一种煤层厚度探测设备及其控制方法与流程

1.本发明涉及矿下煤岩分界自动识别系统，尤其涉及一种可自动调节高度的煤层厚度探测设备及其控制方法。


背景技术：

2.采煤机截割顶底板岩石会导致截齿寿命缩短、煤质和生产效率下降、增加瓦斯爆炸风险等一系列问题。准确识别煤岩界面是实现采煤机摇臂自适应调高，避免截割顶底板岩层的关键技术，也是采煤工作面智能化的基础。
3.基于天然γ射线探测原理的煤岩分界自动识别系统，通过煤层厚度探测仪来探测剩余煤层的厚度，采煤机根据剩余煤层的厚度来调节摇臂的高度，以避免截割滚筒截割岩石。
4.现有技术中，煤层厚度探测仪的工作高度是固定的，而煤层厚度探测仪接收到的射线强度与煤层厚度探测仪和顶板之间的距离有关。煤层厚度探测仪与剩余煤层的底面之间的距离越近，则煤层厚度探测仪接收到的射线强度越高；煤层厚度探测仪与剩余煤层的底面之间的距离越远，则煤层厚度探测仪接收到的射线强度越弱。所以当采煤机移动时，剩余煤层的底面的高度的是起伏变化的，这样会导致煤层厚度探测仪与剩余煤层的底面之间的距离发生变化，使得探测的煤层厚度信息存在误差，影响了煤层厚度探测仪的探测准确度。
5.有鉴于此，提供一种能够自动跟踪剩余煤层的底面的起伏变化而调节的煤层厚度探测设备及其控制方法成为必要。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种能够自动跟踪剩余煤层的底面的起伏变化而调节的煤层厚度探测设备及其控制方法。
7.本发明技术方案提供一种煤层厚度探测设备，包括煤层厚度探测装置、安装在所述煤层厚度探测装置的一侧的红外测距装置、用于驱动所述煤层厚度探测装置直线升降的升降装置和用于调节所述升降装置的位置的调节机构；
8.所述煤层厚度探测装置包括尼龙箱体、连接在所述尼龙箱体上方的铅制箱体、安装在所述尼龙箱体中的信号处理器和安装在所述铅制箱体中的煤层厚度探测仪；
9.所述铅制箱体的顶部开口上安装有尼龙端盖，所述铅制箱体的底部安装有弹性件，所述煤层厚度探测仪由所述弹性件支撑；
10.所述红外测距装置包括固定支座和与所述固定支座连接的红外测距仪，所述固定支座连接在所述铅制箱体的一侧；
11.所述红外测距仪的顶部探测端与所述煤层厚度探测仪的顶部探测端平齐；
12.所述升降装置包括升降装置外套筒、升降装置内套筒、升降油缸和用于控制所述升降油缸工作的油缸控制器；
13.所述升降装置外套筒与所述调节机构连接，所述升降装置内套筒与所述升降装置外套筒滑动连接，所述升降油缸安装在所述升降装置外套筒中，所述升降油缸的活塞杆与所述升降装置内套筒连接，所述升降装置内套筒与所述尼龙箱体连接；
14.所述油缸控制器、所述红外测距仪和所述煤层厚度探测仪分别与所述信号处理器连接。
15.在其中一项可选技术方案中，所述升降装置外套筒与所述调节机构铰接，在所述调节机构与所述升降装置外套筒之间还铰接有用于驱动所述升降装置外套筒摆动的摆动油缸。
16.在其中一项可选技术方案中，所述调节机构包括底座装置和连接在所述底座装置上的伸缩装置，所述升降装置外套筒与所述伸缩装置连接。
17.在其中一项可选技术方案中，所述伸缩装置包括伸缩装置外套筒、伸缩装置内套筒和伸缩油缸；
18.所述伸缩装置外套筒与所述底座装置连接，所述伸缩装置内套筒与所述伸缩装置外套筒滑动连接，所述伸缩油缸安装在所述伸缩装置外套筒中，所述伸缩油缸的活塞杆与所述伸缩装置内套筒连接，所述升降装置外套筒与所述伸缩装置内套筒连接。
19.在其中一项可选技术方案中，所述伸缩装置外套筒与所述底座装置铰接，在所述底座装置与所述伸缩装置外套筒之间还连接有用于支撑所述伸缩装置外套筒的支撑油缸。
20.在其中一项可选技术方案中，所述底座装置包括底盘和可枢转地安装在所述底盘上的转盘，所述伸缩装置与所述转盘连接。
21.在其中一项可选技术方案中，所述底盘上安装有底盘固定板，所述转盘上沿着圆周方向间隔地安装有多块转盘固定盘；
22.其中一块所述转盘固定盘与所述底盘固定板通过螺栓连接。
23.在其中一项可选技术方案中，所述伸缩装置上设置有用于供液管道穿过的u形护板。
24.在其中一项可选技术方案中，所述尼龙顶盖的底面上设置有橡胶垫片。
25.本发明技术方案还提供一种煤层厚度探测设备的控制方法，包括如下步骤：
26.s01：在信号处理器预设有煤层厚度探测仪与剩余煤层的底面之间的预设距离h0；
27.s02：红外测距仪监测煤层厚度探测仪与剩余煤层的底面之间的实时距离h1，并将实时距离h1传输给信号处理器，信号处理器将比较并判断实时距离h1与预设距离h0；
