CN103883326A - 基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法 - Google Patents

Abstract

一种基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，适用于煤矿井下采煤机上使用，在工作面切眼贯通、回采开始之前，利用震波CT探测工作面内煤层厚度，将探测结果与地质测量信息结合，利用GIS预先建立煤层顶底板数字高程模型，在采煤机运行中，监测采煤机位置坐标和姿态，计算滚筒中心点地理坐标，代入数字高程模型得到滚筒当前位置煤层顶底板高程，计算中心点与顶底板投影距离，与设定的阈值比较并计算差值，根据差值得出具体调高策略。本方法不受井下粉尘、光照、水汽等的影响，无须采集采煤机内部部件的电流、扭矩等信号，无须采集工作面图像，信号采集、传输稳定，无需进行大量试验和分析确定煤岩信号特征区间，解决了现有方法中煤层与围岩信号特征区间界定过程复杂，难以准确构建判别准则和模型等问题。

Description

基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法

技术领域

本发明涉及一种采煤机滚筒高度调整方法，尤其是一种适用于煤矿井下采煤机上的基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法。 

背景技术

目前，采煤机截割滚筒高度的调整方法有以下几种。 

(1)通过安装在滚筒支臂上的固体噪声传感器检测物料作用于相应滚筒上引起的截割力所激发的固体噪声，对固体噪声的振幅进行分析，然后使用切削煤炭和切削围岩的特征频谱对其进行比较，生成用于调整滚筒截割高度的控制信号。该方法的缺点是通过滚筒支臂传递固体噪声数据会受到其它影响，如轴承刚度、所出现的振动等等，导致无法以所需的精度工作。 

(2)通过监测采煤机工作过程中滚筒驱动电机的电流值和采煤机行进速度，计算比截割能量，根据煤层和围岩具有不同的比截割能量特征值设定阈值，当超出阈值时，表示采煤机切入围岩，进而采取相应的保护措施。该方法存在的问题是，需要事先采集采煤机切入围岩时的电流及行进速度值，提取围岩和煤层特征值，并且不同地质条件，特征值也不同，这一过程需要做大量试验，存在损坏采煤机的风险。 

(3)基于煤岩自然伽玛射线辐射特性NGR(Natural Gamma Radiation)传感器法来识别煤岩界面，该方法对采煤工艺有一定要求，必须要留一定厚度的顶煤，降低了采出率，并且要求顶底板围岩必须有放射性元素。 

(4)基于采煤机切割力响应的传感器法，通过安装传感器拾取摇臂振动信号、滚筒轴扭矩信号及调高油缸压力信号进行综合分析，识别切割煤层还是围岩。该方法由于滚筒的旋转运动使信号的传输受到很大的影响。 

(5)煤层界面红外探测法，利用红外线热像仪检测割煤与割岩时载齿温度的变化，利用报警方式对此变化做出响应来达到控制采煤机的目的，但是该方法技术复杂、成本较高，仅适用于具有坚硬顶板的地质条件，尚没有成熟的探测装置，国内外仍处在探索阶段。 

(6)基于图像处理的煤岩识别法，通过对工作面进行拍照采集图像，提取灰度值、纹理值、对比度等，根据煤岩各自的特征值区间进行识别，建立煤岩判别模型，其问题在于图像采集受井下光照、粉尘、煤种等条件影响较大，特征区间难以界定，判别模型十分复杂，需要大量现场试验数据，在现场应用中，采集的图像容易模糊且多变，依靠统一的判别模型识别，其结果偏差较大，难以满足连续识别的要求。 

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中存在的问题，提供一种信号采集、传输稳定，确定煤岩特征区间容易，判别规则模型简单直观的基于煤层震波探测和地学信息系统的采煤机滚筒调高方法。 

