劉清 劉軍鋒

文章編號(hào)：1671?251X（2024）04?0033?08

DOI：10.13272/j.issn.1671-251x.2023120024

摘要：針對目前綜采工作面推進(jìn)度的測量和計(jì)算方式存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力、累計(jì)誤差大、傳感器損壞后無法重新計(jì)算等問題，提出了一種基于 UWB測距技術(shù)的綜采工作面推進(jìn)度實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用礦用本安型測距分站與測距標(biāo)志卡組合的方式，通過無線通信實(shí)現(xiàn)對綜采工作面巷道推進(jìn)度的實(shí)時(shí)測量。在綜采工作面端頭液壓支架布置測距分站，在回采巷道固定標(biāo)志點(diǎn)懸掛測距標(biāo)志卡，通過巷道內(nèi) UWB無線信號(hào)測距，當(dāng)即將開采到最近的測距標(biāo)志卡位置時(shí)，撤掉該處測距標(biāo)志卡，后續(xù)測距標(biāo)志卡接替進(jìn)行巷道推進(jìn)度的測量與計(jì)算，依此循環(huán)往復(fù)，不斷進(jìn)行更替測量。結(jié)合采煤工藝，建立了依據(jù)采煤機(jī)位置和液壓支架動(dòng)作的限幅中值平均濾波模型，該模型將限幅濾波、中值濾波、算術(shù)平均濾波深度融合，以剔除海量數(shù)據(jù)中由于受到測量、遮擋等影響而造成的測量偏差較大的無效數(shù)據(jù)，同時(shí)消除有效數(shù)據(jù)中的最大和最小偏差數(shù)據(jù)，進(jìn)一步保證了通過算術(shù)平均運(yùn)算得到的測量值的準(zhǔn)確性和有效性，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面推進(jìn)度的連續(xù)測量。地面測試結(jié)果表明，測距分站1的最大誤差為0.32 m，誤差小于0.2 m 的占比為84.62%；測距分站2的最大誤差為0.48 m，誤差小于0.2 m 的占比為76.92%。井下工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)與礦方實(shí)測數(shù)據(jù)日平均推進(jìn)度差值為0.13 m，證明了 UWB測距技術(shù)在井下巷道條件下測距的可行性和基于采煤工藝的推進(jìn)度測量模型的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：綜采工作面；推進(jìn)度測量；UWB 測距；雙邊雙向測距法；限幅中值平均濾波模型中圖分類號(hào)：TD67 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

UWB based measurement system for pushing progress of fully mechanized working face

LIU Qing， LIU Junfeng

（Beijing Tianma Intelligent Control Technology Co.， Ltd.， Beijing 101399， China）

Abstract： A real-time measurement system for the pushing progress of fully mechanized working face based on UWB ranging technology is proposed to address the problems of existing measurement and calculation methods， such as time-consuming， labor-intensive， large cumulative errors， and inability to recalculate after sensor damage. The system adopts a combination of mining intrinsic safety distance measurement substation and distance measurement marker card， and achieves real-time measurement of the progress of roadway pushing in the fully mechanized working face through wireless communication. At the end of the fully mechanized working face， a distance measuring substation is arranged on the hydraulic support， and a distance measuring mark card is hung at the fixed marking point of the mining roadway. The distance is measured through UWB wireless signal in the roadway. When the mining is about to reach the nearest distance measuring mark card position， the distance measuring mark card is removed. The subsequent distance measuring mark card is replaced to measure and calculate the progress of the roadway pushing， so as to continuously replace the measurement. Based on the coal mining technology， a limited amplitude median average filtering model is established based on the position of theshearer and the action of the hydraulic support. This model deeply integrates limited amplitude filtering， median filtering， and arithmetic mean filtering to eliminate invalid data with large measurement deviations caused by measurement and occlusion in massive data. At the same time， the maximum and minimum deviation data in the effective data are eliminated， further ensuring the accuracy and effectiveness of the measurement values obtained through arithmetic mean operation. The continuous measurement of the progress of the fully mechanized working face is achieved. The ground test results show that the maximum error of ranging substation 1 is 0.32 m， and the proportion of errors less than 0.2 m is 84.62%. The maximum error of distance measurement substation 2 is 0.48 m， and the proportion of errors less than 0.2 m is 76.92%. The industrial underground test results show that the difference between the daily average advance degree of the system and the measured data of the coal mine is 0.13 m. The result proves the feasibility of UWB ranging technology in underground roadway conditions and the accuracy of the pushing progress measurement model based on coal mining technology.