28.如h1＜h0，则信号处理器向油缸控制器发出下降信号，升降油缸的活塞杆下降，带动煤层厚度探测装置下降距离为h
0-h1；
29.如h1＞h0，则信号处理器向油缸控制器发出上升信号，升降油缸的活塞杆上升，带动煤层厚度探测装置上升距离为h
1-h0。
30.采用上述技术方案，具有如下有益效果：
31.本发明提供的煤层厚度探测设备及其控制方法，通过在煤层厚度探测装置的侧面安装红外测距装置，煤层厚度探测装置测量剩余煤层的厚度，红外测距装置测量煤层厚度探测装置与剩余煤层的底面之间的距离，当煤层厚度探测装置与剩余煤层的底面之间的距离小于预设值时，则通过升降装置降低煤层厚度探测装置，当煤层厚度探测装置与顶板之间的距离大于预设值时，则通过升降装置升高煤层厚度探测装置，以使得煤层厚度探测装
置与剩余煤层的底面保持在预设距离，提高测量的准确度。
32.因此，本发明提供的煤层厚度探测设备及其控制方法，能够自动跟踪剩余煤层的底面的起伏变化而自动调节，使得煤层厚度探测装置与剩余煤层的底面保持在预设距离，提高了煤层厚度探测仪的探测准确度。
附图说明
33.图1为本发明实施例提供的煤层厚度探测设备处于第一状态时的结构示意图，其中，伸缩装置倾斜向上延伸；
34.图2为本发明实施例提供的煤层厚度探测设备处于第二状态时的结构示意图，其中，伸缩装置水平延伸；
35.图3为本发明实施例提供的煤层厚度探测设备处于第三状态时的结构示意图，其中，伸缩装置竖直向上延伸；
36.图4为煤层厚度探测装置、红外测距装置和升降装置的连接示意图；
37.图5为煤层厚度探测装置和升降装置的剖视图；
38.图6为调节机构的结构示意图；
39.图7为调节机构与升降装置外套筒之间铰接有摆动油缸的示意图；
40.图8为本发明实施例提供的煤层厚度探测设备对剩余煤层的厚度进行探测时的示意图。
具体实施方式
41.下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
42.如图1-5和图8所示，本发明一实施例提供的煤层厚度探测设备，包括煤层厚度探测装置1、安装在煤层厚度探测装置1的一侧的红外测距装置2、用于驱动煤层厚度探测装置1直线升降的升降装置3和用于调节升降装置3的位置的调节机构4。
43.煤层厚度探测装置1包括尼龙箱体11、连接在尼龙箱体11上方的铅制箱体12、安装在尼龙箱体11中的信号处理器13和安装在铅制箱体12中的煤层厚度探测仪14。
44.铅制箱体12的顶部开口上安装有尼龙端盖15，铅制箱体12的底部安装有弹性件16，煤层厚度探测仪14由弹性件16支撑。
45.红外测距装置2包括固定支座21和与固定支座21连接的红外测距仪22，固定支座21连接在铅制箱体12的一侧。
46.红外测距仪22的顶部探测端与煤层厚度探测仪14的顶部探测端平齐。
47.升降装置3包括升降装置外套筒31、升降装置内套筒32、升降油缸33和用于控制升降油缸33工作的油缸控制器34。
48.升降装置外套筒31与调节机构4连接，升降装置内套筒32与升降装置外套筒31滑动连接，升降油缸33安装在升降装置外套筒31中，升降油缸33的活塞杆331与升降装置内套筒32连接。升降装置内套筒32与尼龙箱体11连接。
49.油缸控制器34、红外测距仪22和煤层厚度探测仪14分别与信号处理器13连接。
50.本发明提供的煤层厚度探测设备，用于安装在采煤机上对顶板9下方的剩余煤层8的厚度进行探测，其能够自动跟踪剩余煤层8的底面的起伏变化而自动调节。
51.煤层厚度探测设备包括煤层厚度探测装置1、红外测距装置2、升降装置3和调节机构4。
52.煤层厚度探测装置1通过其煤层厚度探测仪14来探测顶板9下方的剩余煤层8的厚度。
53.红外测距装置2用于测量煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离。
54.升降装置3用于驱动煤层厚度探测装置1上下移动，以使得煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离保持在最佳的预设距离h0。
55.调节机构4用于调节升降装置3的位置，以带动煤层厚度探测装置1在剩余煤层8的下方移动至合适的位置。
56.煤层厚度探测装置1包括尼龙箱体11、铅制箱体12、信号处理器13、煤层厚度探测仪14、尼龙端盖15和弹性件16。
