一种基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置及方法，该装置包括激光传感装置、信号指示灯、多端口电源、信号处理装置、PC计算机；其中，激光传感装置由激光发射器和激光信号接收装置组成；激光发射器一端与多端口电源相连，另一端通过所发射的激光信号与激光信号接收装置相连；激光信号接收装置一端承接激光发射器发送的激光信号，另一端与信号指示灯相连；信号指示灯还通过对应线路信号的传递与信号处理装置相连；信号处理装置连通PC计算机，能识别信号指示灯发送的信号。本发明专利技术通过信号指示灯的工作状态，判定片帮现象影响范围内的空间状态，并可对片帮现象是否发生、片帮现象发生的时间以及片帮现象影响的范围进行识别。行识别。行识别。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置及方法，具体属于煤矿井下开采作业的安全
，可对煤壁片帮现象进行监测。

技术介绍

[0002]在煤矿井下进行开采作业时，由于受矿山压力作用或地震等因素的影响，采空区周边煤壁在附近载荷的作用下极易发生变形，致使煤壁上一部分未采原煤被压碎并朝采空区方向挤出。煤壁的片帮现象会带来一系列的严重问题：一方面，剥离出的煤岩体容易对刮板输送机、液压支架等采煤工作设备和施工人员造成危害，导致滚筒采煤机无法正常割煤；另一方面，片帮现象势必会造成控顶距的增加，进而引起端面局部漏冒，恶化顶板支护条件，加大安全隐患。然而，当前我国对煤壁片帮监测的研究仍存在着很大问题，由于片帮导致的施工安全问题层出不穷，严重影响了煤矿井下的正常施工。因此，为了防止煤矿采空区片帮现象的发生，需要对煤壁状态进行实时监测，并在判定发生片帮现象时，立即做出相应处理，避免片帮事故的发生。
[0003]目前，对于片帮监测的研究总体较少，大多是通过激光三维扫描的方式进行片帮监测。中国专利CN107367231A公开了一种基于光纤光栅和三维激光扫描的煤矿工作面片帮监测系统，该监测系统通过三维激光扫描获取工作面煤壁的坐标数据，并结合传感器监测工作面顶板压力等信息，将获取的信息通过光纤与地面数据处理系统相连，以实现对于工作面煤壁片帮现象的动态监测。中国专利CN202300527U公开了一种煤矿工作面煤壁片帮监测设备，通过激光扫描的形式对煤壁片帮进行动态监测。然而，现有的片帮监测方法无法做到监测范围的全覆盖，存在一定的监测盲区，影响对片帮现象的判断，不利于大范围推广。
[0004]因此，有必要对工作面煤壁的片帮监测方式和装置进行改进与创新，满足片帮监测的需求，并实现工作面煤壁片帮现象的实时动态监测。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置及方法，具体提供了一种以激光信号的通断判定煤矿工作面煤壁片帮现象的监测装置及方法，可实现对煤壁片帮的实时动态监测。
[0006]本专利技术装置通过激光监测构建三维网络坐标，通过坐标点的异常情况实现片帮现象的实时监测。按照一定间距在靠近工作面的煤壁位置铺设激光发射器和激光信号接收装置，将靠近工作面煤壁的空间被激光划分为多个三维网格坐标，每条激光发射器和接收装置对应的回路均与PC计算机串联。当片帮现象发生时，局部线路的激光信号受突出煤岩影响未形成通路，致使呈现到PC计算机的三维网格坐标异常，异常的三维网格坐标即为片帮现象影响的范围区域，将受到影响的坐标点通过PC计算机进行计算，并通过matlab绘制三维异常坐标的散点图象。随着片帮程度的不断加深，异常的三维网格坐标持续增多，根据坐标点确定的三维曲面逐渐增大，可实现片帮现象的精准监测。
[0007]本专利技术提供了一种基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置，包括激光传感装置、信号指示灯、多端口电源、信号处理装置、PC计算机。其中，激光传感装置由激光发射器和激光信号接收装置两部分组成。激光发射器一端与多端口电源相连，另一端通过所发射的激光信号与激光信号接收装置相连；激光信号接收装置一端承接激光发射器发送的激光信号，另一端与信号指示灯相连；信号指示灯一端与激光信号接收装置相连，另一端与多端口电源相连，此外信号指示灯还通过对应线路信号的传递与信号处理装置相连；信号处理装置连通PC计算机，能识别信号指示灯发送的信号。