为实现上述目的，本发明的基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，包括如下步骤： 

a、在综采工作面切其特征在于眼形成后，利用煤层震波CT探测方法探测出综采工作面内部不同位置的煤层厚度值； 

b、在采掘工程图中提取煤层底板等高线，对等高线离散形成底板高程点，利用不规则三角网建立煤层底板不规则三角网表面模型； 

c、将工作面内煤层震波CT测点坐标转换成综采工作面的坐标系，将转换后的煤层震波CT测点的平面坐标代入不规则三角网模型，得到不规则三角网模型上的煤层震波CT测点位置的底板高程，将底板高程与煤层震波CT测点的煤厚值m_(x，y)分别相加得到各煤层震波CT测点的煤层顶板高程，以各煤层震波CT测点平面坐标(x，y)及其顶板高程为离散点，建立煤层顶板不规则三角网表面模型； 

d、对顶底板不规则三角网表面模型栅格化，按照采煤机单刀进尺80cm设定栅格像元尺寸大小为0.8×0.8m，生成煤层顶底板栅格数字高程模型； 

e、在采煤机身上安装惯性导航仪和寻北仪，在采煤机摇臂上安装轴编码器，以采煤机摇臂回转中心为参考点，确定采煤机摇臂回转中心参考点的初始地理坐标(x₀，y₀，z₀)； 

f采煤机开始工作，寻北仪寻找地理真北方向，惯性导航仪实时采集采煤机的加速率和角速率，通过对加速率和角速率二者积分运算得到参考点的惯性坐标为x_b，y_b，z_b，即采煤机的载体坐标，将载体坐标转换为地理坐标(x_G，y_G，z_G)，转换公式如下： 

$\left[\begin{array}{c}{x}_G\\ y_G\\ z_G\end{array}\right]={\left[C_G^b\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{x}_b\\ y_b\\ z_b\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{x}_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right]$

$C_G^b=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\γ}& 0& -\sin \mathrm{\γ}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\γ}& 0& \cos \mathrm{\γ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\β}& \sin \mathrm{\β}\\ 0& -\sin & \cos \mathrm{\β}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\δ}& \sin \mathrm{\δ}& 0\\ -\sin & \cos \mathrm{\δ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中：γ、δ、β分别为载体坐标系X、Y、Z轴与地理坐标系三轴之间的夹角，

为转换矩阵； 

设在采煤机摇臂上的轴编码器采集摇臂摆角数据，根据采煤机机身尺寸计算采煤机左右滚筒回转中心相对与参考点的相对坐标为： 

x₁=-L1×cosθ 

左滚筒中心点相对坐标：y₁=B1-l／2 

z₁=L1×sinθ 

x₂=L+L1×cosθ 

右滚筒中心点相对坐标：y₂=B1-l／2 

z₂=L1×sinθ 

式中，B1为参考点到滚筒端面的距离，1为滚筒厚度，θ为摇臂摆角，L1为摇臂长度，L为采煤机摇臂回转中心距； 

左右滚筒中心点相对坐标与参考点地理坐标相加，得到左右滚筒中心点的地理坐标； 

x_1G=x_G+x₁

左滚筒中心点地理坐标：y_1G=y_G+y₁

z_1G=z_G+z₁

x_2G=x_G+x₂

右滚筒中心点地理坐标：y_2G=y_G+y₂

z_2G=z_G+z₂

g、通过煤层顶底板栅格数字高程模型，分别抽取煤层当前截面的顶／底板三维坐标曲线，再单独提取顶／底板三维坐标曲线中的z值即可得到顶板高程(z_r1，z_r2，...，z_rn，)及底板高程(z_f1，z_f2，...，z_fn)；继而将左右滚筒中心点地理坐标构成的三维点，与煤层顶底板精细数字高程模型叠加，得到三维点垂直投影到顶底板模型上的当前顶板高程z_r及底板高程z_f，从而得到滚筒中心点高程(z_1G，z_2G)与(z_r，z_f)的差值： 