57.尼龙箱体11安装在升降装置3上，信号处理器13安装在尼龙箱体11中。尼龙箱体11可以减少对信号的干扰。铅制箱体12安装在尼龙箱体11上，煤层厚度探测仪14安装在铅制箱体12中。煤层厚度探测仪14采用γ射线探测原理对煤层厚度进行探测，有关γ射线探测原理可参考现有技术中的内容，在此不再赘述。铅制箱体12为由铅制成的箱体，可以对射线进行屏蔽。铅制箱体12的顶部具有顶部开口，尼龙端盖15安装在铅制箱体12的顶部开口上，煤层厚度探测仪14的顶端为γ射线探测端，用于发射和接收γ射线。煤层厚度探测仪14的γ射线探测端朝向尼龙端盖15，γ射线经尼龙端盖15射出和回来，尼龙端盖15可以减少对γ射线的屏蔽干扰。弹性件16安装在铅制箱体12的底部，其支撑煤层厚度探测仪14，从而可以避免振动对煤层厚度探测仪14造成损伤。弹性件16可选择减震弹簧。煤层厚度探测仪14的底部安装有挡圈18，弹性件16的上端与挡圈18相接，弹性件16的下端与铅制箱体12的底板相接。
58.红外测距装置2包括固定支座21和红外测距仪22，固定支座21连接在铅制箱体12的一侧，红外测距仪22连接在固定支座21上。红外测距仪22采用红外线测量距离，其顶端为红外线探测端，用于发射和接收红外线。红外测距仪22的镜头上安装有玻璃防护罩，玻璃防护罩的厚度在1cm以上。玻璃防护罩与镜头的间隙在5-6mm之间。玻璃防护罩起到保护镜头的作用，以免矿井中掉落的煤尘污损镜头而导致测量结果不准确。
59.其中，红外测距仪22的红外线探测端与煤层厚度探测仪14的γ射线探测端平齐，也即是红外测距仪22的红外线探测端与煤层厚度探测仪14的γ射线探测端处于同一水平面上，红外测距仪22与剩余煤层8的底面之间的距离等于煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离，以准确地测量煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离。
60.升降装置3包括升降装置外套筒31、升降装置内套筒32、升降油缸33和油缸控制器34。油缸控制器34用于控制升降油缸33的阀门，以控制升降油缸33的活塞杆331的升降。升降装置内套筒32与升降装置外套筒31滑动连接，升降装置内套筒32可从升降装置外套筒31中伸出。升降油缸33安装在升降装置外套筒31中，升降装置外套筒31对升降油缸33起到保护作用。升降油缸33的活塞杆331与升降装置内套筒32连接，活塞杆331的伸缩可以驱动升降装置内套筒32的伸缩。升降装置内套筒32的伸缩可以带动尼龙箱体11升降，进而带动煤
层厚度探测装置1一体上下升降，以调节煤层厚度探测仪14的高度。
61.升降装置外套筒31与调节机构4连接，由调节机构4来调节升降装置3的位置，进而带动煤层厚度探测装置1及红外测距装置2在剩余煤层8下方移动到合适的位置。
62.油缸控制器34、红外测距仪22和煤层厚度探测仪14分别与信号处理器13通过导线连接，以实现信号传输。
63.红外测距仪22将其与剩余煤层8的底面之间的实时距离h1传输给信号处理器13。煤层厚度探测仪14将剩余煤层8的实时厚度h3传输给信号处理器13。
64.信号处理器13将该实时时距离h1与之前预存的预设距离h0进行比较判断，并根据该判断结果向油缸控制器34发出相应的信号，以调节活塞杆331的升降，从而带动煤层厚度探测仪14移动，以使得煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面保持在预设距离h0，根据实际工况，h0可选择300mm、500mm等等数值。
65.信号处理器13将剩余煤层厚度h3传输给采煤机的控制器，并与预存的煤层厚度范围进行比较，以根据该剩余煤层厚度h来调节采煤机摇臂的高度，进而带动截割滚筒调整截割深度，以避免截割到剩余煤层8上方的顶板9。假设，煤层厚度范围为h1—h2，如h1≤h3≤h2，则无需调节采煤机摇臂的高度；如h3≤h1，则需要调低采煤机摇臂的高度；如h3≥h2，则可相应调高采煤机摇臂的高度，但要保证不会截割到剩余煤层8上方的顶板9。
66.使用时，调节机构4安装在采煤机的机身上，随着采煤机的前移，煤层厚度探测仪14与高低起伏的剩余煤层8的底面之间的距离会发生变化，因此需要对煤层厚度探测仪14的高度进行调节，其调节方式如下：
67.在信号处理器13预设好煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的预设距离或最佳距离h0。
