李志豪

（晋能控股集团晋城公司西河煤业，山西晋城 048100）

在我国最基础与最主要的能源就是煤炭，煤炭在不短的时间中一直当作来源，来供化石能源所消耗，可是，因为社会的不断进步，因此，全世界就将如何合理、高效、安全、智能地开采煤炭资源作为了最主要的课题来进行研究。在煤矿开采中，最关键的设备就是液压机、刮板输送机、采煤机，而且液压机、刮板输送机、采煤机又统称三机。为了使三机运行更加协同与智能化，因此，所研究的采煤机和液压支架相对位置检测技术的意义更加重要。

采煤机准确定位的方法被不少学者与专家所研究。现在，最普遍的定位方法就是组合惯性定位法、无线传感网络法、超声反射法与红外对射法等。其中，红外对射法的基本原理就是自动定位红外对射的有关信息，可因为红外节点被区域所限制，因此盲区就出现了。超声反射法即为一种跟踪技术，就是有回波被超声波所反射，并被采掘机所跟踪，该方法所存在的缺点是因为工作面的宽度逐渐增大，而使信息缺乏真实性。无线传感器网络是按照无线网络节点之间对信息进行传输所需要的时间来将详细位置进行确定，该方法的缺点为其准确性被环境所影响[1]。

与物体有关的信息经过无线射频信号的收发而被射频识别技术(RFID)所取得，进而使目标得以识别，而且，经过空间耦合射频来促进自动识别的实现，且自动识别是不接触的。在本文中，将以RFID为基础的采煤机和液压支架相对位置精准定位的技术提出来了，使采煤机和液压支架相对位置的检测更加精准。

1 采煤机与液压支架相对位置定位的具体方案

RFID 技术所具有的优点就是非接触式自动识别且距离比较远，能够同一时间识别很多目标，可以存储很多信息、资料的更新比较快、使用的时间标比较长等。可以广泛使用到矿难救援、路径跟踪、井下人员定位等方面。

在本文中，将该方法提出来。按照工作面对采煤机定位方面的要求，将以无线传输技术与RFID定位技术为基础的位置检测装置研发出来了，图1就是其示意图。从图1可以看出，该装置把定位数据直接传输到上位机，并以此来支撑综采的自动化。而且，射频发射器、射频信号中继器、射频接收器、总线转换器、集控平台构成了该射频定位系统。安装到采煤机中的射频发射器所具有的作用就是与上位机安装到顺槽集控平台中。采煤机中安装的射频发射器的主要作用就是发射数据信息与感知位置信号；在液压支架中安装的射频接收器的最主要作用就是将位置信息接收并把其上传到至液压支架电液监控系统中；工控平台、上位机及数据交换机被安装至顺槽集控平台中。为了使数据通信的双向性得以实现，就经过使用交换机来连接上位机与集控平台，于此同时，工作面的数据传输平台就将采煤机中的有关数据直接输送至集控平台，进而使其检测更加精准。

图1 设备布置示意图

2 RFID定位技术的工作原理

一般RFID 定位算法是由以接收信A 强度定位（RSS）、到达时间定位(TOA)、信号到达角度定位(AOA)为基础的方法所构成的，以接收信A强度定位（RSS）为基础的方法被本文所使用。

射频发射器与射频接收器构成了该定位系统，并且射频接收器安装至液压支架中，射频发射器安装至采煤机中[2]。经过使用基于RSS 的定位算法来对接收器与发射器的间距进行测量。因为不确定性是信号传播所具有的特性，因此，假设在实际环境中，信号接收强度符合对数的正太分布，就是：

式中：P0(d0)——射频接收器在距离信号源为d0位置接收到的信号强度；

η——路径的消耗因子；

Xσ——服从对数正态分布中的随机分布变量。

当路径损耗参数值明确时，信号源与接收器之间的距离的似然最大估计是：

可是，一般会使用液压支架所在的位置来对采煤机位置进行表示，且液压支架是用数字编号的，一般是在1～300之间，所以，液压支架与采煤机的相对位置能够经过发射器与接收器的间距来进行判断，即为数字跳跃式，该方法是使用最普遍的方法。图2就是其采煤机位置示意图，从图2可以看出，数字、虚线与箭头分别代表的是液压支架、刮板输送机、采煤机前进的位置。而且，由机头来牵引采煤机运行，21 就是采煤机的位置。

图2 采煤机位置示意图

排列独立的单元，使其构成液压支架。将液压支架上的编号当作识别码，并以此为参考来确定采煤机相对位置，将其识别码放置到标签中。在明确可读写的范围时，可以对阅读器上的发射功率进行设置，进而促进范围中的标签被读写器所扫描。识别码被读写器所读取，并把读取的所有数据信息直接上传到上位机，此时采煤机的详细位置就被上位机所确定。以下就是详细的工作原理：

在放置标签和读写器时，放置的水平一定是相同的，将二者安装到液压支架与采煤机中，在移动采煤机时，按照读写器所能读取的范围和角度，标签就能被读出来，且标签的数量是1 个或者是多个，采煤机位置会被软件算法所计算出来[3]。如图3所示。

图3 RFID射频技术采煤机位置检测示意图

图4 无线传输方案

3 无线传输方案的工作原理

无线发射器是由感知发射器所集成的，将接收器安装在液压支架的顶梁，支架控制器和接收器连接在一起，并且12V 的工作电源是由支架控制器所提供的。无线发射器会将采煤机的位置发送至空间电磁场，对采煤机的位置进行接收，并将其发送至其支架控制器中，进而来传输采煤机位置的有关信息。

按照设计的有关要求，把距离相等的接收器安装到采煤机中，使多点接收这一功能得以实现。详细的工作步骤为：机头牵引着采煤机运动，通信指令被无线发射器所发出，然后再连接接收器，且接收器是在一定范围中能够通信的。当采煤机正在行进时，会增大前面无线接收器之间的距离，在距离直至增大至不能对信号进行收发时，就会断开和接收器的连接，继而会和四周别的接收器相连接，确保采煤机能够稳定定位。按照工作面详细工作状况来对接收器的多少进行调整，确保工作的接收器最少是1 个。

4 实际应用

潞安矿业集团某矿综采工作面已经对本文中所提出的以RFID 为基础的采煤机精准定位技术进行了使用。当采煤机正常运行时，就会对采煤机位置的有关信息进行采集，无数据、跳架等问题出现在采煤机位置的有关信息数据中，这就体现出该定位系统的稳定性与精度比较好[4]。

在使用该技术之后，可以使采煤机定位的更加精准，采煤机位置信息作为液压支架的依据，能够使采煤机牵引着液压支架行走，且是全自动化的，主要有自动移架、自动推溜等。

5 结束语

在本文中，就采煤机与液压支架相对位置精确定位这一问题，将一种以无线传输技术与RFID 为基础的采煤机精准定位的方法提出来了，将采煤机位置检测装置搭建出来，使采煤机和液压支架相对位置精准定位得以实现，还把定位数据传输到井下的集控平台，以此为基础来促进采煤机与液压支架的自动跟机得以实现。该技术已在潞安矿业集团某智能化综采工作面中进行了使用，使采煤机可以精准定位，非常值得推广。