左滚筒中心点与顶板高程差值：Δz_1r=z_r-z_1G

左滚筒中心点与底板高程差值：Δz_1f=z_1G-z_f

右滚筒中心点与顶板高程差值：Δz_2r=z_r-z_2G

右滚筒中心点与底板高程差值：Δz_2f=z_2G-z_f

h、设采煤机滚筒半径为R，预先设定顶底煤保留厚度分别为h_r和h_f，则采煤机顶底煤调整阈值分别为k_r=R+h_r和k_f=R+h_f； 

当采煤机左滚筒需要调高动作时，将左滚筒中心点与顶底板高程差值Δz_1r，Δz_1f的最小值min(Δz_1r，Δz_1f)与采煤机顶底煤调整阈值k_r和k_f比较，若min(Δz_1r，Δz_1f)=Δz_1r且Δz_1r<k_r，则调整左滚筒下移量值k_r-Δz_1r；若min(Δz_1r，Δz_1f)=Δz_1f且Δz_1f<k_f，则调整左滚筒上移量值k_f-Δz_1f； 

当采煤机右滚筒需要调高动作，将右滚筒中心点与顶底板高程差值Δz_2r，Δz_2f的最小值min(Δz_2r，Δz_2f)与采煤机顶底煤调整阈值k_r和k_f比较，若min(Δz_2r，Δz_2f)=Δz_2r且Δz_2r<k_r，则调整右滚筒下移量值k_r-Δz_2r；若min(Δz_2r，Δz_2f)=Δz_2f且Δz_2f<k_f，则调整右滚筒上移量值k_f-Δz_2f； 

若差值与阈值相等，则保持滚筒当前高度。 

当工作面内有断层切割煤层顶底板时，提取断层切割煤层底板形成的底板断煤交线，计算底板断煤交线各节点高程值，以底板断煤交线为软断裂线，底板高程点为数据值点，构建底板不规则三角网模型表面模型。 

有益效果：本发明通过煤层震波CT探测得出工作面内煤层厚度，利用GIS平台预先建立煤层顶底板数字高程模型，利用惯性导航仪、寻北仪和轴编码器采集采煤机位置与姿态数据，计算采煤机滚筒中心点当前位置坐标，在煤层顶底板数字高程模型中，代入坐标值得到当前滚筒位置的煤层顶底板高程，计算滚筒中心点距离顶底板的垂直距离，与阈值比较并计算差值，根据差值调整滚筒高度，从而避免滚筒切割顶底板围岩，本方法不受井下粉尘、光照、水汽等的影响，无须采集采煤机内部部件的电流、扭矩等信号，无须采集工作面图像，解决了现有方法中存在的信号采集、传输不稳定的问题，无需进行大量试验和分析确定煤岩信号特征区间，解决了现有方法中煤层与围岩信号特征区间界定过程复杂，难以准确构建判别准则和模型等问题。 

附图说明

图1是基于煤层震波探测与GIS的采煤机滚筒调高流程图； 

图2是采煤机载体坐标系与地理坐标系旋转关系图； 

图3是采煤机滚筒结构示意； 

图4是采煤机滚筒回采过程示意； 

图5是工作面煤层震波CT探测布置； 

图6是工作面煤层顶底板数字高程模型； 

图7是工作面采煤机滚筒最高点切割轨迹和煤层顶底板调高曲线。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述： 

如图1所示，本发明的基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，包括如下步骤： 

a、在综采工作面切其特征在于眼形成后，利用煤层震波CT探测方法探测出综采工作面内部不同位置的煤层厚度值，其具体方法如下：在综采工作面的皮带巷或运输巷垂直于煤层方向施工放炮孔作为震源，放炮孔间距10m，放炮孔向水平垂直于巷帮且指向工作面内，孔高为距巷道底板1.5m；在综采工作面的材料巷或皮带巷设置检波器接收震源振动信号，所述检波器和震源点设置在综采工作面相对应的两侧，检波器设置在巷道的腰线上，当巷道使用锚网支护时，检波器采用强磁铁耦合吸附载在网上，当巷道为非锚网支护时，每隔10米打入钢钎，检波器采用强磁铁耦合吸附在钢钎上，保证传感器“平、稳、直”；当巷道由于断层等原因造成有岩石出露时，这些岩石出露异常点上设置检波器； 

