CN106296817A - 一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，包括步骤：步骤一、实测地质数据获取：待开采煤层的工作面运输巷、工作面回风巷和切眼均掘进施工完成后，测量得出待开采煤层的实测地质数据；待开采煤层的实测地质数据包括煤层地质数据、回采巷道地质数据和切眼地质数据；步骤二、煤层模型构建，过程如下：201、数据存储；202、插值运算；203、三维坐标数据库生成；204、模型构建：调用三维建模软件建立待开采煤层顶面的三维模型。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速获得工作面煤层的三维建模过程，所获得煤层顶面的三维模型准确，为综采工作面自动化与智能化提供可靠的煤层数据。

Description

一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法

技术领域

本发明涉及一种建模方法，尤其是涉及一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法。

背景技术

煤炭开采过程中，由于煤岩界面的复杂性，煤岩识别问题成为煤炭自动化开采的世界性难题。为了实现煤岩界面的识别，国内外煤炭开采领域的专家进行了二十年多年的持续探索，先后提出了二十多种不同的识别方法，其中最具影响力的方法有：γ射线法、应力截齿分析法、雷达探测法、红外探测法、超声波法、高压水射流法等，然而由于煤岩界面识别技术的局限性，至今仍然无法在工业中应用。目前，综采自动化工作面普遍采用的是记忆截割与人工远程干预相结合的方法，调整采煤机滚筒高度，实现半自动化割煤。由于记忆截割所记忆的是上一刀割煤的轨迹，而下一刀煤层信息未知，因此，直接影响煤炭开采的准确性、高效性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速获得工作面煤层的三维建模过程，所获得煤层顶面的三维模型准确。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、实测地质数据获取：获取待开采煤层的实测地质数据；所述待开采煤层的实测地质数据包括煤层地质数据、回采巷道地质数据和切眼地质数据；

所述待开采煤层的工作面为回采工作面，工作面运输巷和工作面回风巷之间通过切眼连通；所述工作面运输巷和工作面回风巷呈平行布设且二者均与所述回采工作面的长度方向呈垂直布设，所述切眼与所述回采工作面的长度方向呈平行布设；所述待开采煤层分为运输巷区域煤层、回风巷区域煤层、切眼区域煤层和待开采区域煤层，所述运输巷区域煤层为待开采煤层中位于工作面运输巷所处区域的煤层，所述回风巷区域煤层为待开采煤层中位于工作面回风巷所处区域的煤层，所述切眼区域煤层为待开采煤层中位于切眼所处区域的煤层，所述待开采区域煤层为待开采煤层中位于工作面运输巷和工作面回风巷之间的煤层；

所述回采巷道地质数据包括运输巷地质数据和回风巷地质数据；所述运输巷地质数据包括所述运输巷区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据，所述回风巷地质数据包括所述回风巷区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；

所述切眼地质数据包括所述切眼区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；

所述煤层地质数据包括所述待开采区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；

步骤二、煤层模型构建：采用数据处理设备建立待开采煤层顶部的三维立体模型，过程如下：

步骤201、数据存储：调用数据存储模块对步骤一中所述待开采煤层的实测地质数据进行存储；

步骤202、插值运算：根据步骤201中所述待开采煤层的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据，调用插值运算模块计算得出待开采煤层顶部多个位置点的三维坐标数据；

步骤203、三维坐标数据库生成：调用数据库生成模块生成待开采煤层顶部的三维坐标数据库；

所述三维坐标数据库内存储有步骤201中所述待开采煤层的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据和步骤202中计算得出的待开采煤层顶部多个位置点的三维坐标数据；

步骤204、模型构建：根据步骤203中生成的待开采煤层顶部的三维坐标数据库，调用三维建模软件建立待开采煤层顶面的三维模型。

上述一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征是：步骤202中所述插值运算模块为四次样条插值运算模块。

上述一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征是：步骤一中所述待开采区域煤层顶部的测点为巷间测点，多个所述巷间测点分多排多列进行布设，相邻两排所述巷间测点之间的间距和相邻两列所述巷间测点之间的间距均为D1，其中D1＝2.5m～3.5m。

上述一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征是：步骤一中所述切眼区域煤层顶部的测点为切眼内测点，多个所述切眼内测点分M1排和N1列进行布设，其中M1和N1均为正整数，M1≥2且N1≥2；相邻两排所述切眼内测点之间的间距均为D2，其中D2＝0.8m～1.2m；相邻两列所述切眼内测点之间的间距均为D3，其中D3＝1.2m～1.8m；

