煤巖識(shí)別設(shè)備及其識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種煤巖識(shí)別設(shè)備及其識(shí)別方法，所述煤巖識(shí)別設(shè)備包括聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、水平傾角檢測(cè)儀、水路引導(dǎo)裝置、信號(hào)處理和計(jì)算裝置、電纜、防爆外殼；聲波發(fā)射裝置包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、水聽(tīng)器，水聽(tīng)器最終將一定頻率的聲波信號(hào)進(jìn)行對(duì)外發(fā)射；聲波接收裝置包括水聽(tīng)器、測(cè)量放大器。本發(fā)明解決了現(xiàn)有煤巖識(shí)別方法識(shí)別效果不佳、存在固有和較大的誤差、不實(shí)用、不能用于復(fù)雜地質(zhì)工作面地質(zhì)環(huán)境的問(wèn)題。本發(fā)明能夠適用于對(duì)煤巖識(shí)別效果要求較高的情形，以聲學(xué)探測(cè)為主要識(shí)別技術(shù)，以非線性方程組數(shù)值解求解為解算方法，具有穩(wěn)定的求解精度。本發(fā)明識(shí)別設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，識(shí)別方法安全可靠，安裝和操作方便。
【專利說(shuō)明】煤巖識(shí)別設(shè)備及其識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤巖識(shí)別【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種煤巖識(shí)別設(shè)備，尤其涉及一種煤礦綜采工作面煤巖識(shí)別設(shè)備；同時(shí)，本發(fā)明還涉及一種煤礦綜采工作面煤巖識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤巖識(shí)別是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的高技術(shù)、高難度課題，也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)高和綜采工作面自動(dòng)化的關(guān)鍵和前提。該技術(shù)能夠有效防止采煤機(jī)滾筒切割到巖層造成的截齒部位破損。無(wú)法準(zhǔn)確的判斷煤厚，勢(shì)必出現(xiàn)采煤機(jī)工作過(guò)程中滾筒部分切割到巖層，對(duì)于高瓦斯礦井極易引起瓦斯爆炸，截割的巖石混入煤層引起煤質(zhì)下降，或者頂?shù)装辶裘哼^(guò)多降低煤礦開(kāi)采率?？梢哉f(shuō)煤巖識(shí)別是綜采自動(dòng)化工作面的瓶頸問(wèn)題。
[0003]目前，煤礦井下工作面解決煤巖識(shí)別正在嘗試和研究的方法主要有被動(dòng)r射線探測(cè)法、雷達(dá)探測(cè)法、測(cè)力截齒法。
[0004]所述的被動(dòng)r射線探測(cè)法是基于巖石中能夠放射一定量的r射線，而煤層中幾乎沒(méi)有放射量，并且煤層對(duì)巖石中放射的r射線具有衰減作用的原理。在國(guó)外曾用于實(shí)際生產(chǎn)，探測(cè)傳感器的傳感器頭接收r射線，信號(hào)經(jīng)由光電倍增管進(jìn)一步放大，再經(jīng)計(jì)數(shù)-煤厚轉(zhuǎn)換器將輻射量按指數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為煤厚量。然而，這種方法只能適用在我國(guó)20%具有放射性頂板的煤礦上。
[0005]所述的雷達(dá)探測(cè)法通過(guò)測(cè)量煤和頁(yè)巖界面的綜合反射系數(shù)，利用由天線移動(dòng)形成的空間調(diào)制識(shí)別傳遞函數(shù)、利用散射矩陣計(jì)算計(jì)算介電常數(shù)和各層煤與頁(yè)巖的厚度。然而天線散射和目標(biāo)散射增加了時(shí)間域的問(wèn)題的難度。天線裝置在收發(fā)電磁波時(shí)仍存在天線環(huán)時(shí)響應(yīng)、天線放大器溢出等技術(shù)問(wèn)題，且電磁波在煤層、巖層衰減嚴(yán)重，不利于探測(cè)。