68.在采煤机移动时，红外测距仪22实时监测煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的实时距离h1。红外测距仪22将实时距离h1传输给信号处理器13。信号处理器13对实时距离h1与预设距离h0进行比较判断：
69.如h1＜h0，则表明煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离过小，信号处理器13向油缸控制器34发出下降信号，升降油缸33的活塞杆331下降，带动煤层厚度探测装置1下降距离为h
0-h1，以将煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离调节至h0。
70.如h1＞h0，则表明煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离过大，信号处理器13向油缸控制器34发出上升信号，升降油缸33的活塞杆331上升，带动煤层厚度探测装置1上升距离为h
1-h0，以将煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离调节至h0。
71.在其中一个实施例中，如图1-2和图7所示，升降装置外套筒31与调节机构4铰接，在调节机构4与升降装置外套筒31之间还铰接有用于驱动升降装置外套筒31摆动的摆动油缸5。
72.摆动油缸5铰接在调节机构4的伸缩装置内套筒422与升降装置3的升降装置外套筒31之间，其用于调节升降装置3的角度，使得升降装置3保持竖直，以与地面垂直，从而使得红外测距仪22的顶部探测端与煤层厚度探测仪14的顶部探测端都竖直朝上，以朝向剩余煤层8的底面。
73.在其中一个实施例中，如图1-3所示，调节机构4包括底座装置41和连接在底座装置41上的伸缩装置42，升降装置外套筒31与伸缩装置42连接。
74.调节机构4包括底座装置41和伸缩装置42，底座装置41用于安装在采煤机的机身上，伸缩装置42的下端连接在底座装置41上，升降装置3安装在伸缩装置42的上端，通过伸缩装置42带动升降装置3在剩余煤层8的下方调节。
75.在其中一个实施例中，如图1-3和图6所示，伸缩装置42包括伸缩装置外套筒421、伸缩装置内套筒422和伸缩油缸423。
76.伸缩装置外套筒421与底座装置41连接，伸缩装置内套筒422与伸缩装置外套筒421滑动连接，伸缩油缸423安装在伸缩装置外套筒421中，伸缩油缸423的活塞杆4231与伸缩装置内套筒422连接，升降装置外套筒31与伸缩装置内套筒422连接。
77.本实施例中，伸缩装置42包括伸缩装置外套筒421、伸缩装置内套筒422和伸缩油缸423。伸缩装置外套筒421与底座装置41连接。伸缩油缸423安装在伸缩装置外套筒421中，伸缩装置外套筒421对伸缩油缸423起到保护作用。伸缩装置内套筒422与伸缩装置外套筒421滑动连接，伸缩油缸423的活塞杆4231与伸缩装置内套筒422连接，升降装置外套筒31连接在伸缩装置内套筒422的上端。
78.当活塞杆4231伸缩时，会带动伸缩装置内套筒422相对于伸缩装置外套筒421伸缩，进而对升降装置3进行位置调节。
79.在其中一个实施例中，如图1-2和图6所示，伸缩装置外套筒421与底座装置41铰接，在底座装置41与伸缩装置外套筒421之间还连接有用于支撑伸缩装置外套筒421的支撑油缸6。
80.如此布置，使得伸缩装置外套筒421在支撑油缸6的作用下可以相对于底座装置41摆动，以呈现图1所示的倾斜状态、图2所示的水平状态和图3所述的竖直状态。无论伸缩装置42处于何种状态，在摆动油缸5的作用下都可使升降装置3处于竖直状态。
81.在其中一个实施例中，如图1-3和图6所示，底座装置41包括底盘411和可枢转地安装在底盘411上的转盘412，伸缩装置42与转盘412连接。
82.本实施例中，底座装置41采用回转底座，可以带动伸缩装置42在水平面内回转，以带动升降装置3、红外测距装置2和煤层厚度探测装置1在剩余煤层8的下方回转至合适位置。
83.底座装置41包括底盘411和转盘412，底盘411用于安装在采煤机的机身上，转盘412通过轴承安装在底盘411上，转盘412可以在底盘411转动。在底盘411的一侧安装有驱动电机，转盘412的外周面上设置有齿环。驱动电机的输出端与齿环之间装配有减速齿轮组，以带动转盘412在底盘411转动。