Key words： fully mechanized working face; pushing progress measurement; UWB ranging; bilateral bidirectional ranging method; limited amplitude median average filtering model

0引言

綜采工作面的推進(jìn)度（即工作面沿推進(jìn)方向的推進(jìn)距離）不僅可以反映工作面推進(jìn)速度的快慢、計(jì)算工作面產(chǎn)量及實(shí)時(shí)確定工作面的開采位置[1-2]，還與工作面開采過程中上覆巖層的變形移動(dòng)、沖擊地壓的發(fā)生等息息相關(guān)[3-6]。翟新獻(xiàn)等[3]在研究綜放開采過程中礫巖層變形移動(dòng)垮落特征、聲發(fā)射和震動(dòng)加速度響應(yīng)特征時(shí)，認(rèn)為聲發(fā)射事件參數(shù)即最大幅值、振鈴計(jì)數(shù)和絕對能量均與工作面推進(jìn)度有關(guān)。推進(jìn)速度會(huì)影響工作面采空區(qū)自燃“三帶”范圍的變化，推進(jìn)速度過慢、形成的漏風(fēng)空間較大、采空區(qū)內(nèi)遺煤量過大等均會(huì)加大采空區(qū)自然發(fā)火的可能性[7-9]，同時(shí)推進(jìn)度的變化也與瓦斯涌出量密切相關(guān)[10-11]。因此，如何快速準(zhǔn)確地獲取綜采工作面的實(shí)時(shí)推進(jìn)度信息至關(guān)重要，成為煤礦開采過程中的主要任務(wù)之一。

目前，針對綜采工作面推進(jìn)度的測量問題，很多礦井采用人工測量方式，即工作面每割煤1刀后，由專職的驗(yàn)收員對工作面兩巷的推移距離分別進(jìn)行測量并記錄，這種人工測量方式最直接、最簡單，但需要設(shè)置專職人員，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)由于每次測量的誤差，容易造成測量誤差的累加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，并且人工測量已不滿足目前煤礦智能化、無人化的需求。部分礦井將采煤機(jī)和液壓支架每次的推移步距設(shè)定為固定值，通過記錄采煤機(jī)的割煤刀數(shù)，采用割煤刀數(shù)×推移步距的方式，計(jì)算得出綜采工作面推進(jìn)度，但由于采煤機(jī)割煤進(jìn)尺的變化，導(dǎo)致一段時(shí)間以后累計(jì)推進(jìn)度不準(zhǔn)確。為了解決上述累計(jì)測量誤差問題，部分學(xué)者利用綜采工作面液壓支架的推移油缸行程傳感器，通過數(shù)據(jù)處理，形成了工作面推進(jìn)度算法，這種方式雖然精度較高，但存在傳感器損壞后無法重新計(jì)算的問題。

針對上述問題，本文提出了一種基于超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）的綜采工作面推進(jìn)度測量系統(tǒng)?；?UWB 無線測距原理，研究了綜采工作面推進(jìn)度的測量方案和計(jì)算方法，通過地面調(diào)試和井下試驗(yàn)，建立了限幅中值平均濾波模型，完成了對海量實(shí)測數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面推進(jìn)度的連續(xù)測量，解決了存在累計(jì)測量誤差和因傳感器損壞不能重新計(jì)算的問題。

1 UWB 測距原理

目前可應(yīng)用于井下的距離測量技術(shù)主要包括 WiFi、紅外和激光等，但 WiFi 測距精度較低，不能滿足井下實(shí)際需求[12-13]，紅外和激光測距易受粉塵、巷道起伏等條件影響而不能穩(wěn)定、連續(xù)工作。UWB 具有系統(tǒng)復(fù)雜度低、抗干擾性能強(qiáng)、測量距離遠(yuǎn)、測距精度高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在井下采掘工作面、運(yùn)輸巷道這類空間受限的工作區(qū)域使用[14-15]。

UWB 不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，具有 GHz量級的帶寬，UWB 時(shí)域和幅度關(guān)系如圖1所示。

UWB 是通過飛行時(shí)間法（Time of Flight，TOF）來測距，原理如圖2所示。從發(fā)送端發(fā)射1個(gè)脈沖信號(hào)，信號(hào)打到物體后返回，接收端接收到發(fā)射信號(hào)后，計(jì)算兩者之間的時(shí)間差，通過脈沖信號(hào)前后的飛行時(shí)間乘以光速來實(shí)現(xiàn)物體之間距離的測量。