[0006]所述的測(cè)力截齒法基于采煤機(jī)切割煤、巖時(shí)的振動(dòng)頻率存在差異，通過(guò)接收與辨別不同截割狀態(tài)下聲振動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)煤巖識(shí)別。這種方法原理簡(jiǎn)單、實(shí)際應(yīng)用卻很復(fù)雜，因?yàn)榻邮盏穆曊駝?dòng)信號(hào)還與采煤機(jī)類型、開(kāi)采工藝、截齒的強(qiáng)度狀態(tài)、工作面地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，目前尚未開(kāi)發(fā)出實(shí)用的振動(dòng)傳感器。
[0007]綜上所述，現(xiàn)有煤巖識(shí)別方法識(shí)別效果不佳，存在固有和較大的誤差，沒(méi)有任何一種方式能夠?qū)嵱没?，不能解決復(fù)雜煤礦工作面地質(zhì)環(huán)境下的煤巖識(shí)別問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種煤巖識(shí)別設(shè)備，可解決現(xiàn)有煤巖識(shí)別方法識(shí)別效果不佳，存在固有和較大的誤差，不能實(shí)用化、不能用于復(fù)雜地質(zhì)工作面地質(zhì)環(huán)境的問(wèn)題。
[0009]此外，本發(fā)明還提供煤巖識(shí)別方法，可解決現(xiàn)有煤巖識(shí)別方法識(shí)別效果不佳，存在固有和較大的誤差，不能實(shí)用化、不能用于復(fù)雜地質(zhì)工作面地質(zhì)環(huán)境的問(wèn)題。
[0010]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種煤巖識(shí)別設(shè)備，所述煤巖識(shí)別設(shè)備包括:聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、水平傾角檢測(cè)儀、水路引導(dǎo)裝置、信號(hào)處理和計(jì)算裝置、電纜、防爆外殼；
[0012]所述聲波發(fā)射裝置包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、水聽(tīng)器，水聽(tīng)器最終將一定頻率的聲波信號(hào)進(jìn)行對(duì)外發(fā)射；
[0013]所述聲波接收裝置包括水聽(tīng)器、測(cè)量放大器；
[0014]所述信號(hào)處理和計(jì)算裝置包括識(shí)別DSP微處理單元、顯示屏；
[0015]所述信號(hào)發(fā)生器發(fā)出正弦聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器放大，傳入作為壓電換能器的發(fā)射用水聽(tīng)器，由該發(fā)射用水聽(tīng)器在水路引導(dǎo)裝置所引采煤機(jī)冷卻水的介質(zhì)中垂直水煤界面發(fā)射出聲波；聲波在冷卻水中傳輸直至煤層；
[0016]上述聲波在水煤界面產(chǎn)生反射、折射，一部分聲波進(jìn)入煤層繼續(xù)傳播，到達(dá)煤巖界面，在該界面再次產(chǎn)生反射、折射，折射到煤層的聲波于煤水界面產(chǎn)生反射、折射；
[0017]聲波接收裝置接收返回到接收端的聲波信號(hào)，該返回聲波信號(hào)和聲波發(fā)射裝置所發(fā)聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)電纜傳輸，同時(shí)送入位于采煤機(jī)機(jī)身部位的信號(hào)處理和計(jì)算裝置；
[0018]信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)的頻率是一定的，由多種特定頻率的信號(hào)組成；聲波在水、煤、巖構(gòu)成的物理模型中傳播；查找已有各個(gè)介質(zhì)的特性阻抗、密度、聲波傳播速度，并對(duì)水、煤的聲波吸收系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定后，建立起以水層厚度、煤層厚度為未知數(shù)，以水煤界面和煤巖界面聲壓連續(xù)、質(zhì)點(diǎn)速度連續(xù)為約束，由探測(cè)系統(tǒng)輸出的收發(fā)聲波經(jīng)信號(hào)處理裝置計(jì)算得到的幅值的模數(shù)比以及各個(gè)介質(zhì)固有特性參數(shù)構(gòu)造成的聲波傳輸聲學(xué)模型，最終得到煤巖識(shí)別的非線性方程組，對(duì)非線性方程組數(shù)值分析求解，得到未知參數(shù)水層厚度、煤層厚度；
[0019]水路引導(dǎo)裝置所噴冷卻水將聲波發(fā)射裝置發(fā)出的聲波的路徑覆蓋，水平傾角檢測(cè)儀、聲波收發(fā)裝置與其外置防爆外殼固定在搖臂近滾筒部位；信號(hào)計(jì)算和處理裝置通過(guò)電纜與上述部件相連，并放置于采煤機(jī)電控箱內(nèi)；
