一种矿井煤岩界面智能探测识别系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种矿井煤岩界面智能探测识别系统及方法，涉及煤岩界面识别技术领域，主要包括固定在采煤机的顶部的智能升降支架、设置于智能升降支架的顶部的非接触雷达天线以及与雷达天线采用无线方式进行信息传输的操作终端。其中在工作状态下，雷达天线的辐射方向垂直于被探测煤层的表面；操作终端用于获取雷达天线采集的被探测煤层的雷达数据，并根据雷达数据绘制和显示煤岩层位赋存曲线。本发明专利技术不仅能够提高探测精度，而且能够适应综采面突变的工作环境。

An intelligent detection and recognition system and method of coal rock interface in mine

【技术实现步骤摘要】
一种矿井煤岩界面智能探测识别系统及方法
本专利技术涉及煤岩界面识别
，特别是涉及一种矿井煤岩界面智能探测识别系统及方法。
技术介绍
矿井煤岩界面的智能探测及识别问题是制约煤炭智能化开采的重大难题，采煤机切割煤层时的欠/过切割，会导致资源浪费、采出率降低、岩石混入降低煤炭质量、切入岩石导致齿轮磨损、在高瓦斯地区因产生火花引起爆炸等问题，依靠人工观察及经验判断来调整滚筒高度很难应对突变的工况。高效的煤岩智能探测及其识别技术是实现智能煤岩截割需要解决的核心技术。在实际中，受地质条件和环境因素的影响，煤层和岩层的赋存条件特别复杂，煤层中可能会含有矸石、裂隙、瓦斯、水等其它介质，此外煤岩之间的界面有可能是渐变的，也有可能会产生突变。同时，探测煤岩界面还要满足非接触式实时探测的条件，这也进一步增加了煤岩识别的难度，从目前来看，现有煤岩探测技术易受到多种环境因素扰动，对于复杂开采地质条件下不具有普适性及时效性，即还没有一种方法能够完善的解决煤岩识别问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种矿井煤岩界面智能探测识别系统及方法，不仅能够提高探测精度，而且能够适应综采面突变的工作环境。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种矿井煤岩界面智能探测识别系统，包括：雷达天线、智能升降支架和操作终端；所述雷达天线设置于所述智能升降支架的顶部，并在工作状态下，所述雷达天线的辐射方向垂直于被探测煤层的表面；所述智能升降支架的底端固定在采煤机的顶部；所述操作终端通过无线方式与所述雷达天线进行信息传输；所述操作终端用于获取所述雷达天线采集的被探测煤层的雷达数据，并根据所述雷达数据绘制和显示煤岩层位赋存曲线。一种矿井煤岩界面智能探测识别方法，包括：获取雷达天线采集的被探测煤层的雷达数据并进行预处理；所述预处理后的雷达数据包括多道数据序列；根据预处理后的雷达数据，选取种子层位点；利用道相关系数算法，以所述种子层位点为初始参考中心，对所述预处理后的雷达数据进行层位追踪，确定所有被追踪道数据序列的层位地理坐标信息和最初参考道数据序列的层位地理坐标信息；所述最初参考道数据序列为以种子层位点为中心的数据序列；根据所有所述被追踪道数据序列的层位地理坐标信息和所述最初参考道数据序列的层位地理坐标信息，绘制煤岩层位赋存曲线。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种矿井煤岩界面智能探测识别系统及方法，通过智能升降支架调整非接触雷达天线的位置，以准确获取被探测煤层的雷达数据，然后根据操作终端内部的相关算法绘制煤岩层位赋存曲线，不仅能够提高探测精度，且适应综采面突变的工作环境。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术矿井煤岩界面智能探测识别系统的结构图；图2为本专利技术矿井煤岩界面智能探测识别系统的框图；图3为本专利技术雷达天线内部元件连接关系示意图；图4为本专利技术矿井煤岩界面智能探测识别方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。