84.在其中一个实施例中，如图1-3和图6所示，底盘411上安装有底盘固定板413，转盘412上沿着圆周方向间隔地安装有多块转盘固定盘414。其中一块转盘固定盘414与底盘固定板413通过螺栓连接。当转盘412转动到一定角度后，总有一块转盘固定盘414与底盘固定板413对齐，然后通过螺栓将转盘固定盘414与底盘固定板413连接，使得转盘412与底盘411相对固定，保证工作稳定。
85.在其中一个实施例中，如图1-3和图7所示，伸缩装置42上设置有用于供液管道穿过的u形护板424。u形护板424安装在伸缩装置外套筒421上，升降油缸33的油管35和摆动油缸5的供液管51都穿过u形护板424，通过u形护板424对供液管进行保护。
86.在其中一个实施例中，如图5所示，尼龙顶盖15的底面上设置有橡胶垫片17，以在
震动时对煤层厚度探测仪14保护，避免煤层厚度探测仪14的顶端直接与尼龙顶盖15碰撞。
87.结合图1-8所示，本发明一实施例提供的前述任一实施例所述的煤层厚度探测设备的控制方法，包括如下步骤：
88.s01：在信号处理器13预设有煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的预设距离h0。
89.s02：红外测距仪22监测煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的实时距离h1，并将实时距离h1传输给信号处理器13，信号处理器13将比较并判断实时距离h1与预设距离h0。
90.如h1＜h0，则信号处理器13向油缸控制器34发出下降信号，升降油缸33的活塞杆331下降，带动煤层厚度探测装置1下降距离为h
0-h1。
91.如h1＞h0，则信号处理器13向油缸控制器34发出上升信号，升降油缸33的活塞杆331上升，带动煤层厚度探测装置1上升距离为h
1-h0。
92.在使用时，煤层厚度探测设备安装在采煤机的机身上，并处于巷道中。
93.在信号处理器13预设好煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的预设距离或最佳距离h0。
94.在采煤机移动时，红外测距仪22实时监测煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的实时距离h1。红外测距仪22将实时距离h1传输给信号处理器13。信号处理器13对实时距离h1与预设距离h0进行比较判断：
95.如h1＜h0，则表明煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离过小，信号处理器13向油缸控制器34发出下降信号，升降油缸33的活塞杆331下降，带动煤层厚度探测装置1下降距离为h
0-h1，以将煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离调节至h0。
96.如h1＞h0，则表明煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离过大，信号处理器13向油缸控制器34发出上升信号，升降油缸33的活塞杆331上升，带动煤层厚度探测装置1上升距离为h
1-h0，以将煤层厚度探测仪14与剩余煤层8的底面之间的距离调节至h0。
97.煤层厚度探测仪14将剩余煤层8的实时厚度h3传输给信号处理器13。信号处理器13将剩余煤层厚度h3传输给采煤机的控制器，并与预存的煤层厚度范围进行比较，以根据该剩余煤层厚度h来调节采煤机摇臂的高度，进而带动截割滚筒调整截割深度，以避免截割到剩余煤层8上方的顶板9。假设，煤层厚度范围为h1—h2，如h1≤h3≤h2，则无需调节采煤机摇臂的高度；如h3≤h1，则需要调低采煤机摇臂的高度；如h3≥h2，则可相应调高采煤机摇臂的高度，但要保证不会截割到剩余煤层8上方的顶板9。
98.综上所述，本发明提供的煤层厚度探测设备及其控制方法，能够自动跟踪剩余煤层的底面的起伏变化而自动调节，使得煤层厚度探测装置与剩余煤层的底面保持在预设距离，提高了煤层厚度探测仪的探测准确度。
99.根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。
100.以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。