[0020]水、煤、巖聲波傳輸空間模型中，聲波在介質(zhì)中的波動(dòng)方程為:
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種煤巖識(shí)別設(shè)備，其特征在于，所述煤巖識(shí)別設(shè)備包括:聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、水平傾角檢測(cè)儀、水路引導(dǎo)裝置、信號(hào)處理和計(jì)算裝置、電纜、防爆外殼； 所述聲波發(fā)射裝置包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、發(fā)射用水聽(tīng)器，發(fā)射用水聽(tīng)器最終將一定頻率的聲波信號(hào)進(jìn)行對(duì)外發(fā)射； 所述聲波接收裝置包括接收用水聽(tīng)器、測(cè)量放大器； 所述信號(hào)處理和計(jì)算裝置包括識(shí)別DSP微處理單元、顯示屏； 所述信號(hào)發(fā)生器發(fā)出正弦聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器放大，傳入作為壓電換能器的發(fā)射用水聽(tīng)器，由該水聽(tīng)器在水路引導(dǎo)裝置所引采煤機(jī)冷卻水的介質(zhì)中垂直水煤界面發(fā)射出聲波；聲波在冷卻水中傳輸直至煤層； 上述聲波在水煤界面產(chǎn)生反射、折射，一部分聲波進(jìn)入煤層繼續(xù)傳播，到達(dá)煤巖界面，在該界面再次產(chǎn)生反射、折射，折射到煤層的聲波于煤水界面產(chǎn)生反射、折射； 聲波接收裝置接收返回到接收端的聲波信號(hào)，該返回聲波信號(hào)和聲波發(fā)射裝置所發(fā)聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)電纜傳輸，同時(shí)送入位于采煤機(jī)機(jī)身部位的信號(hào)處理和計(jì)算裝置； 信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)的頻率是一定的，由多種特定頻率的信號(hào)組成；聲波在水、煤、巖構(gòu)成的物理模型中傳播；查找已有各個(gè)介質(zhì)的特性阻抗、密度、聲波傳播速度，并對(duì)水、煤的聲波吸收系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定后，建立起以水層厚度、煤層厚度為未知數(shù)，以水煤界面和煤巖界面聲壓連續(xù)、質(zhì)點(diǎn)速度連續(xù)為約束，由探測(cè)系統(tǒng)輸出的收發(fā)聲波經(jīng)信號(hào)處理裝置計(jì)算得到的幅值的模數(shù)比以及各個(gè)介質(zhì)固有特性參數(shù)構(gòu)造成的聲波傳輸聲學(xué)模型，最終得到煤巖識(shí)別的非線性方程組，對(duì)非線性方程組數(shù)值分析求解，得到未知參數(shù)水層厚度、煤層厚度； 水路引導(dǎo)裝置所噴冷卻水將聲波發(fā)射裝置發(fā)出的聲波的路徑覆蓋，水平傾角檢測(cè)儀、聲波收發(fā)裝置與其外置防爆外殼固定在搖臂近滾筒部位；信號(hào)計(jì)算和處理裝置通過(guò)電纜與上述部件相連，并放置于采煤機(jī)電控箱內(nèi)； 水、煤、巖聲波傳輸空間模型中，聲波在介質(zhì)中的波動(dòng)方程為:
2.一種煤巖識(shí)別設(shè)備，其特征在于，所述煤巖識(shí)別設(shè)備包括:聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、水平傾角檢測(cè)儀、水 路引導(dǎo)裝置、信號(hào)處理和計(jì)算裝置； 所述聲波發(fā)射裝置包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、水聽(tīng)器，水聽(tīng)器最終將一定頻率的聲波信號(hào)進(jìn)行對(duì)外發(fā)射； 所述聲波接收裝置包括水聽(tīng)器、測(cè)量放大器； 所述水路引導(dǎo)裝置所噴冷卻水將聲波發(fā)射裝置發(fā)出的聲波路徑覆蓋，即聲波自水聽(tīng)器發(fā)出后，一直在水中傳輸直到煤層；水平傾角檢測(cè)儀用以在檢測(cè)到聲波發(fā)射裝置位于水平時(shí)，使能聲波發(fā)射裝置，進(jìn)行一次煤巖識(shí)別探測(cè)；信號(hào)計(jì)算和處理裝置與聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、水平傾角檢測(cè)儀、水路引導(dǎo)裝置連接； 