李志豪

（晉能控股集團晉城公司西河煤業(yè)，山西晉城 048100）

在我國最基礎(chǔ)與最主要的能源就是煤炭，煤炭在不短的時間中一直當(dāng)作來源，來供化石能源所消耗，可是，因為社會的不斷進步，因此，全世界就將如何合理、高效、安全、智能地開采煤炭資源作為了最主要的課題來進行研究。在煤礦開采中，最關(guān)鍵的設(shè)備就是液壓機、刮板輸送機、采煤機，而且液壓機、刮板輸送機、采煤機又統(tǒng)稱三機。為了使三機運行更加協(xié)同與智能化，因此，所研究的采煤機和液壓支架相對位置檢測技術(shù)的意義更加重要。

采煤機準(zhǔn)確定位的方法被不少學(xué)者與專家所研究?，F(xiàn)在，最普遍的定位方法就是組合慣性定位法、無線傳感網(wǎng)絡(luò)法、超聲反射法與紅外對射法等。其中，紅外對射法的基本原理就是自動定位紅外對射的有關(guān)信息，可因為紅外節(jié)點被區(qū)域所限制，因此盲區(qū)就出現(xiàn)了。超聲反射法即為一種跟蹤技術(shù)，就是有回波被超聲波所反射，并被采掘機所跟蹤，該方法所存在的缺點是因為工作面的寬度逐漸增大，而使信息缺乏真實性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是按照無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間對信息進行傳輸所需要的時間來將詳細(xì)位置進行確定，該方法的缺點為其準(zhǔn)確性被環(huán)境所影響[1]。

與物體有關(guān)的信息經(jīng)過無線射頻信號的收發(fā)而被射頻識別技術(shù)(RFID)所取得，進而使目標(biāo)得以識別，而且，經(jīng)過空間耦合射頻來促進自動識別的實現(xiàn)，且自動識別是不接觸的。在本文中，將以RFID為基礎(chǔ)的采煤機和液壓支架相對位置精準(zhǔn)定位的技術(shù)提出來了，使采煤機和液壓支架相對位置的檢測更加精準(zhǔn)。

1 采煤機與液壓支架相對位置定位的具體方案

RFID 技術(shù)所具有的優(yōu)點就是非接觸式自動識別且距離比較遠，能夠同一時間識別很多目標(biāo)，可以存儲很多信息、資料的更新比較快、使用的時間標(biāo)比較長等?？梢詮V泛使用到礦難救援、路徑跟蹤、井下人員定位等方面。

在本文中，將該方法提出來。按照工作面對采煤機定位方面的要求，將以無線傳輸技術(shù)與RFID定位技術(shù)為基礎(chǔ)的位置檢測裝置研發(fā)出來了，圖1就是其示意圖。從圖1可以看出，該裝置把定位數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)缴衔粰C，并以此來支撐綜采的自動化。而且，射頻發(fā)射器、射頻信號中繼器、射頻接收器、總線轉(zhuǎn)換器、集控平臺構(gòu)成了該射頻定位系統(tǒng)。安裝到采煤機中的射頻發(fā)射器所具有的作用就是與上位機安裝到順槽集控平臺中。采煤機中安裝的射頻發(fā)射器的主要作用就是發(fā)射數(shù)據(jù)信息與感知位置信號；在液壓支架中安裝的射頻接收器的最主要作用就是將位置信息接收并把其上傳到至液壓支架電液監(jiān)控系統(tǒng)中；工控平臺、上位機及數(shù)據(jù)交換機被安裝至順槽集控平臺中。為了使數(shù)據(jù)通信的雙向性得以實現(xiàn)，就經(jīng)過使用交換機來連接上位機與集控平臺，于此同時，工作面的數(shù)據(jù)傳輸平臺就將采煤機中的有關(guān)數(shù)據(jù)直接輸送至集控平臺，進而使其檢測更加精準(zhǔn)。

圖1 設(shè)備布置示意圖

2 RFID定位技術(shù)的工作原理

一般RFID 定位算法是由以接收信A 強度定位（RSS）、到達時間定位(TOA)、信號到達角度定位(AOA)為基礎(chǔ)的方法所構(gòu)成的，以接收信A強度定位（RSS）為基礎(chǔ)的方法被本文所使用。

射頻發(fā)射器與射頻接收器構(gòu)成了該定位系統(tǒng)，并且射頻接收器安裝至液壓支架中，射頻發(fā)射器安裝至采煤機中[2]。經(jīng)過使用基于RSS 的定位算法來對接收器與發(fā)射器的間距進行測量。因為不確定性是信號傳播所具有的特性，因此，假設(shè)在實際環(huán)境中，信號接收強度符合對數(shù)的正太分布，就是：