UWB 采用?TOF 測距時(shí)，發(fā)送端和接收端兩設(shè)備之間時(shí)間同步的精度直接影響測距精度，因此，采用雙邊雙向測距（Double Sided-Two-Way Ranging，DS?TWR）算法降低對時(shí)間同步精度的依賴，DS?TWR 測距原理如圖3所示[16-17]。發(fā)送端 A 收到的時(shí)間戳

在?DS?TWR 算法中，設(shè)備?A 在?t1時(shí)刻發(fā)送請求脈沖信號(hào)，經(jīng)一段傳輸時(shí)間后，設(shè)備?B 在?t2時(shí)刻接收到該脈沖信號(hào)，在?t3時(shí)刻發(fā)送一個(gè)響應(yīng)+請求脈沖信號(hào)，設(shè)備?A 在?t4時(shí)刻收到這個(gè)響應(yīng)+請求脈沖信號(hào)，在?t5時(shí)刻再次發(fā)送一個(gè)請求脈沖信號(hào)，設(shè)備?B 在?t6時(shí)刻接收到這個(gè)請求脈沖信號(hào)，并通過響應(yīng)脈沖告訴設(shè)備 A 這個(gè)時(shí)間戳 t6，完成一個(gè)完整的測距過程[18-19]。

2基于 UWB 的推進(jìn)度測量方案

當(dāng)綜采工作面位于開切眼時(shí)，工作面的推進(jìn)度為0，隨著綜采工作面內(nèi)采煤機(jī)向前采煤，布置于工作面內(nèi)的液壓支架需逐步按照推進(jìn)方向向前推進(jìn)，也就是采煤機(jī)每向前割1刀煤，液壓支架向前推進(jìn)1個(gè)推移步距，對及時(shí)暴露的頂板進(jìn)行支護(hù)，以保證工作面內(nèi)的頂板不會(huì)垮落，液壓支架后的頂板隨著液壓支架的推移而逐漸垮落，形成了采空區(qū)。采煤機(jī)每割1刀煤工作面向前推進(jìn)的距離與液壓支架可向前推進(jìn)的1個(gè)推移步距相等，可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)割1刀，液壓支架相應(yīng)支護(hù)1個(gè)步距。綜采工作面采空區(qū)、未采區(qū)、工作面內(nèi)液壓支架與采煤機(jī)布置、兩側(cè)巷道、推進(jìn)度等關(guān)系如圖4所示。

綜采工作面一般包含上、下2條巷道，而由于采煤工藝、地質(zhì)條件等因素的影響，工作面經(jīng)常需通過加刀、減刀等方式來調(diào)整巷道1和巷道2的推進(jìn)度，達(dá)到工作面調(diào)偽斜的目的，以滿足不同生產(chǎn)需求。因此，有必要對綜采工作面上、下2條巷道推進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以期指導(dǎo)工作面穩(wěn)定、精確生產(chǎn)。

2.1主要設(shè)備

考慮基于 UWB 的推進(jìn)度測量系統(tǒng)的設(shè)備安裝、供電等條件，本文主要采用礦用本安型測距分站與測距標(biāo)志卡組合的方式，通過無線通信實(shí)現(xiàn)對綜采工作面巷道推進(jìn)度的實(shí)時(shí)測量，最后將測量的距離信息通過以太網(wǎng)上傳至服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算。

1）礦用本安型測距分站。礦用本安型測距分站集成常規(guī)定位讀卡器、傳輸分站的功能，通過 UWB 識(shí)別測距標(biāo)志卡，將獲得的信息通過以太網(wǎng)上傳至服務(wù)器。礦用本安型測距分站具有電源指示、上位通信信號(hào)指示、信號(hào)中斷后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和續(xù)傳、時(shí)間標(biāo)記等功能，可實(shí)現(xiàn)測距標(biāo)志卡的精確定位與測距、雙向通信。在無遮擋、無同頻干擾情況下，與測距標(biāo)志卡 UWB 信號(hào)單向最大無線通信距離為300 m。

2）測距標(biāo)志卡。測距標(biāo)志卡能夠發(fā)射無線編碼信息，通過 UWB 與測距分站雙向通信，同時(shí)，可輸出電池欠壓警告信號(hào)。它具有體積小、質(zhì)量小、使用方便等特點(diǎn)，且可反復(fù)充電使用，無需配備供電電源，單次充電后可使用1個(gè)月以上，適用于煤礦井下無法供電且有瓦斯和煤塵危險(xiǎn)的場所。

