CN105447230B - 一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析系统，包括地质数据库、开采方案构建模块、地质环境分析模块、数字样机分析模块及设备性能评估模块；还包括一种利用该系统分析方法：根据地质数据库建立矿区地理信息系统；将各煤层开采方案转换为地质环境中综采设备的推进路径及坐标数据，将截割工艺方案转换为综采设备运行参数，并将综采设备运行参数与推进路径及坐标关联；沿着推进路径提取局部地理环境信息及关联的设备运行参数，转换为载荷及边界条件施加于综采设备的数字三维模型进行运行仿真及性能分析，进行综合性能评估；本发明能根据复杂的地质环境对综采设备的性能进行全面可靠、有效的分析并对综采设备进行性能评估及预警。

Description

一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析系统与方法
技术领域
本发明涉及一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析系统与方法，属于计算机辅助设计行业技术领域。
背景技术
现代煤炭开采业正向着自动化及少人或无人开采的方向快速发展，煤炭综采工作面的三机：采煤机、刮板输送机和液压支架是现代采煤技术的核心设备。在煤炭开采过程中，安全是永恒的主题，而以三机为核心的综采设备的安全有效运行对整个开采过程的安全进行有重要意义。
综采设备属于大型复杂机电设备，在其开发设计过程中，需要对其工作性能进行分析研究，以提高设计可靠性，但目前只是对设备的典型工况进行性能分析，在实际开采过程中，设备需要经历复杂多变的工作环境，对典型工况的分析显然不能得到综采设备全面有效的性能结果，且不能有效结合实际工作环境进行设备性能分析。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析系统与方法，能根据复杂的地质环境对综采设备的性能进行全面有效的分析，进而对综采设备进行性能评估及预警。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析系统，它包括：
地质数据库：其中包含采区煤岩层空间几何分布信息及煤岩层物理属性信息，为地理信息系统的建立及地质环境分析提供数据支持；
开采方案构建模块：将各煤层开采方案转换为地质环境中采煤机、液压支架及刮板输送机的推进路径及坐标数据，将截割工艺方案转换为采煤机、液压支架及刮板输送机的运行参数，将所述运行参数与推进路径及坐标关联；
地质环境分析模块：利用地质数据库建立地理信息系统，其中包含采区地表模型和采区矿体模型，根据开采方案提取沿开采路径的采煤工作面局部三维地质信息及地质环境参数，将局部地质信息及参数转换成采煤机、液压支架及刮板输送机的工作环境参数；
数字样机分析模块：根据所述设备运行参数及工作环境参数生成相应的载荷、运行状态及边界条件设置，对采煤机、液压支架及刮板输送机的数字三维模型进行运行仿真、性能分析及危险预测，并记录分析结果；
设备性能评估模块：根据不同煤层下对综采设备数字三维模型的仿真分析结果，对综采设备进行性能评估及预警。
一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析方法，包含以下步骤：
1）根据采区地质数据库建立采区地理信息系统，将煤矿的开采方案转换为采煤机、液压支架及刮板输送机在地理信息系统中的推进路径及设备坐标数据，将截割工艺方案转换为采煤机、液压支架及刮板输送机的运行参数，并将所述推进路径及坐标数据与运行参数关联；
2）在地理信息系统中，提取采煤机、液压支架及刮板输送机相应坐标下的采煤工作面局部三维地质信息及地质环境参数，将局部地质信息及参数转换成采煤机、液压支架及刮板输送机的工作环境参数；
3）根据所述采煤机、液压支架及刮板输送机的运行参数及工作环境参数生成相应的载荷、运行状态及边界条件参数，对采煤机、液压支架及刮板输送机的数字三维模型进行运行仿真、性能分析及危险预测；
4）沿着采煤机、液压支架及刮板输送机在地理信息系统中的推进路径及坐标数据，从开采路径始端起分段向路径末端推进，重复步骤2）及步骤3），并记录分析结果；
5）根据仿真及分析结果对设备的运行性能进行评估，对危险状况进行预警。
在上述的分析方法中：在开采方案构建中建立多种开采方案及截割方案，对数字样机进行多次分析，并记录分析结果，最后可综合多个分析结果评估设备性能。
与现有的设备的典型工况进行性能分析装置以及分析方法相比：本发明利用地质数据库建立地理信息系统，结合数字样机技术，对煤矿综采工作面中采煤机、液压支架及刮板输送机进行实时有效的运行仿真、性能分析及危险预测，进而能够对综采设备进行全面可靠的分析、有针对性的进行综采设备性能分析，可有效提高设计分析结果的可信度、提高设计修改效率、提高设备的运行可靠性，保证安全高效的开采。
附图说明
图1是本发明的综采设备数字样机分析系统构成示意图；
图2是本发明的综采设备数字样机分析方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析系统，它包括：
地质数据库：其中包含采区煤岩层空间几何分布信息及煤岩层物理属性信息，为地理信息系统的建立及地质环境分析提供数据支持；
