一种锚固剂自动填充控制系统及方法与流程

1.本发明属于煤矿井下锚护技术领域，具体涉及一种锚固剂自动填充控制系统及方法。


背景技术：

2.随着矿井开采的不断扩展，煤矿掘进过程中，需要在巷道中及时的进行支护作业，井下巷道多采用锚杆支护的方式；支护过程中需要首先在巷道围岩上打设锚孔，然后在锚孔内填入锚固剂，最后将锚杆通过锚固剂拉拔固定在锚孔内即可。
3.锚固剂通常通过人工方式进行输送和填充，导致巷道锚护过程中作业效率低；相关技术中还通过气动压力进行输送和填充，但是气压不够容易把锚固剂留在药管内，气压太强也容易把锚固剂弄烂到药管内，需要清理药管内的锚固剂，导致效率低下。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有技术中锚固剂输送和填充效率低的问题，提供了一种锚固剂自动填充控制系统及方法。
5.本发明采用如下的技术方案实现：一种锚固剂自动填充控制系统，包括集中控制器、锚固剂药管对孔模块、锚固剂仓旋转模块和锚固剂送料模块，其中锚固剂药管对孔模块包括锚固剂药管、药管横向驱动器、药管竖向驱动器、位移传感器和第一压力传感器，其中药管横向驱动器和药管竖向驱动器用于实现锚固剂药管的插孔和退孔，位移传感器安装于药管横向驱动器上且用于检测锚固剂药管的横向伸缩位移，第一压力传感器安装于药管竖向驱动器上且用于检测药管的竖向动作到位情况；锚固剂仓旋转模块包括锚固剂仓、多个储料管、锚固剂仓旋转驱动器和第二压力传感器，其中多个储料管周向阵列设置在锚固剂仓上，储料管中放置有锚固剂，锚固剂仓旋转驱动器用于控制多个储料管分别移动至锚固剂仓的供料位，第二压力传感器安装于锚固剂仓旋转驱动器上且用于检测储料管的到位情况；锚固剂药管和锚固剂仓的供料位之间连接有第一管；锚固剂送料模块包括顶推钢丝、顶推驱动马达、顶推安装座、编码器和第二管，顶推驱动马达用于带动顶推钢丝往复移动，编码器安装在顶推驱动马达上且用于测量锚固剂送到钻孔内顶推钢丝的高度行程，顶推安装座连接在锚固剂仓的供料位和第二管之间，顶推驱动马达安装在顶推安装座中，顶推钢丝穿设于第二管中且与顶推驱动马达连接，在供料位时，顶推驱动马达带动顶推钢丝顶着锚固剂经储料管、第一管和锚固剂药管将锚固剂推入锚孔内；上述传感器将检测到的位置或压力信息传输至集中控制器，集中控制器输出动作信号控制上述执行机构动作以实现锚固剂的自动填充。
6.优选地，药管横向驱动器、药管竖向驱动器、锚固剂仓旋转驱动器均为液压油缸，液压油缸上安装有用于控制其动作的液压电磁阀，液压电磁阀连接在集中控制器的信号输
出端。
7.优选地，还包括遥控发射器、遥控接收机、数据存储模块和上位机，遥控接收机与集中控制器连接，遥控发射器用于发射控制指令给遥控接收机，数据存储模块与集中控制器连接且用于存储各执行机构在某一时间段的动作、压力和位移信息，上位机与集中控制器连接且用于显示各执行机构对应的位置和状态信息，集中控制器通过24v电源供电。
8.本发明还提供了一种锚固剂自动填充控制方法，基于上述锚固剂自动填充控制系统，包括以下步骤，s1：通过传感器检测到的状态信息，将各执行机构调至初始状态；s2: 根据锚孔的深度，设置锚固剂总的填充个数n'；s3：控制药管横向驱动器和药管竖向驱动器带动锚固剂药管插孔；s4：控制锚固剂仓旋转驱动器动作使得锚固剂仓的供料位与其中一个储料管匹配；s5：控制顶推驱动马达正转，带动顶推钢丝顶着锚固剂通过锚固剂药管送到钻孔内，锚固剂被它自身带的尾翼固定在钻孔内，马达旋转停止；s6：控制顶推驱动马达反转，带动顶推钢丝下降至初始位置，马达停止旋转，锚固剂仓旋转驱动器退回至初始状态，药管横向驱动器和药管竖向驱动器带动锚固剂药管退孔，锚固剂药管退回至初始状态，集中控制器记录当前锚固剂填充个数n；s7：判定n是否大于等于n'；若n大于等于n'，结束填充机填充工作；若n小于n'，重复步骤s3至s6，直至n大于等于n'，结束填充机填充工作。
9.优选地，步骤s1中，锚固剂药管退孔至初始状态，此时位移传感器检测到的位移当前值l小于等于退孔位移到位基准值l0，第一压力传感器检测到的压力当前值p10大于退孔到位压力基准值p11，遥控发射器上对应的退孔状态灯亮；锚固剂仓旋转驱动器退回至初始状态，此时第二压力传感器检测到的压力当前值p20大于锚固剂仓旋转驱动器退回基准压力值p21，遥控发射器上对应的锚固剂仓旋转驱动器退回状态灯亮；顶推钢丝退回至初始状态，此时编码器检测到的当前高度值h小于顶推钢丝到底基准值h0，遥控发射器上对应的顶推钢丝到底状态灯亮。
