息發(fā)送至上位機進行計算分析，判斷大型選煤設(shè)備基礎(chǔ)是否傾斜，完成 對井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移動態(tài)監(jiān)測。
[0009] 進一步的，監(jiān)測裝置包括陀螺儀、加速度計和單片機，所述單片機的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口 接收來自所述的陀螺儀和加速度計的監(jiān)測結(jié)果，所述上位機與所述單片機通過串口通信電 路進行連接。
[0010] 進一步的，所述串口通信電路采用RS-485接口電路，所述RS-485接口電路設(shè)置串 口轉(zhuǎn)wif i模塊，實現(xiàn)上位機與單片機的無線信號連接。
[0011] 進一步的，所述陀螺儀采用三軸陀螺儀，所述加速度計采用三軸加速度計，所述三 軸陀螺儀和所述三軸加速度計監(jiān)測到的信號采用卡爾曼濾波進行數(shù)據(jù)融合，消除所述三軸 陀螺儀的漂移誤差和所述三軸加速度計的噪聲干擾。
[0012] 進一步的，采用卡爾曼濾波器進行信號數(shù)據(jù)融合，首先建立系統(tǒng)的狀態(tài)程和測量 方程，基于傾角和傾角角速度存在倒數(shù)關(guān)系，系統(tǒng)傾斜角度變作為一個狀態(tài)向量，采用三軸 加速度得到三軸陀螺儀常值偏差b，以此作為狀態(tài)向量得到相應(yīng)的狀態(tài)方程和觀測方程： 廣樣 嫌
【主權(quán)項】
1. 一種井下選煤廠設(shè)備桐室底板位移動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于；包括信號采集、數(shù) 據(jù)傳輸和分析計算，信號采集通過監(jiān)測裝置對桐室底板位移信息進行監(jiān)測，數(shù)據(jù)傳輸通過 有線或者無線的方式將位移信息發(fā)送至上位機進行計算分析，判斷大型選煤設(shè)備基礎(chǔ)是否 傾斜，完成對井下選煤廠設(shè)備桐室底板位移動態(tài)監(jiān)測。
2. 如權(quán)利要求1所述的井下選煤廠設(shè)備桐室底板位移動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于：監(jiān) 測裝置包括巧螺儀、加速度計和單片機，所述單片機的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口接收來自所述的巧螺 儀和加速度計的監(jiān)測結(jié)果，所述上位機與所述單片機通過串口通信電路進行連接。
3.如權(quán)利要求2所述的井下選煤廠設(shè)備桐室底板位移動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于：所 述串口通信電路采用RS-485接口電路，所述RS-485接口電路設(shè)置串口轉(zhuǎn)wifi模塊，實現(xiàn) 上位機與單片機的無線信號連接。
4.如權(quán)利要求2所述的井下選煤廠設(shè)備桐室底板位移動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于：所 述巧螺儀采用=軸巧螺儀，所述加速度計采用=軸加速度計，所述=軸巧螺儀和所述=軸 加速度計監(jiān)測到的信號采用卡爾曼濾波進行數(shù)據(jù)融合，消除所述=軸巧螺儀的漂移誤差和 所述=軸加速度計的噪聲干擾。
5.如權(quán)利要求4所述的井下選煤廠設(shè)備桐室底板位移動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于：采 用卡爾曼濾波器進行信號數(shù)據(jù)融合，首先建立系統(tǒng)的狀態(tài)程和測量方程，基于傾角和傾角 角速度存在倒數(shù)關(guān)系，系統(tǒng)傾斜角度祭作為一個狀態(tài)向量，采用=軸加速度得到=軸陀螺 儀常值偏差b，W此作為狀態(tài)向量得到相應(yīng)的狀態(tài)方程和觀測方程：
其中，Wgw為包含固定偏差的陀螺儀輸出加速度，為加速度計經(jīng)處理后得到的角 度值，Wg為陀螺儀測量噪聲，為加速度計測量噪聲，&為陀螺儀漂移誤差，Wg與相互 獨立，此處假設(shè)二者為滿足正態(tài)分布的白色噪聲，令r；%系統(tǒng)采樣周期，得到離散系統(tǒng)的狀 態(tài)方程和測量方程：
通過系統(tǒng)過程噪聲協(xié)方差陣QW及測量誤差的協(xié)方差矩陣R，對卡爾曼濾波器進行校 正；Q和R矩陣的形式如下：
其中，f 和f_巧胃分布是加速度計和巧螺儀測量的協(xié)方差，取f_獸心的值小于 側(cè)勺值，此時；
式中
J(峰-!)是利用把那則的結(jié)果，1掉-1|是-1)是是-帕亥'J 的最優(yōu)結(jié)果， 則對應(yīng)于J詞支-1)的協(xié)方差為： 義|：蜂)=處挾糧爭-1)/+谷式2 g是系統(tǒng)過程的協(xié)方差，式1和式2即對系統(tǒng)的狀態(tài)更新，此時狀態(tài)知的最化化估算值 巧蜂的；
其中，1是單位矩陣，當(dāng)系統(tǒng)進入!： +協(xié)態(tài)時，巧蜂)就是式2的炸-1||：-1)，式3、式4 和式5是卡爾曼濾波器狀態(tài)更新方程，計算時間更新方程和測量更新方程結(jié)束后，再次重 復(fù)上一次計算得到的后驗估計，作為下一次計算的先驗估計，進行循環(huán)反復(fù)的運算直到找 到最優(yōu)結(jié)果。
6.如權(quán)利要求5所述的井下選煤廠設(shè)備桐室底板位移動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于：所 述上位機通過示波器對=軸加速度計信號曲線、=軸巧螺儀信號曲線和卡爾曼濾波融合曲 線進行顯示。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移動態(tài)監(jiān)測方法，包括信號采集、數(shù)據(jù)傳輸和分析計算，信號采集通過監(jiān)測裝置對硐室底板位移信息進行監(jiān)測，數(shù)據(jù)傳輸通過有線或者無線的方式將位移信息發(fā)送至上位機進行計算分析，判斷大型選煤設(shè)備基礎(chǔ)是否傾斜，完成對井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移動態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測裝置包括三軸加速度計和三軸陀螺儀。本發(fā)明能夠很好的監(jiān)測井下選煤廠設(shè)備硐室設(shè)備基礎(chǔ)是否傾斜，實現(xiàn)對硐室底板位移的監(jiān)測，保證硐室內(nèi)設(shè)備的高效、安全運行；采用的陀螺儀和加速度計體積小，質(zhì)量輕、功耗低、測量精確,適用于井下惡劣環(huán)境。
【IPC分類】E21F17-18
【公開號】CN104847412
【申請?zhí)枴緾N201510276330
【發(fā)明人】鄭揚冰, 羅長更, 劉偉, 鞏瓊, 薛曉
【申請人】南陽師范學(xué)院
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月26日