所述信號(hào)處理和計(jì)算裝置對(duì)傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)包括聲波發(fā)射裝置所發(fā)聲波信號(hào)和聲波接收裝置接收聲波信號(hào)數(shù)據(jù)，計(jì)算收發(fā)信號(hào)的幅值模數(shù)比，通過(guò)聲學(xué)模型非線性方程組解算測(cè)到煤厚數(shù)據(jù)并輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤巖識(shí)別設(shè)備，其特征在于: 所述信號(hào)發(fā)生器發(fā)出正弦聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器放大，傳入作為壓電換能器的發(fā)射用水聽(tīng)器，由該發(fā)射用水聽(tīng)器在水路引導(dǎo)裝置所引采煤機(jī)冷卻水的介質(zhì)中垂直水煤界面發(fā)射出聲波；聲波在冷卻水中傳輸直至煤層； 上述聲波在水煤界面產(chǎn)生反射、折射，一部分聲波進(jìn)入煤層繼續(xù)傳播，到達(dá)煤巖界面，在該界面再次產(chǎn)生反射、折射，折射到煤層的聲波于煤水界面產(chǎn)生反射、折射； 聲波接收裝置接收返回到接收端的聲波信號(hào)，該返回聲波信號(hào)和聲波發(fā)射裝置所發(fā)聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)電纜傳輸，同時(shí)送入位于采煤機(jī)機(jī)身部位的信號(hào)處理和計(jì)算裝置； 信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)的頻率是一定的，由多種特定頻率的信號(hào)組成；聲波在水、煤、巖構(gòu)成的物理模型中傳播；查找已有各個(gè)介質(zhì)的特性阻抗、密度、聲波傳播速度，并對(duì)水、煤的聲波吸收系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定后，建立起以水層厚度、煤層厚度為未知數(shù)，以水煤界面和煤巖界面聲壓連續(xù)、質(zhì)點(diǎn)速度連續(xù)為約束，由探測(cè)系統(tǒng)輸出的收發(fā)聲波經(jīng)信號(hào)處理裝置計(jì)算得到的幅值的模數(shù)比以及各個(gè)介質(zhì)固有特性參數(shù)構(gòu)造成的聲波傳輸聲學(xué)模型，最終得到煤巖識(shí)別的非線性方程組，對(duì)非線性方程組數(shù)值分析求解，得到未知參數(shù)水層厚度、煤層厚度； 水路引導(dǎo)裝置所噴冷卻水將聲波發(fā)射裝置發(fā)出的聲波的路徑覆蓋，水平傾角檢測(cè)儀、聲波收發(fā)裝置與其外置防爆外殼固定在搖臂近滾筒部位；信號(hào)計(jì)算和處理裝置通過(guò)電纜與上述部件相連，并放置于采煤機(jī)電控箱內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤巖識(shí)別設(shè)備，其特征在于: 水、煤、巖聲波傳輸空間模型中，聲波在介質(zhì)中的波動(dòng)方程為:
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4之一所述的煤巖識(shí)別設(shè)備，其特征在于: 信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)的頻率是一定的，由多種特定頻率的信號(hào)組成；多種頻率聲波探測(cè)情況下，以上模數(shù)表達(dá)式在不同的信號(hào)頻率下構(gòu)成了非線性方程組；已有各個(gè)介質(zhì)的特性阻抗、密度、聲波傳播速度已知； 在對(duì)水、煤的聲波吸收系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定后，上述非線性方程組即為聲波傳輸聲學(xué)模型；該模型以水層厚度、煤層厚度為未知數(shù)，以水煤界面和煤巖界面聲壓連續(xù)、質(zhì)點(diǎn)速度連續(xù)為約束，由聲波收發(fā)系統(tǒng)和信號(hào)處理裝置輸出的收發(fā)聲壓的幅值模數(shù)比以及各個(gè)介質(zhì)固有特性參數(shù)共同構(gòu)造而成；對(duì)該方程組數(shù)值分析求解，可以得出煤巖識(shí)別的結(jié)果，即未知數(shù)水層厚度、煤層厚度； 