针对当前煤岩探测技术探测精度低、且难以适应综采面突变的工作环境的现状，本专利技术提供了一种矿井煤岩界面智能探测识别系统及方法。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1和2所示，本专利技术提供的一种矿井煤岩界面智能探测识别系统包括雷达天线、智能升降支架、操作终端和小型防爆电机。雷达天线设置于智能升降支架的顶部。在工作状态下，雷达天线的辐射方向垂直于被探测煤层的表面。智能升降支架的底端固定在采煤机顶部，且采煤机的顶端还放置一个小型防爆电机。操作终端用于获取雷达天线采集的被探测煤层的雷达数据，并根据雷达数据绘制和显示煤岩层位赋存曲线。小型防爆电机的信号输入端与雷达天线无线连接，该小型防爆电机的输出轴与智能升降支架连接。该小型防爆电机的控制信号来自于雷达天线的数据处理模块；该数据处理模块可通过雷达天线采集的雷达数据，结合煤岩层位识别算法准确识别雷达天线上表面与被探测煤层表面的距离，并根据此距离输出防爆电机控制信号，从而控制防爆电机的工作状态来实现雷达天线上下位置的自动调整，即该小型防爆电机用于根据雷达天线的数据处理模块输出的防爆电机控制信号，控制智能升降支架工作以实现雷达天线上下位置的自动调整。操作终端包括采集控制子系统和人机交互界面，该采集控制子系统可实现采集参数的设置、采集过程的控制、煤岩层位种子点的自动识别与人工校正、煤岩层位的追踪与信息提取、以及数据的显示与存储等功能；即采集控制子系统包括微控制器、数据获取模块、数据处理模块以及存储模块；微控制器用于协同采集控制子系统内各个模块工作以及控制人机交互界面的显示信息；数据获取模块用于获取雷达天线采集的被探测煤层的雷达数据；数据处理模块包括预处理单元、种子层位选取单元、种子层位追踪单元以及煤岩层位赋存曲线绘制单元；预处理单元用于对雷达数据进行预处理，种子层位选取单元用于根据预处理后的雷达数据选取种子层位点，种子层位追踪单元用于利用道相关系数算法，以种子层位点为初始参考中心，对预处理后的雷达数据进行层位追踪，确定所有被追踪道数据序列的层位地理坐标信息和最初参考道数据序列的层位地理坐标信息；最初参考道数据序列为以种子层位点为中心的数据序列；煤岩层位赋存曲线绘制单元用于根据所有被追踪道数据序列的层位地理坐标信息和最初参考道数据序列的层位地理坐标信息绘制煤岩层位赋存曲线；存储模块用于存储数据采集参数和煤岩层位赋存曲线。此外，在操作终端的人机交互界面上还可实现煤岩层位等高线的实时绘制和显示。雷达天线包括一个封闭的壳体以及在壳体内部设有的发射天线辐射面、接收天线辐射面、电磁波发射机、电磁波接收机、采集卡、数据处理模块、控制单元、无线路由器等元件。其中，壳体内部元件连接关系如图3所示，发射天线辐射面与电磁波发射机的输出端连接，电磁波发射机的输入端与控制单元的第一输出端连接，接收天线辐射面与电磁波接收机的第一输入端连接，控制单元的第二输出端与电磁波接收机的第二输入端连接，电磁波接收机的输出端与采集卡的输入端连接，采集卡的输出端与数据处理模块的第一输入端连接，控制单元的第三输出端与数据处理模块的第二输入端连接，数据处理模块的输出端与控制单元的输入端连接，控制单元的第四输出端与无线路由器连接。壳体为一长方体状的盒子，该壳体的材料为非金属材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井煤岩界面智能探测识别系统，其特征在于，包括：雷达天线、智能升降支架和操作终端；/n所述雷达天线设置于所述智能升降支架的顶部，并在工作状态下，所述雷达天线的辐射方向垂直于被探测煤层的表面；/n所述智能升降支架的底端固定在采煤机的顶部；/n所述操作终端通过无线方式与所述雷达天线进行信息传输；所述操作终端用于获取所述雷达天线采集的被探测煤层的雷达数据，并根据所述雷达数据绘制和显示煤岩层位赋存曲线。/n