[0008]上述的激光传感装置中的激光发射器和激光信号接收装置，按照等间距，分别从水平和竖直方向布置于待监测煤壁前方片帮理论影响的最大区域的煤壁位置。相邻激光发射器和激光接收装置间的距离一般为10
‑
30cm，且铺设间距越短，片帮监测效果越精准。激光传感装置正常工作时，由激光发射器发射激光信号，激光信号接收装置实现对于激光信号的捕捉。进一步地，在靠近煤壁侧铺设等间距的激光传感装置，直至片帮影响的极限位置处，极限位置是指待监测煤壁发生片帮后剥落到采空区的最远距离。极限位置距煤壁一般不超过40m。一般地，相邻两组激光传感器的铺设间距一般为10
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30cm，且铺设间距越小，生成三位区域内的异常坐标越密集，对于片帮现象的监测越精准。更进一步地，具体的激光传感装置铺设方向分为水平、竖直两大方向。水平方向从上至下每隔10
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30cm铺设1组激光传感装置，左侧为激光发射器，右侧为激光接收装置；竖直方向从左至右每隔10
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30cm铺设1组激光传感装置，下侧为激光发射器，上侧为激光信号接收装置。
[0009]多端口电源由电源外壳、电源接收端口(s1
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s5)、电源输出端口(r1
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r5)、开关四部分组成。多端口电源接收端口和输出端口分别连接对应的线路。
[0010]所述装置的任意一组水平或竖直的激光传感装置与信号指示灯、多端口电源组成的共同电路，均处于并联状态。
[0011]本专利技术中，每组激光传感装置通过导线分别与多端口电源、信号指示灯串联连接，形成闭环回路。同时，信号处理装置可识别对应回路的信号指示灯状态信息，并将其反馈给PC计算机。
[0012]片帮理论影响的最大区域上述装置中，激光传感装置中的激光发射器均选用相干长度长、谱线宽度窄的单频激光发射器；激光传感装置中的激光信号接收装置均选用相干接收的激光接收装置。
[0013]上述装置中，未受片帮影响的线路，可构成完整的信号通路，对应的信号指示灯工作正常；受到片帮影响的线路，由于激光接收装置信号中断，导致对应的信号指示灯工作异常。即可以根据线路的通断(即信号指示灯的状态)来判断片帮现象是否发生。
[0014]本专利技术中监测片帮现象有信号指示灯与三维网格的异常坐标两种形式，信号指示灯排布较为密集，对于对应位置是否发生片帮现象的反应不够直观，所以监测片帮一般还是用matlab中三维坐标的异常坐标来表示；后者更直观，更实用。
[0015]上述装置中，信号处理装置可自动识别对应线路的信号指示灯状态，并将接收到的信号整合传递至PC计算机处。
[0016]上述装置中，PC计算机可对信号处理装置发送信号进行自动处理识别，通过水平、竖直方向线路信号指示灯的工作状态判断对应位置是否发生片帮。
[0017]本专利技术提供了一种基于激光传感器监测煤壁片帮现象的方法，包括以下步骤：
[0018](1)沿水平、竖直方向设置不同线路的激光传感装置和信号指示灯：水平方向从上至下每隔10
‑
30cm铺设一组激光传感装置，左侧为激光发射器，右侧为激光接收装置；竖直方向从左至右每隔10
‑
30cm铺设一组激光传感装置，下侧为激光发射器，上侧为激光信号接收装置；
[0019](2)不同线路激光传感装置和信号指示灯的位置设定为：按照对应片帮理论影响的最大区域的空间位置，将水平铺设的激光传感器对应线路的信号指示灯定义为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置，其特征在于：包括激光传感装置、信号指示灯、多端口电源、信号处理装置、PC计算机；其中，激光传感装置由激光发射器和激光信号接收装置两部分组成；激光发射器一端与多端口电源相连，另一端通过所发射的激光信号与激光信号接收装置相连；激光信号接收装置一端承接激光发射器发送的激光信号，另一端与信号指示灯相连；信号指示灯一端与激光信号接收装置相连，另一端与多端口电源相连，信号指示灯还通过对应线路信号的传递与信号处理装置相连；信号处理装置连通PC计算机，能识别信号指示灯发送的信号。2.根据权利要求1所述的基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置，其特征在于：激光传感装置中的激光发射器和激光信号接收装置，按照等间距，分别从水平和竖直方向布置于待监测煤壁前方片帮理论影响的最大区域的煤壁位置；相邻激光发射器和激光接收装置间的距离为10