10.优选地，步骤s2中，当锚孔深度为1.8m时，锚固剂总的填充个数n'为1；当锚孔深度为2.2m时，锚固剂总的填充个数n'为2。
11.优选地，步骤s3中，当位移传感器检测到的位移当前值l大于插孔位移到位基准值l'，且第一压力传感器检测到的压力当前值p10大于插孔压力基准值p12时，锚固剂药管完成插孔。
12.优选地，步骤s4中，当第二压力传感器检测到的压力当前值p20大于锚固剂仓旋转驱动器到位基准压力值p22时，锚固剂仓的供料位与其中一个储料管匹配。
13.优选地，步骤s5、s6中，第一次填充时，当编码器检测到的当前高度值h等于锚固剂第一到位基准值h1'时，锚固剂固定在钻孔内，马达旋转停止，随后马达反转，当编码器检测到的当前高度值h小于等于顶推钢丝到底基准值h0时，马达停止旋转；第二次填充时，当编码器检测到的当前高度值h等于锚固剂第二到位基准值h2'时，h1'》 h2'，锚固剂固定在钻孔内，马达旋转停止，随后马达反转，当编码器检测到的当前高度值h小于等于顶推钢丝到底基准值h0时，马达停止旋转。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够实现锚杆支护过程中锚固剂的自动填充作业，并且可以进行多次锚固剂的自动化填充，可以极大地减轻锚护过程中操作人员的工作强度，提高掘进巷道锚杆支护的效率。
15.本发明的锚固剂自动填充控制系统及方法具有自动化程度高、调节精度高、系统稳定性强、可靠性高等优点，为锚杆钻车的自动化技术提供支撑，钻孔、送药和锚护可以连续起来，整个锚护可以一键完成。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明的控制系统图；图2是本发明的控制原理图；图3是本发明锚固剂自动填充步骤流程图；图4是本发明的上位机设置界面图。
具体实施方式
18.结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性地劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
19.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内，需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
20.本发明提供了一种实施例：如图1至图4所示，一种锚固剂自动填充控制系统，包括集中控制器、锚固剂药管对孔模块、锚固剂仓旋转模块和锚固剂送料模块，其中锚固剂药管对孔模块包括锚固剂药管、药管横向驱动器、药管竖向驱动器、位移传感器和第一压力传感器，其中药管横向驱动器和药管竖向驱动器用于实现锚固剂药管的插孔和退孔，位移传感器安装于药管横向驱动器上且用于检测锚固剂药管的横向伸缩位移，第一压力传感器安装于药管竖向驱动器上且用于检测药管的竖向动作到位情况；锚固剂仓旋转模块包括锚固剂仓、多个储料管、锚固剂仓旋转驱动器和第二压力传感器，其中多个储料管周向阵列设置在锚固剂仓上，储料管中放置有锚固剂，锚固剂仓旋
转驱动器用于控制多个储料管依次分别移动至锚固剂仓的供料位，第二压力传感器安装于锚固剂仓旋转驱动器上且用于检测储料管的到位情况；锚固剂药管和锚固剂仓的供料位之间连接有第一管；锚固剂送料模块包括顶推钢丝、顶推驱动马达、顶推安装座、编码器和第二管，顶推驱动马达用于带动顶推钢丝往复移动，编码器安装在顶推驱动马达上且用于测量锚固剂送到钻孔内顶推钢丝的高度行程，顶推安装座连接在锚固剂仓的供料位和第二管之间，顶推驱动马达安装在顶推安装座中，顶推钢丝穿设于第二管中且与顶推驱动马达连接，在供料位时，顶推驱动马达带动顶推钢丝顶着锚固剂经储料管、第一管和锚固剂药管将锚固剂推入锚孔内；本发明的具体机械结构在中国cn114278350a中已公开，再此不做进一步赘述，本发明主要针对该机械装置的控制系统改进。
21.上述传感器将检测到的位置或压力信息传输至集中控制器，集中控制器输出动作信号控制上述执行机构动作以实现锚固剂的自动填充；遥控发射器、遥控接收机、数据存储模块和上位机，遥控接收机与集中控制器连接，遥控发射器用于发射控制指令给遥控接收机，数据存储模块与集中控制器连接且用于存储各执行机构在某一时间段的动作、压力和位移信息，上位机与集中控制器连接且用于显示各执行机构对应的位置和状态信息，集中控制器通过24v电源供电。