【技术特征摘要】
1.一种矿井煤岩界面智能探测识别系统，其特征在于，包括：雷达天线、智能升降支架和操作终端；
所述雷达天线设置于所述智能升降支架的顶部，并在工作状态下，所述雷达天线的辐射方向垂直于被探测煤层的表面；
所述智能升降支架的底端固定在采煤机的顶部；
所述操作终端通过无线方式与所述雷达天线进行信息传输；所述操作终端用于获取所述雷达天线采集的被探测煤层的雷达数据，并根据所述雷达数据绘制和显示煤岩层位赋存曲线。


2.根据权利要求1所述的一种矿井煤岩界面智能探测识别系统，其特征在于，所述雷达天线包括一个封闭的壳体以及在壳体内部设有的发射天线辐射面、接收天线辐射面、电磁波发射机、电磁波接收机、采集卡、数据处理模块、控制单元和无线路由器；其中，所述发射天线辐射面与所述电磁波发射机的输出端连接，所述电磁波发射机的输入端与所述控制单元的第一输出端连接，所述接收天线辐射面与所述电磁波接收机的第一输入端连接，所述控制单元的第二输出端与所述电磁波接收机的第二输入端连接，所述电磁波接收机的输出端与所述采集卡的输入端连接，所述采集卡的输出端与所述数据处理模块的第一输入端连接，所述控制单元的第三输出端与所述数据处理模块的第二输入端连接，所述数据处理模块的输出端与所述控制单元的输入端连接，所述控制单元的第四输出端与所述无线路由器连接。


3.根据权利要求2所述的一种矿井煤岩界面智能探测识别系统，其特征在于，所述壳体为一长方体状的盒子，所述壳体的材料为非金属材料。


4.根据权利要求1所述的一种矿井煤岩界面智能探测识别系统，其特征在于，还包括设置在采煤机顶端的防爆电机；所述防爆电机的信号输入端与所述雷达天线无线连接，所述防爆电机的输出轴与所述智能升降支架连接；
所述雷达天线的数据处理模块用于根据所述雷达数据，结合煤岩层位识别算法，确定雷达天线上表面与被探测煤层表面的距离，并根据所述距离输出防爆电机控制信号；
所述防爆电机用于根据所述数据处理模块输出的防爆电机控制信号，控制所述智能升降支架工作以实现所述雷达天线上下位置的自动调整。


5.根据权利要求1所述的一种矿井煤岩界面智能探测识别系统，其特征在于，所述操作终端包括采集控制子系统和人机交互界面；
所述采集控制子系统包括微控制器、数据获取模块、数据处理模块以及存储模块；所述微控制器用于协同所述采集控制子系统内各个模块工作以及控制所述人机交互界面的显示信息；所述数据获取模块用于获取所述雷达天线采集的被探测煤层的雷达数据；所述数据处理模块包括预处理单元、种子层位选取单元、种子层位追踪单元以及煤岩层位赋存曲线绘制单元；所述预处理单元用于对所述雷达数据进行预处理，所述种子层位选取单元用于根据预处理后的雷达数据选取种子层位点，所述种子层位追踪单元用于利用道相关系数算法，以所述种子层位点为初始参考中心，对所述预处理后的雷达数据进行层位追踪，确定所有被追踪道数据序列的层位地理坐标信息和最初参考道数据序列的层位地理坐标信息；所述最初参考道数据序列为以种子层位点为中心的数据序列；所述煤岩层位赋存曲线绘制单元用于根据所有所述被追踪道数据序列的层位地理坐标信息和所述最初参考道数据序列的层位地理坐标信息，绘制煤岩层位赋存曲线；所述存储模块用于存储数据采集参数和煤岩层位赋存曲线；
所述人机交互界面用于显示煤岩层位赋存曲线。


6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许献磊，彭苏萍，马正，郭飚，孙焘，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11