2.2基于 UWB 的推進(jìn)度測量與安裝方案

在綜采工作面機(jī)頭、機(jī)尾第1臺(tái)液壓支架上安裝測距分站，測距分站可跟隨液壓支架而移動(dòng)；在巷道內(nèi)每隔一定距離均勻布置測距標(biāo)志卡，測距標(biāo)志卡懸掛于巷道內(nèi)已知的坐標(biāo)點(diǎn)上（巷道在掘進(jìn)過程中會(huì)間隔一定距離布置已知坐標(biāo)點(diǎn)，如每隔50 m 布置1個(gè)），測距分站與測距標(biāo)志卡布置方案如圖5所示。

1）在巷道1內(nèi)第1臺(tái)液壓支架上安裝測距分站1，在已知坐標(biāo)點(diǎn)等距離布置測距標(biāo)志卡11、測距標(biāo)志卡12、測距標(biāo)志卡13等；測距分站1與測距標(biāo)志卡11、測距標(biāo)志卡12、測距標(biāo)志卡13無線通信，并進(jìn)行測距。

2）在巷道2內(nèi)第1臺(tái)液壓支架上安裝測距分站2，在已知坐標(biāo)點(diǎn)等距離布置測距標(biāo)志卡21、測距標(biāo)志卡22、測距標(biāo)志卡23等；測距分站2與測距標(biāo)志卡21、測距標(biāo)志卡22、測距標(biāo)志卡23無線通信，并進(jìn)行測距。

3）測距分站1不與巷道2內(nèi)的測距標(biāo)志卡通信，測距分站2不與巷道1內(nèi)的測距標(biāo)志卡通信。

4）當(dāng)工作面即將開采到最近的測距標(biāo)志卡位置時(shí)，撤掉該處測距標(biāo)志卡并進(jìn)行回收，后續(xù)標(biāo)志卡接替進(jìn)行巷道推進(jìn)度的測量與計(jì)算，依此循環(huán)往復(fù)，不斷進(jìn)行更替測量。

2.3推進(jìn)度理論計(jì)算方法

推進(jìn)度又可分為每刀推進(jìn)度、單班推進(jìn)度、單日推進(jìn)度、累計(jì)推進(jìn)度等。每刀推進(jìn)度即為每割1刀煤工作面向前推進(jìn)的距離；單班推進(jìn)度為每個(gè)生產(chǎn)班工作面累計(jì)向前推進(jìn)的距離；單日推進(jìn)度為每天工作面向前推進(jìn)的距離；累計(jì)推進(jìn)度為工作面從切眼開始到當(dāng)前累計(jì)向前推進(jìn)的距離。以巷道2內(nèi)的推進(jìn)度測量為例，其測量計(jì)算方法如圖6所示。

1）累計(jì)推進(jìn)度。采煤機(jī)每完成1次割煤循環(huán)，液壓支架向前移動(dòng)1個(gè)步距，固定于液壓支架上的測距分站跟隨支架向前移動(dòng)1個(gè)步距，通過布置于液壓支架上的測距分站與固定于巷道內(nèi)的測距標(biāo)志卡進(jìn)行無線通信，計(jì)算出巷道2的累計(jì)推進(jìn)度。

L = Sb - S c + Sz ????（1）

式中：L 為當(dāng)前累計(jì)推進(jìn)度；Sb 為測距標(biāo)志卡到切眼煤壁的距離，為已知距離；Sc 為測距標(biāo)志卡與測距分站之間的距離，為測量值，包括 Sc1和 Sc2，其中 Sc1為液壓支架推移前，測距標(biāo)志卡與測距分站之間的距離，Sc2為液壓支架推移后，測距標(biāo)志卡與測距分站之間的距離；Sz 為測距分站與煤壁之間的距離，工作面液壓支架布置完成后為固定值。

2）每刀推進(jìn)度。工作面的每刀推進(jìn)度可以用割煤前后測距分站與測距標(biāo)志卡測量前后值的變化來計(jì)算。

Lm = S c1- S c2 ????（2）

式中 Lm 為工作面每刀推進(jìn)度。

3）任意時(shí)段推進(jìn)度。選取任意時(shí)間段，統(tǒng)計(jì)時(shí)間戳在該時(shí)間段內(nèi)的每刀推進(jìn)度，累計(jì)求和后即為該時(shí)間段的推進(jìn)度。