‑
30cm，且铺设间距越短，片帮监测效果越精准；在靠近煤壁侧铺设等间距的激光传感装置，直至片帮影响的极限位置处。3.根据权利要求2所述的基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置，其特征在于：相邻两组激光传感器的铺设间距为10
‑
30cm，且铺设间距越小，生成三位区域内的异常坐标越密集，对于片帮现象的监测越精准；激光传感装置铺设方向分为水平、竖直两大方向；水平方向从上至下每隔10
‑
30cm铺设一组激光传感装置，左侧为激光发射器，右侧为激光接收装置；竖直方向从左至右每隔10
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30cm铺设一组激光传感装置，下侧为激光发射器，上侧为激光信号接收装置。4.根据权利要求1所述的基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置，其特征在于：多端口电源由电源外壳、电源接收端口、电源输出端口、开关四部分组成；多端口电源接收端口和输出端口分别连接对应的线路。5.根据权利要求1所述的基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置，其特征在于：任意一组水平或竖直的激光传感装置与信号指示灯、多端口电源组成的共同电路，均处于并联状态；每组激光传感装置通过导线分别与多端口电源、信号指示灯串联连接，形成闭环回路；同时，信号处理装置能识别对应回路的信号指示灯状态信息，并将其反馈给PC计算机。6.根据权利要求1所述的基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置，其特征在于：未受片帮影响的线路，构成完整的信号通路，对应的信号指示灯工作正常；受到片帮影响的线路，由于激光接收装置信号中断，导致对应的信号指示灯工作异常；PC计算机对信号处理装置发送信号进行自动处理识别，通过水平、竖直方向线路信号指示灯的工作状态判断对应位置是否发生片帮。7.根据权利要求1所述的基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置，其特征在于：激光传感装置中的激光发射器均选用相干长度长、谱线宽度窄的单频激光发射器；激光传感装置中的激光信号接收装置均选用相干接收的激光接收装置。8.一种基于激光传感器监测煤壁片帮现象的方法，采用权利要求1～7任一项所述的基于激光传感器监测煤壁片帮现象的装置，其特征在于包括以下步骤：(1)沿水平、竖直方向设置不同线路的激光传感装置和信号指示灯：水平方向从上至下每隔10
‑
30cm铺设一组激光传感装置，左侧为激光发射器，右侧为激光接收装置；竖直方向从左至右每隔10
‑
30cm铺设一组激光传感装置，下侧为激光发射器，上侧为激光信号接收装置；
(2)不同线路激光传感装置和信号指示灯的位置设定为：按照对应片帮理论影响的最大区域的空间位置，将水平铺设的激光传感器对应线路的信号指示灯定义为L
ij
；将竖直铺设的激光传感器对应线路的信号指示灯定义为L
pq
；其中，坐标(i,j)、(p,q)均位于片帮理论影响的最大区域所在的采空区边缘煤壁位置；则信号指示灯的工作状态可以表示为：L
ij
＝n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ①
L
ij
＝u
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ②
L
pq
＝n

【专利技术属性】
技术研发人员：戚庭野，丁琦，张志城，王昊晨，王林飞，李科技，潘大伟，何俊杰，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：