22.本实施例中，药管横向驱动器、药管竖向驱动器、锚固剂仓旋转驱动器均为液压油缸，液压油缸上安装有用于控制其动作的液压电磁阀，液压电磁阀连接在集中控制器的信号输出端，通过控制液压电磁阀动作实现对执行机构的控制。
23.一种锚固剂自动填充控制方法，基于上述锚固剂自动填充控制系统，包括以下步骤，s1：通过观察传感器检测到的状态信息，使用遥控发射器将各执行机构调至初始状态；s2: 根据锚孔的深度，设置锚固剂总的填充个数n'；s3：控制药管横向驱动器和药管竖向驱动器带动锚固剂药管插孔；s4：控制锚固剂仓旋转驱动器动作使得锚固剂仓的供料位与其中一个储料管匹配；s5：控制顶推驱动马达正转，带动顶推钢丝顶着锚固剂通过锚固剂药管送到钻孔内，锚固剂被它自身带的尾翼固定在钻孔内，马达旋转停止；s6：控制顶推驱动马达反转，带动顶推钢丝下降至初始位置，马达停止旋转，锚固剂仓旋转驱动器退回至初始状态，药管横向驱动器和药管竖向驱动器带动锚固剂药管退孔，锚固剂药管退回至初始状态，集中控制器记录当前锚固剂填充个数n；s7：判定n是否大于等于n'；若n大于等于n'，结束填充机填充工作；若n小于n'，重复步骤s3至s6，直至n大于等于n'，结束填充机填充工作。
24.具体的，步骤s1中，各执行机构的初始状态包括：锚固剂药管退孔至初始状态，此时位移传感器检测到的位移当前值l小于等于退孔位移到位基准值l0，第一压力传感器检测到的压力当前值p10大于退孔到位压力基准值p11，遥控发射器上对应的退孔状态灯亮；锚固剂仓旋转驱动器退回至初始状态，此时第二压力传感器检测到的压力当前值p20大于锚固剂仓旋转驱动器退回基准压力值p21，遥控发射器上对应的锚固剂仓旋转驱动器退回
状态灯亮；顶推钢丝退回至初始状态，此时编码器检测到的当前高度值h小于顶推钢丝到底基准值h0，遥控发射器上对应的顶推钢丝到底状态灯亮。
25.步骤s3中，当位移传感器检测到的位移当前值l大于插孔位移到位基准值l'，且第一压力传感器检测到的压力当前值p10大于插孔到位压力基准值p12时，锚固剂药管完成插孔。
26.步骤s4中，当第二压力传感器检测到的压力当前值p20大于锚固剂仓旋转驱动器到位基准压力值p22时，锚固剂仓的供料位与其中一个储料管匹配。
27.步骤s5、s6中，第一次填充时，当编码器检测到的当前高度值h等于锚固剂第一到位基准值h1'时，锚固剂固定在钻孔内，马达旋转停止，随后马达反转，当编码器检测到的当前高度值h小于等于顶推钢丝到底基准值h0时，马达停止旋转；第二次填充时，锚固剂仓的供料位与另一个储料管匹配，当编码器检测到的当前高度值h等于锚固剂第二到位基准值h2'时，h1'》 h2'，锚固剂固定在钻孔内，马达旋转停止，随后马达反转，当编码器检测到的当前高度值h小于等于顶推钢丝到底基准值h0时，马达停止旋转。
28.退孔位移到位基准值l0、插孔位移到位基准值l'、退孔到位压力基准值p11、插孔到位压力基准值p12、锚固剂仓旋转驱动器退回基准压力值p21、锚固剂仓旋转驱动器到位基准压力值p22、顶推钢丝到底基准值h0、锚固剂第一到位基准值h1'和锚固剂第二到位基准值h2'等为传感器到位基准值，可以根据实际情况在显示器上进行设置。退孔到位压力基准值p11和插孔到位压力基准值p12相同，锚固剂仓旋转驱动器退回基准压力值p21和锚固剂仓旋转驱动器到位基准压力值p22相同。
29.本实施例中，步骤s2中，当锚孔深度为1.8m时，锚固剂总的填充个数n'为1；当锚孔深度为2.2m时，锚固剂总的填充个数n'为2。一般情况下，锚孔深度为1.8m或2.2m，其他情况根据钻孔的深度，锚固剂的自动填充个数还可以进行增加，自动流程会进行多一轮的循环。
30.在锚固剂自动填充运行的过程中，可以在上位机上实时显示各个执行机构的运行状态，以及程序的运行流程，当编码器或者压力、位移传感器发生错误时，控制系统自动流程就会停止，并且在上位机上进行显示实时的报警，操作人员可以根据上位机上显示的报警信息进行各路动作操作和维护，可以及时清除错误，然后继续接着上一步骤进行自动锚固剂的填充。
31.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。