聲波接收裝置的水聽(tīng)器接收到回波的信號(hào)，經(jīng)測(cè)量放大器放大，與聲波發(fā)射裝置所發(fā)聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)電纜傳輸，共同送入位于采煤機(jī)機(jī)身部位的信號(hào)處理和計(jì)算裝置； 水路引導(dǎo)裝置所噴冷卻水將聲波發(fā)射裝置發(fā)出的聲波路徑覆蓋，即聲波自水聽(tīng)器發(fā)出后，一直在水中傳輸直到煤層；水平傾角檢測(cè)儀的作用為當(dāng)檢測(cè)到聲波發(fā)射裝置位于水平時(shí)，使能聲波發(fā)射裝置，進(jìn)行一次煤巖識(shí)別探測(cè)；該傾角檢測(cè)儀和聲波收發(fā)裝置以及其外置防爆外殼固定在搖臂近滾筒部位；信號(hào)計(jì)算和處理裝置通過(guò)電纜與上述部件連接，并被放置在采煤機(jī)電控箱體內(nèi)； 通過(guò)信號(hào)計(jì)算和處理裝置輸出采煤機(jī)滾筒當(dāng)前位置下的煤層厚度數(shù)值；信號(hào)處理部分，首先進(jìn)行信號(hào)處理和計(jì)算裝置內(nèi)DSP的初始化，初始化以后對(duì)電纜所傳數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)包括聲波發(fā)射裝置所發(fā)聲波信號(hào)和聲波接收裝置接收聲波信號(hào)數(shù)據(jù)，計(jì)算收發(fā)信號(hào)的幅值模數(shù)比，通過(guò)聲學(xué)模型非線性方程組解算軟件測(cè)到煤厚數(shù)據(jù)并保存送入電控箱內(nèi)的顯示單元顯示；同時(shí)通過(guò)FFT變換模塊實(shí)現(xiàn)聲波信號(hào)的FFT變換，送入顯示單元顯示信號(hào)時(shí)域和頻域曲線；顯示曲線目的是方便觀測(cè)探測(cè)器周圍的環(huán)境噪音，便于調(diào)試和選擇聲波發(fā)射頻段點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤巖識(shí)別設(shè)備，其特征在于: 所述信號(hào)處理和計(jì)算裝置包括識(shí)別DSP微處理單元、顯示屏；所述煤巖識(shí)別設(shè)備還包括電纜、防爆外殼，信號(hào)計(jì)算和處理裝置通過(guò)電纜與聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、水平傾角檢測(cè)儀、水路引導(dǎo)裝置相連，并放置于采煤機(jī)電控箱內(nèi)。
7.一種煤巖識(shí)別設(shè)備的識(shí)別方法，其特征在于，所述煤巖識(shí)別設(shè)備包括:聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、水平傾角檢測(cè)儀、水路引導(dǎo)裝置、信號(hào)處理和計(jì)算裝置； 所述聲波發(fā)射裝置包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、水聽(tīng)器，水聽(tīng)器最終將一定頻率的聲波信號(hào)進(jìn)行對(duì)外發(fā)射；所述聲波接收裝置包括水聽(tīng)器、測(cè)量放大器； 所述識(shí)別方法包括如下步驟: 所述信號(hào)發(fā)生器發(fā)出正弦聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器放大，傳入作為壓電換能器的水聽(tīng)器，由水聽(tīng)器在水路引導(dǎo)裝置所引采煤機(jī)冷卻水的介質(zhì)中垂直水煤界面發(fā)射出聲波；聲波在冷卻水中傳輸直至煤層； 上述聲波在水煤界面產(chǎn)生反射、折射，一部分聲波進(jìn)入煤層繼續(xù)傳播，到達(dá)煤巖界面，在該界面再次產(chǎn)生反射、折射，折射到煤層的聲波于煤水界面產(chǎn)生反射、折射； 聲波接收裝置接收返回到接收端的聲波信號(hào)，該返回聲波信號(hào)和聲波發(fā)射裝置所發(fā)聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)電纜傳輸，同時(shí)送入位于采煤機(jī)機(jī)身部位的信號(hào)處理和計(jì)算裝置； 