Lf =ΣLm ?????（3）

式中 Lf 為任意時(shí)間段內(nèi)的累計(jì)推進(jìn)度。

通過任意時(shí)段推進(jìn)度計(jì)算方法，可知單班推進(jìn)度為本班內(nèi)所有割煤刀數(shù)推進(jìn)度累加計(jì)算，單日推進(jìn)度為本日內(nèi)所有割煤刀數(shù)推進(jìn)度累加計(jì)算。

2.4推進(jìn)度數(shù)據(jù)分析算法模型

由于 Sb 與 Sz 均為固定值，為了準(zhǔn)確計(jì)算工作面累計(jì)推進(jìn)度、每刀推進(jìn)度及任意時(shí)間段推進(jìn)度，需通過數(shù)據(jù)處理分析計(jì)算隨工作面開采而實(shí)時(shí)變化的 Sc。目前針對數(shù)據(jù)處理的數(shù)學(xué)模型主要有限幅濾波法、中值濾波法、算術(shù)平均濾波法、中值平均濾波法、限幅平均濾波法等[20-22]。限幅濾波法只能對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。中值濾波法只能排除數(shù)據(jù)組中的最大值與最小值。算術(shù)平均濾波法對快速變化的信號(hào)響應(yīng)較慢，可能無法很好地保留信號(hào)的快速變化部分。中值平均濾波法在排除數(shù)據(jù)組中最大值與最小值后，對其余數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，但存在沒有剔除原數(shù)據(jù)組中的超幅異常數(shù)據(jù)的問題。限幅平均濾波法雖然將數(shù)據(jù)組中的超幅數(shù)據(jù)剔除后再進(jìn)行算術(shù)平均，但仍存在最大值與最小值對平均值的影響。

針對上述問題，結(jié)合采煤工藝，建立了依據(jù)采煤機(jī)位置和液壓支架動(dòng)作的限幅中值平均濾波模型，將限幅濾波、中值濾波、算術(shù)平均濾波進(jìn)行深度融合，完成了對海量實(shí)測數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面推進(jìn)度的連續(xù)測量。模型算法流程如圖7所示。

1）收集推進(jìn)度測量系統(tǒng)海量的無規(guī)律數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行存儲(chǔ)。

2）根據(jù)采煤機(jī)位置、液壓支架動(dòng)作，對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)按照相同的割煤刀數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)組劃分。

3）對同一割煤刀內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行限幅判斷，當(dāng)數(shù)據(jù)組內(nèi)數(shù)據(jù)大于設(shè)定限幅時(shí)，對其進(jìn)行剔除。

4）進(jìn)行數(shù)據(jù)中值篩選，剔除數(shù)據(jù)中的最大值和最小值。

5）對剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算，最終得出本次測量值 Sc。

通過限幅中值平均濾波模型可排除海量數(shù)據(jù)中由于受到測量、遮擋等影響而造成的測量偏差較大的無效數(shù)據(jù)，同時(shí)消除了有效數(shù)據(jù)中的最大和最小偏差數(shù)據(jù)，進(jìn)一步保證了通過算術(shù)平均運(yùn)算得到的測量值 Sc 的準(zhǔn)確性和有效性。

3基于 UWB 的推進(jìn)度測量系統(tǒng)應(yīng)用試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)概況

基于 UWB 的推進(jìn)度測量系統(tǒng)由上位機(jī)控制系統(tǒng)和 UWB 測量系統(tǒng)構(gòu)成，如圖8所示。上位機(jī)采用 TCP（客戶端）模式，連接測距分站，主動(dòng)下發(fā)命令獲取距離數(shù)據(jù)；測距分站采用 TCP（服務(wù)器）模式，收到上位機(jī)獲取數(shù)據(jù)命令后回發(fā)距離數(shù)據(jù)；測距分站與測距標(biāo)志卡之間通過 UWB 無線信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)測距。

3.2地面調(diào)試

為了保證基于 UWB 的推進(jìn)度測量系統(tǒng)在井下的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)檢驗(yàn)該系統(tǒng)距離測量的準(zhǔn)確性，首先在地面對該系統(tǒng)進(jìn)行測試，并利用激光測距儀測量結(jié)果與基于 UWB 的推進(jìn)度測量系統(tǒng)所測結(jié)果進(jìn)行對比。地面調(diào)試流程如圖9所示。