开采方案构建模块：将各煤层开采方案转换为地质环境中采煤机、液压支架及刮板输送机的推进路径及坐标数据，将截割工艺方案转换为采煤机、液压支架及刮板输送机的运行参数，将所述运行参数与推进路径及坐标关联；地质环境分析模块：利用地质数据库建立地理信息系统，其中包含采区地表模型和采区矿体模型，根据开采方案提取沿开采路径的采煤工作面局部三维地质信息及地质环境参数，将局部地质信息及参数转换成采煤机、液压支架及刮板输送机的工作环境参数；
数字样机分析模块：根据所述设备运行参数及工作环境参数生成相应的载荷、运行状态及边界条件设置，对采煤机、液压支架及刮板输送机的数字三维模型进行运行仿真、性能分析及危险预测，并记录分析结果；
设备性能评估模块：根据不同煤层下对综采设备数字三维模型的仿真分析结果，对综采设备进行性能评估及预警。
如图2所示：本发明还公开了一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析方法，该方法包含以下步骤：
1）根据采区地质数据库建立采区地理信息系统，将煤矿的开采方案转换为采煤机、液压支架及刮板输送机在地理信息系统中的推进路径及设备坐标数据，将截割工艺方案转换为采煤机、液压支架及刮板输送机的运行参数，并将所述推进路径及坐标数据与运行参数关联；
2）在地理信息系统中，提取采煤机、液压支架及刮板输送机相应坐标下的采煤工作面局部三维地质信息及地质环境参数，将局部地质信息及参数转换成采煤机、液压支架及刮板输送机的工作环境参数；
3）根据所述采煤机、液压支架及刮板输送机的运行参数及工作环境参数生成相应的载荷、运行状态及边界条件参数，对采煤机、液压支架及刮板输送机的数字三维模型进行运行仿真、性能分析及危险预测；
4）沿着采煤机、液压支架及刮板输送机在地理信息系统中的推进路径及坐标数据，从开采路径始端起分段向路径末端推进，重复步骤2）及步骤3），并记录分析结果；
5）根据仿真及分析结果对设备的运行性能进行评估，对危险状况进行预警。
在上述的方法中，可以在开采方案构建中建立多种开采方案及截割方案，对数字样机模型进行多次分析，并记录分析结果，最后可综合多个分析结果评估设备性能。
综上所述：与现有的设备的典型工况进行性能分析装置以及分析方法相比：本发明利用地质数据库建立地理信息系统，结合数字样机技术，对煤矿综采工作面中采煤机、液压支架及刮板输送机进行实时有效的运行仿真、性能分析及危险预测，进而能够对综采设备进行全面可靠的分析、有针对性的进行综采设备性能分析，可有效提高设计分析结果的可信度、提高设计修改效率、提高设备的运行可靠性，保证安全高效的开采。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析系统，其特征在于，它包括：
地质数据库：其中包含采区煤岩层空间几何分布信息及煤岩层物理属性信息，为地理信息系统的建立及地质环境分析提供数据支持；
开采方案构建模块：将各煤层开采方案转换为地质环境中采煤机、液压支架及刮板输送机的推进路径及坐标数据，将截割工艺方案转换为采煤机、液压支架及刮板输送机的运行参数，将所述运行参数与推进路径及坐标关联；
地质环境分析模块：利用地质数据库建立地理信息系统，其中包含采区地表模型和采区矿体模型，根据开采方案提取沿开采路径的采煤工作面局部三维地质信息及地质环境参数，将局部地质信息及参数转换成采煤机、液压支架及刮板输送机的工作环境参数；
数字样机分析模块：根据所述设备运行参数及工作环境参数生成相应的载荷、运行状态及边界条件设置，对采煤机、液压支架及刮板输送机的数字三维模型进行运行仿真、性能分析及危险预测，并记录分析结果；
设备性能评估模块：根据不同煤层下对综采设备数字三维模型的仿真分析结果，对综采设备进行性能评估及预警。
2.一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
1）根据采区地质数据库建立采区地理信息系统，将煤矿的开采方案转换为采煤机、液压支架及刮板输送机在地理信息系统中的推进路径及设备坐标数据，将截割工艺方案转换为采煤机、液压支架及刮板输送机的运行参数，并将所述推进路径及坐标数据与运行参数关联；
2）在地理信息系统中，提取采煤机、液压支架及刮板输送机相应坐标下的采煤工作面局部三维地质信息及地质环境参数，将局部地质信息及参数转换成采煤机、液压支架及刮板输送机的工作环境参数；
3）根据所述采煤机、液压支架及刮板输送机的运行参数及工作环境参数生成相应的载荷、运行状态及边界条件参数，对采煤机、液压支架及刮板输送机的数字三维模型进行运行仿真、性能分析及危险预测；
4）沿着采煤机、液压支架及刮板输送机在地理信息系统中的推进路径及坐标数据，从开采路径始端起分段向路径末端推进，重复步骤2）及步骤3），并记录分析结果；
5）根据仿真及分析结果对设备的运行性能进行评估，对危险状况进行预警。
3.根据权利要求2所述的一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析方法，其特征在于，在开采方案构建中建立多种开采方案及截割方案，对数字样机进行多次分析，并记录分析结果，最后可综合多个分析结果评估设备性能。
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