检波器将检测到的震源振动信号和预先测量的煤厚进行对比分析，利用震源振动波速度对实际煤厚测量值进行多项式拟合，建立煤厚计算公式： 

$m_{(x,y)}=a_0+a_1\&times;v_{(x,y)}+a_2\&times;{v_{(x,y)}}^2+...+a_n\&times;{v_{(x,y)}}^n=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_k{v_{(x,y)}}^k---I$

计算出综采工作面内部不同位置的煤层厚度值； 

式中，m_(x，y)为工作面内(x，y)处的煤厚值，单位米，v_(x，y)为(x，y)处震源振动波速度，单位米／秒，a_k为拟合系数； 

b、在采掘工程图中提取煤层底板等高线，对等高线离散形成底板高程点，利用不规则三角网建立煤层底板不规则三角网表面模型；当工作面内有断层切割煤层顶底板时，提取断层切割煤层底板形成的底板断煤交线，计算底板断煤交线各节点高程值，以底板断煤交线为软断裂线，底板高程点为数据值点，构建底板不规则三角网模型表面模型； 

c、将工作面内煤层震波CT测点坐标转换成综采工作面的坐标系，将转换后的煤层震波CT测点的平面坐标代入不规则三角网模型，得到不规则三角网模型上的煤层震波CT测点位置的底板高程，将底板高程与煤层震波CT测点的煤厚值m_(x，y)分别相加得到各煤层震波CT测点的煤层顶板高程，以各煤层震波CT测点平面坐标(x，y)及其顶板高程为离散点，建立煤层顶板不规则三角网表面模型； 

d、对顶底板不规则三角网表面模型栅格化，按照采煤机单刀进尺80cm设定栅格像元尺寸大小为0.8×0.8m，生成煤层顶底板栅格数字高程模型； 

e、在采煤机身上安装惯性导航仪和寻北仪，在采煤机摇臂上安装轴编码器，以采煤机摇臂回转中心为参考点，确定采煤机摇臂回转中心参考点的初始地理坐标(x₀，y₀，z₀)； 

f、如图2所示，采煤机开始工作，寻北仪寻找地理真北方向，惯性导航仪实时采集采煤机的加速率和角速率，通过对加速率和角速率二者积分运算得到参考点的惯性坐标为x_b，y_b，z_b，即采煤机的载体坐标，将载体坐标转换为地理坐标(x_G，y_G，z_G)，转换公式如下： 

$\left[\begin{array}{c}{x}_G\\ y_G\\ z_G\end{array}\right]={\left[C_G^b\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{x}_b\\ y_b\\ z_b\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{x}_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right]$

$C_G^b=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&gamma;}& 0& -\sin \mathrm{\&gamma;}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\&gamma;}& 0& \cos \mathrm{\&gamma;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\&beta;}& \sin \mathrm{\&beta;}\\ 0& -\sin & \cos \mathrm{\&beta;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&delta;}& \sin \mathrm{\&delta;}& 0\\ -\sin & \cos \mathrm{\&delta;}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中：γ、δ、β分别为载体坐标系X、Y、Z轴与地理坐标系三轴之间的夹角，为转换矩阵； 