首先對測距分站（光通信板和測距模塊）進(jìn)行設(shè)備升級，在升級過程中會(huì)顯示升級請求響應(yīng)、升級步驟等，程序升級完成后顯示“正常運(yùn)行”。然后打開UWB Configurator 軟件對測距分站的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、基礎(chǔ)參數(shù)、UWB 參數(shù)、分站地址等參數(shù)進(jìn)行配置。最后搭建測試平臺(tái)，利用激光測距儀與基于 UWB 的推進(jìn)度測量系統(tǒng)對不同距離的物體進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果進(jìn)行對比分析。地面測試結(jié)果見表1。

從表1可看出，測距分站1的最大誤差為0.32 m，誤差超過0.3 m 的占比為7.69%，誤差為0.2～0.3 m 的占比為7.69%，誤差小于0.2 m 的占比為84.62%；測距分站2的最大誤差為0.48 m，誤差超過0.3 m 的占比為7.69%，誤差為0.2～0.3 m 的占比為15.38%，誤差小于0.2 m 的占比為76.93%。UWB 測距系統(tǒng)與激光測距儀的測量結(jié)果相比，誤差超過0.3 m 的占比很小，誤差基本上均小于0.2 m，2個(gè)測距分站誤差小于0.2 m 的占比均超過75%。

3.3井下應(yīng)用

為了驗(yàn)證基于 UWB 的推進(jìn)度測量系統(tǒng)在井下實(shí)際巷道條件下的使用狀況，在陜煤集團(tuán)黃陵某礦綜采工作面巷道進(jìn)行井下工業(yè)性試驗(yàn)。該工作面巷道長度為2880 m，巷道起伏較小，一般為0～5°， 巷道掘進(jìn)過程中，每間隔50 m設(shè)置1處巷道長度標(biāo)志點(diǎn)，以記錄工作面巷道長度和指導(dǎo)后期工作面開采位置測量，試驗(yàn)巷道地質(zhì)條件見表2。

根據(jù)試驗(yàn)工作面井下支架布置和巷道情況，在端頭支架安裝測距分站和天線，在巷道頂端懸掛測距標(biāo)志卡，具體安裝如圖10所示。

2023年6月2日—25日，在試驗(yàn)巷道進(jìn)行了推進(jìn)度測量連續(xù)試驗(yàn)，對所測量的當(dāng)日推進(jìn)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并與礦方實(shí)測推進(jìn)度進(jìn)行對比?；?UWB 的推進(jìn)度測量系統(tǒng)測量與礦方實(shí)測當(dāng)日推進(jìn)度如圖11所示，當(dāng)日推進(jìn)度差值統(tǒng)計(jì)如圖12所示。

由圖11和圖12可看出，試驗(yàn)期間，基于 UWB的推進(jìn)度系統(tǒng)測量日平均推進(jìn)度為11.78 m，礦方實(shí)測日平均推進(jìn)度為11.65 m，日平均推進(jìn)度差值為0.13 m。當(dāng)日推進(jìn)度統(tǒng)計(jì)中，最大差值出現(xiàn)在測距標(biāo)志卡更換當(dāng)日，為2.21 m，最小差值為0.01 m。這是由于巷道位置點(diǎn)人工懸掛不準(zhǔn)，導(dǎo)致了當(dāng)日產(chǎn)生較大的偏差。6月2日—25日，基于 UWB 的推進(jìn)度測量系統(tǒng)測量累計(jì)推進(jìn)度為259.21 m，礦方實(shí)測累計(jì)推進(jìn)度為256.20 m，累計(jì)偏差為3.01 m。

4結(jié)論

1）基于 UWB 測距原理，研究綜采工作面推進(jìn)度的測量方案和計(jì)算方法，通過開展地面調(diào)試和井下試驗(yàn)，建立限幅中值平均濾波模型，完成了對實(shí)測數(shù)據(jù)的處理，最終實(shí)現(xiàn)了對綜采工作面推進(jìn)度的連續(xù)測量。

2）地面測試結(jié)果表明，測距分站1的最大誤差為0.32 m，誤差小于0.2 m 的占比為84.62%；測距分站2的最大誤差為0.48 m，誤差小于0.2 m 的占比為76.92%。

3）井下工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果表明，基于 UWB 的推進(jìn)度測量系統(tǒng)與礦方實(shí)測數(shù)據(jù)的日平均推進(jìn)度差值為0.13 m，滿足井下推進(jìn)度連續(xù)測量的需求。

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