式中：P0(d0)——射頻接收器在距離信號源為d0位置接收到的信號強度；

η——路徑的消耗因子；

Xσ——服從對數(shù)正態(tài)分布中的隨機分布變量。

當(dāng)路徑損耗參數(shù)值明確時，信號源與接收器之間的距離的似然最大估計是：

可是，一般會使用液壓支架所在的位置來對采煤機位置進行表示，且液壓支架是用數(shù)字編號的，一般是在1～300之間，所以，液壓支架與采煤機的相對位置能夠經(jīng)過發(fā)射器與接收器的間距來進行判斷，即為數(shù)字跳躍式，該方法是使用最普遍的方法。圖2就是其采煤機位置示意圖，從圖2可以看出，數(shù)字、虛線與箭頭分別代表的是液壓支架、刮板輸送機、采煤機前進的位置。而且，由機頭來牽引采煤機運行，21 就是采煤機的位置。

圖2 采煤機位置示意圖

排列獨立的單元，使其構(gòu)成液壓支架。將液壓支架上的編號當(dāng)作識別碼，并以此為參考來確定采煤機相對位置，將其識別碼放置到標(biāo)簽中。在明確可讀寫的范圍時，可以對閱讀器上的發(fā)射功率進行設(shè)置，進而促進范圍中的標(biāo)簽被讀寫器所掃描。識別碼被讀寫器所讀取，并把讀取的所有數(shù)據(jù)信息直接上傳到上位機，此時采煤機的詳細(xì)位置就被上位機所確定。以下就是詳細(xì)的工作原理：

在放置標(biāo)簽和讀寫器時，放置的水平一定是相同的，將二者安裝到液壓支架與采煤機中，在移動采煤機時，按照讀寫器所能讀取的范圍和角度，標(biāo)簽就能被讀出來，且標(biāo)簽的數(shù)量是1 個或者是多個，采煤機位置會被軟件算法所計算出來[3]。如圖3所示。

圖3 RFID射頻技術(shù)采煤機位置檢測示意圖

圖4 無線傳輸方案

3 無線傳輸方案的工作原理

無線發(fā)射器是由感知發(fā)射器所集成的，將接收器安裝在液壓支架的頂梁，支架控制器和接收器連接在一起，并且12V 的工作電源是由支架控制器所提供的。無線發(fā)射器會將采煤機的位置發(fā)送至空間電磁場，對采煤機的位置進行接收，并將其發(fā)送至其支架控制器中，進而來傳輸采煤機位置的有關(guān)信息。

按照設(shè)計的有關(guān)要求，把距離相等的接收器安裝到采煤機中，使多點接收這一功能得以實現(xiàn)。詳細(xì)的工作步驟為：機頭牽引著采煤機運動，通信指令被無線發(fā)射器所發(fā)出，然后再連接接收器，且接收器是在一定范圍中能夠通信的。當(dāng)采煤機正在行進時，會增大前面無線接收器之間的距離，在距離直至增大至不能對信號進行收發(fā)時，就會斷開和接收器的連接，繼而會和四周別的接收器相連接，確保采煤機能夠穩(wěn)定定位。按照工作面詳細(xì)工作狀況來對接收器的多少進行調(diào)整，確保工作的接收器最少是1 個。

4 實際應(yīng)用

潞安礦業(yè)集團某礦綜采工作面已經(jīng)對本文中所提出的以RFID 為基礎(chǔ)的采煤機精準(zhǔn)定位技術(shù)進行了使用。當(dāng)采煤機正常運行時，就會對采煤機位置的有關(guān)信息進行采集，無數(shù)據(jù)、跳架等問題出現(xiàn)在采煤機位置的有關(guān)信息數(shù)據(jù)中，這就體現(xiàn)出該定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精度比較好[4]。

在使用該技術(shù)之后，可以使采煤機定位的更加精準(zhǔn)，采煤機位置信息作為液壓支架的依據(jù)，能夠使采煤機牽引著液壓支架行走，且是全自動化的，主要有自動移架、自動推溜等。

5 結(jié)束語

在本文中，就采煤機與液壓支架相對位置精確定位這一問題，將一種以無線傳輸技術(shù)與RFID 為基礎(chǔ)的采煤機精準(zhǔn)定位的方法提出來了，將采煤機位置檢測裝置搭建出來，使采煤機和液壓支架相對位置精準(zhǔn)定位得以實現(xiàn)，還把定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄碌募仄脚_，以此為基礎(chǔ)來促進采煤機與液壓支架的自動跟機得以實現(xiàn)。該技術(shù)已在潞安礦業(yè)集團某智能化綜采工作面中進行了使用，使采煤機可以精準(zhǔn)定位，非常值得推廣。