信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)的頻率是一定的，由多種特定頻率的信號(hào)組成；聲波在水、煤、巖構(gòu)成的物理模型中傳播；查找已有各個(gè)介質(zhì)的特性阻抗、密度、聲波傳播速度，并對(duì)水、煤的聲波吸收系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定后，建立起以水層厚度、煤層厚度為未知數(shù)，以水煤界面和煤巖界面聲壓連續(xù)、質(zhì)點(diǎn)速度連續(xù)為約束，由探測(cè)系統(tǒng)輸出的收發(fā)聲波經(jīng)信號(hào)處理裝置計(jì)算得到的幅值的模數(shù)比以及各個(gè)介質(zhì)固有特性參數(shù)構(gòu)造成的聲波傳輸聲學(xué)模型，最終得到煤巖識(shí)別的非線性方程組，對(duì)非線性方程組數(shù)值分析求解，得到未知參數(shù)水層厚度、煤層厚度； 水路引導(dǎo)裝置所噴冷卻水將聲波發(fā)射裝置發(fā)出的聲波的路徑覆蓋，水平傾角檢測(cè)儀、聲波收發(fā)裝置與其外置防爆外殼固定在搖臂近滾筒部位；信號(hào)計(jì)算和處理裝置通過(guò)電纜與上述部件相連，并放置于采煤機(jī)電控箱內(nèi)； 水、煤、巖聲波傳輸空間模型中，聲波在介質(zhì)中的波動(dòng)方程為:
8.一種煤巖識(shí)別設(shè)備的識(shí)別方法，其特征在于，所述煤巖識(shí)別設(shè)備包括:聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、水平傾角檢測(cè)儀、水路引導(dǎo)裝置、信號(hào)處理和計(jì)算裝置； 所述聲波發(fā)射裝置包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、發(fā)射用水聽(tīng)器，該發(fā)射用水聽(tīng)器最終將一定頻率的聲波信號(hào)進(jìn)行對(duì)外發(fā)射；所述聲波接收裝置包括接收用水聽(tīng)器、測(cè)量放大器； 所述識(shí)別方法包括如下步驟: 所述信號(hào)發(fā)生器發(fā)出正弦聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器放大，傳入作為壓電換能器的水聽(tīng)器，由水聽(tīng)器在水路引導(dǎo)裝置所引采煤機(jī)冷卻水的介質(zhì)中垂直水煤界面發(fā)射出聲波；聲波在冷卻水中傳輸直至煤層； 上述聲波在水煤界面產(chǎn)生反射、折射，一部分聲波進(jìn)入煤層繼續(xù)傳播，到達(dá)煤巖界面，在該界面再次產(chǎn)生反射、折射，折射到煤層的聲波于煤水界面產(chǎn)生反射、折射； 聲波接收裝置接收返回到接收端的聲波信號(hào)，該返回聲波信號(hào)和聲波發(fā)射裝置所發(fā)聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)電纜傳輸，同時(shí)送入位于采煤機(jī)機(jī)身部位的信號(hào)處理和計(jì)算裝置； 所述水路引導(dǎo)裝置所噴冷卻水將聲波發(fā)射裝置發(fā)出的聲波路徑覆蓋，即聲波自水聽(tīng)器發(fā)出后，一直在水中傳輸直到煤層；水平傾角檢測(cè)儀用以在檢測(cè)到聲波發(fā)射裝置位于水平時(shí)，使能聲波發(fā)射裝置，進(jìn)行一次煤巖識(shí)別探測(cè)；信號(hào)計(jì)算和處理裝置與聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、水平傾角檢測(cè)儀、水路引導(dǎo)裝置連接； 所述信號(hào)處理和計(jì)算裝置對(duì)傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)包括聲波發(fā)射裝置所發(fā)聲波信號(hào)和聲波接收裝置接收聲波信號(hào)數(shù)據(jù)，計(jì)算收發(fā)信號(hào)的幅值模數(shù)比，通過(guò)聲學(xué)模型非線性方程組解算測(cè)到煤厚數(shù)據(jù)并輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的識(shí)別方法，其特征在于:所述識(shí)別方法具體包括如下步驟: 步驟S1、聲波發(fā)射裝置發(fā)出的聲波在水路引導(dǎo)裝置所引采煤機(jī)冷卻水的介質(zhì)中垂直于水煤界面發(fā)射出一定頻率的聲波；聲波在冷卻水中傳輸直至煤層； 步驟S2、水、煤、巖聲波傳輸空間模型,聲波在介質(zhì)中的波動(dòng)方程為:
【文檔編號(hào)】G01N29/11GK103940907SQ201410196072
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】楊文萃, 錢沛云, 宋明, 張陽(yáng), 張福建, 郭岱, 劉星, 葛紅兵 申請(qǐng)人:天地上海采掘裝備科技有限公司, 天地科技股份有限公司上海分公司