如图3和图4所示，设在采煤机摇臂上的轴编码器采集摇臂摆角数据，根据采煤机机身尺寸计算采煤机左右滚筒回转中心相对与参考点的相对坐标为： 

x₁=-L1×cosθ 

左滚筒中心点相对坐标：y₁=B1-l／2 

z₁=L1×smθ 

x₂=L+L1×cosθ 

右滚筒中心点相对坐标：y₂=B1-l／2 

z₂=L1×sinθ 

式中，B1为参考点到滚筒端面的距离，1为滚筒厚度，θ为摇臂摆角，L1为摇臂长度， L为采煤机摇臂回转中心距； 

左右滚筒中心点相对坐标与参考点地理坐标相加，得到左右滚筒中心点的地理坐标； 

x_1G=x_G+x₁

左滚筒中心点地理坐标：y_1G=y_G+y₁

z_1G=z_G+z₁

x_2G=x_G+x₂

右滚筒中心点地理坐标：y_2G=y_G+y₂

z_2G=z_G+z₂

g、通过煤层顶底板栅格数字高程模型，分别抽取煤层当前截面的顶／底板三维坐标曲线，再单独提取顶／底板三维坐标曲线中的z值即可得到顶板高程(z_r1，z_r2，...，z_rn，)及底板高程(z_f1，z_f2，...，z_fn)；继而将左右滚筒中心点地理坐标构成的三维点，与煤层顶底板精细数字高程模型叠加，得到三维点垂直投影到顶底板模型上的当前顶板高程z_r及底板高程z_f，从而得到滚筒中心点高程(z_1G，z_2G)与(z_r，z_f)的差值： 

左滚筒中心点与顶板高程差值：Δz_1r=z_r-z_1G

左滚筒中心点与底板高程差值：Δ_1f=z_1G-z_f

右滚筒中心点与顶板高程差值：Δz_2r=z_r-z_2G

右滚筒中心点与底板高程差值：Δz_2f=z_2G-z_f

h、设采煤机滚筒半径为R，预先设定顶底煤保留厚度分别为h_r和h_f，则采煤机顶底煤调整阈值分别为k_r=R+h_r和k_f=R+h_f； 

当采煤机左滚筒需要调高动作时，将左滚筒中心点与顶底板高程差值Δz_1r，Δz_1f的最小值min(Δz_1r，Δz_1f)与采煤机顶底煤调整阈值k_r和k_f比较，若min(Δz_1r，Δz_1f)=Δz_1r且Δz_1r<k_r，则调整左滚筒下移量值k_r-Δz_1r；若min(Δz_1r，Δz_1f)=Δz_1f且Δz_1f<k_f，则调整左滚筒上移量值kf-Δz_1f； 

当采煤机右滚筒需要调高动作，将右滚筒中心点与顶底板高程差值Δz_2r，Δz_2f的最小值min(Δz_2r，Δz_2f)与采煤机顶底煤调整阈值k_r和k_f比较，若min(Δz_2r，Δz_2f)=Δz_2r且Δz_2r<k_r，则调整右滚筒下移量值k_r-Δz_2r；若min(Δz_2r，Δz_2f)=Δz_2f且Δz_2f<k_f，则调整右滚筒上移量值k_f-Δz_2f； 

若差值与阈值相等，则保持滚筒当前高度。 

具体实施例 

阶段一，工作面内煤厚精细探测与计算 

如图5所示，以山西某矿18201工作面为例，工作面走向总长6112.5m，煤层平均厚 度5.59m，煤厚变化范围3.95m～8.04m，总体构造发育较少，工作面内查明发育一条落差7.4m正断层。利用震波CT探测工作面内煤层厚度，在工作面一侧的运输巷或皮带巷施工炮孔，激发产生振动波，在与放炮孔所在巷道相对应的另一侧巷道上布设传感器接收振动波形。根据工作面条件，分3个阶段实施，各阶段具体工艺参数如下： 

①皮带巷施工放炮孔作为激发点，间距10m，孔深2m，孔径以矿用风钻为准，能放进炸药即可。孔向水平垂直于巷帮且指向工作面内，孔高为距巷道底板1.5m。雷管选用同一批次，最小延时(I段)雷管。药量为400g／孔的乳胶炸药。正向装炮，每次至少装十炮。放炮采用一炮一放。 

②材料巷布设传感器接收振动信号，和激发点相对应，在材料巷腰线位置，当巷道锚网支护时，传感器采用强磁铁耦合吸附其上，非锚网支护时，每隔10米打入钢钎代替，保证传感器“平、稳、直”。当巷道由于断层等原因造成有岩石出露时，这些异常点尽量布置传感器。 

③以矿井多通道数字地震仪为采集装置，当一个激发点被激发后，材料巷的传感器同时接收，地震仪记录振动信号。按同样的步骤逐个点进行激发，接收的信号带回地面室内处理，包括记录拼接、波至拾取、到时校正、网格建模、反演成像。 

④处理震波CT探测信号，反演不同位置槽波波速值，根据勘探、钻探、巷探等煤厚实测数据，进行相关分析，计算相关参数，建立煤厚反演计算模型，评价精度。由于18201工作面材料巷、切割、皮带巷存在76个实测点煤厚资料数据，在实测煤厚点位置抽取CT反演煤厚数据，计算平均误差为0.468m，满足精度要求，根据该模型反演工作面煤厚。 

阶段二，煤层顶底板数字高程模型构建 

如图6所示，采用地质测量数据和物探的煤厚数据，按照所提出的方法，在GIS软件下建立工作面煤层顶底板数字高程模型，其栅格尺寸为0.8m，模型行列数分别为5391和365，顶板高程范围612.85～688.08m，平均值655.41m，底板高程范围607.22～682.52m，平均值649.84m，平均高程差为5.57m。 

阶段三，采煤机滚筒高度调整 

如图7所示，在采煤机上安装惯性导航仪和寻北仪，在采煤机摇臂上安装轴编码器，以采煤机左摇臂回转中心为参考点，通过井下地质测量测得参考点初始地理坐标(x₀，y₀，z₀)。在采煤机开机之前，寻北仪寻找地理真北方向，采煤机开机运行中，惯性导航仪实时采集采煤机加速率和角速率，通过对二者积分运算得到参考点的惯性坐标(x_b，y_b，z_b)，即载体坐标，下一步将载体坐标转换为地理坐标(x_G，y_G，z_G)。计算滚筒位置坐标，在模型中定位滚筒位置，计算滚筒与煤层顶底板间距离，与阈值比较，计算调高量值。本例中设定滚筒最高点与煤层顶底板间距最小为0.5m，距离值小于0.5m即发出告警调整滚筒高度，并给出滚筒最高点切割轨迹和煤层顶底板曲线。 

Claims (2)

1.一种基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，其特征在于包括如下步骤：

a、在综采工作面切眼形成后，利用煤层震波CT探测方法探测出综采工作面内部不同位置的煤层厚度值；

b、在采掘工程图中提取煤层底板等高线，对等高线离散形成底板高程点，利用不规则三角网建立煤层底板不规则三角网表面模型；

c、将工作面内煤层震波CT测点坐标转换成综采工作面的坐标系，将转换后的煤层震波CT测点的平面坐标代入不规则三角网模型，得到不规则三角网模型上的煤层震波CT测点位置的底板高程，将底板高程与煤层震波CT测点的煤厚值m_(x，y)分别相加得到各煤层震波CT测点的煤层顶板高程，以各煤层震波CT测点平面坐标(x，y)及其顶板高程为离散点，建立煤层顶板不规则三角网表面模型；

d、对顶底板不规则三角网表面模型栅格化，按照采煤机单刀进尺80cm设定栅格像元尺寸大小为0.8×0.8m，生成煤层顶底板栅格数字高程模型；

e、在采煤机身上安装惯性导航仪和寻北仪，在采煤机摇臂上安装轴编码器，以采煤机摇臂回转中心为参考点，确定采煤机摇臂回转中心参考点的初始地理坐标(x₀，y₀，z₀)；

f采煤机开始工作，寻北仪寻找地理真北方向，惯性导航仪实时采集采煤机的加速率和角速率，通过对加速率和角速率二者积分运算得到参考点的惯性坐标为x_b，y_b，z_b，即采煤机的载体坐标，将载体坐标转换为地理坐标(x_G，y_G，z_G)，转换公式如下：

$\left[\begin{array}{c}{x}_G\\ y_G\\ z_G\end{array}\right]={\left[C_G^b\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{x}_b\\ y_b\\ z_b\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{x}_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right]$

$C_G^b=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&gamma;}& 0& -\sin \mathrm{\&gamma;}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\&gamma;}& 0& \cos \mathrm{\&gamma;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\&beta;}& \sin \mathrm{\&beta;}\\ 0& -\sin & \cos \mathrm{\&beta;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&delta;}& \sin \mathrm{\&delta;}& 0\\ -\sin & \cos \mathrm{\&delta;}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中：γ、δ、β分别为载体坐标系X、Y、Z轴与地理坐标系三轴之间的夹角；

设在采煤机摇臂上的轴编码器采集摇臂摆角数据，根据采煤机机身尺寸计算采煤机左右滚筒回转中心相对与参考点的相对坐标为：

x₁=-L1×cosθ

左滚筒中心点相对坐标：y₁=B1-l／2

z₁=L1×sinθ

x₂=L+L1×cosθ

右滚筒中心点相对坐标：y₂=B1-l／2

z₂=L1×sinθ

式中，B1为参考点到滚筒端面的距离，1为滚筒厚度，θ为摇臂摆角，L1为摇臂长度，L为采煤机摇臂回转中心距；

左右滚筒中心点相对坐标与参考点地理坐标相加，得到左右滚筒中心点的地理坐标；

x_1G=x_G+x₁

左滚筒中心点地理坐标：y_1G=y_G+y₁

z_1G=z_G+z₁

x_2G=x_G+x₂

右滚筒中心点地理坐标：y_2G=y_G+y₂

z_2G=z_G+z₂

g、通过煤层顶底板栅格数字高程模型，分别抽取煤层当前截面的顶／底板三维坐标曲线，再单独提取顶／底板三维坐标曲线中的z值即可得到顶板高程(z_r1，z_r2，...，z_rn，)及底板高程(z_f1，z_f2，...，z_fn)；继而将左右滚筒中心点地理坐标构成的三维点，与煤层顶底板精细数字高程模型叠加，得到三维点垂直投影到顶底板模型上的当前顶板高程z_r及底板高程z_f，从而得到滚筒中心点高程(z_1G，z_2G)与(z_r，z_f)的差值：

左滚筒中心点与顶板高程差值：Δz_1r=z_r-z_1G

左滚筒中心点与底板高程差值：Δz_1f=z_1G-z_f

右滚筒中心点与顶板高程差值：Δz_2r=z_r-z_2G

右滚筒中心点与底板高程差值：Δz_2f=z_2G-z_f

h、设采煤机滚筒半径为R，预先设定顶底煤保留厚度分别为h_r和h_f，则采煤机顶底煤调整阈值分别为k_r=R+h_r和k_f=R+h_f；

当采煤机左滚筒需要调高动作时，将左滚筒中心点与顶底板高程差值Δz_1r，Δz_1f的最小值min(Δz_1r，Δz_1f)与采煤机顶底煤调整阈值k_r和k_f比较，若min(Δz_1r，Δz_1f)=Δz_1r且Δx_1r<k_r，则调整左滚筒下移量值k_r-Δz_1r；若min(Δz_1r，Δz_1f)=Δz_1f且Δz_1f<k_f，则调整左滚筒上移量值k_f-Δz_1f；

当采煤机右滚筒需要调高动作，将右滚筒中心点与顶底板高程差值Δz_2r，Δz_2f的最小值min(Δz_2r，Δz_2f)与采煤机顶底煤调整阈值k_r和k_f比较，若min(Δz_2r，Δz_2f)=Δz_2r且Δz_2r<k_r，则调整右滚筒下移量值k_r-Δz_2r；若min(Δz_2r，Δz_2f)=Δz_2f且Δz_2f<k_f，则调整右滚筒上移量值k_f-Δz_2f；

若差值与阈值相等，则保持滚筒当前高度。

2.根据权利要求1所述的基于煤层震波探测和地学信息的采煤机滚筒调高方法，其特征在于：当工作面内有断层切割煤层顶底板时，提取断层切割煤层底板形成的底板断煤交线，计算底板断煤交线各节点高程值，以底板断煤交线为软断裂线，底板高程点为数据值点，构建底板不规则三角网模型表面模型。

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