所述运输巷区域煤层顶部的多个测点与所述回风巷区域煤层顶部的多个测点呈对称布设；所述运输巷区域煤层顶部和所述回风巷区域煤层顶部的测点均为巷道内测点，所述工作面运输巷分为运输巷主体段和位于所述运输巷主体段后侧的运输巷后部节段，所述工作面回风巷分为回风巷主体段和位于所述回风巷主体段后侧的回风巷后部节段，所述运输巷后部节段和所述回风巷后部节段分别位于切眼两侧，所述运输巷后部节段和所述回风巷后部节段的长度均与切眼的宽度相同；所述运输巷主体段和所述回风巷主体段分别位于所述待开采区域煤层的左右两侧，所述运输巷主体段和所述回风巷主体段的长度均与所述待开采区域煤层的长度相同；所述切眼位于所述待开采区域煤层后侧，切眼的长度与所述待开采区域煤层的宽度相同；

所述运输巷区域煤层顶部的多个所述巷道内测点分M2排和N2列进行布设，其中M2和N2均为正整数，M2≥2且N2≥2；所述运输巷主体段内相邻两排所述巷道内测点之间的间距均为D4，其中D4＝3.5m～4.5m；所述运输巷后部节段内相邻两排所述巷道内测点之间的间距均为D2；相邻两列所述巷道内测点之间的间距均为D5，其中D5＝0.8m～1.2m。

上述一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征是：步骤一中对所述待开采区域煤层顶部任一个所述测点的三维坐标数据进行获取时，采用由上至下向所述待开采区域煤层内钻孔的方法对该测点的竖向高度数据进行测量或从待开采煤层的煤田地质勘探钻孔数据中获取所述待开采区域煤层顶部该测点的三维坐标数据。

上述一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征是：步骤一中所述工作面运输巷、工作面回风巷和切眼均为煤矿井下巷道，所述运输巷区域煤层顶部、所述回风巷区域煤层顶部和所述切眼区域煤层顶部的测点均为井下巷道测点；

对所述煤矿井下巷道内任一个所述井下巷道测点的三维坐标数据进行测量时，当该井下巷道测点的高度高于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度时，采用从所述煤矿井下巷道内部由下向上钻孔的方法，对该井下巷道测点的竖向高度数据进行测量；否则，当该井下巷道测点的高度低于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度或与所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度相同时，采用高度测量设备对该井下巷道测点的竖向高度数据进行测量。

上述一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征是：步骤204中调用三维建模软件建立待开采煤层顶面的三维模型后，采用采煤机且沿工作面推进方向由后向前对待开采煤层进行开采，开采过程中采用数据处理设备同步对待开采煤层顶面的三维模型进行更新；

其中，对待开采煤层的任一个工作面进行开采时，均沿工作面长度方向由后向前对当前工作面的各开采位置分别进行开采；对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下：

步骤301、开采位置检测及采煤机采高设定：采用开采位置检测单元对当前开采位置的位置信息进行实时检测，并将所检测位置信息同步传送至数据处理设备；所述数据处理设备根据此时开采位置检测单元所检测的位置信息，并结合此时的所述三维坐标数据库，对当前开采位置处所述采煤机的采高进行确定；当前开采位置处所述采煤机的采高为步骤203中所述三维坐标数据库内当前开采位置的三维坐标数据中的竖向高度数据；

所述开采位置检测单元布设在所述采煤机上且其与数据处理设备进行通信；

步骤302、开采状态检测：按照步骤301中所设定的采高对当前开采位置进行开采，并采用开采状态检测装置对当前开采位置处所述采煤机的开采状态进行实时检测，且将所检测信息同步传送至数据处理设备；

所述开采状态检测装置包括用于获取当前开采位置处待开采煤层的视频信息的视频采集装置，所述视频采集装置均布设在所述采煤机上且其与数据处理设备进行通信；

步骤303、采煤机采高调整判断：根据步骤302中所述开采状态检测装置所检测信息，对当前开采位置处所述采煤机是否切割到煤层顶板进行判断：当判断得出当前开采位置处所述采煤机切割到煤层顶板时，停止所述采煤机的开采过程，并进入步骤304；否则，无需对当前开采位置处所述采煤机的采高进行调整，按照步骤301中所设定的采高完成当前开采位置的开采过程，并进入步骤307；

步骤304、采煤机采高调整：将步骤301中所设定的采高进行减小调整，直至将所述采煤机不会切割到煤层顶板为止，再按照调整后的采高完成当前开采位置的开采过程，并对调整后的采高进行记录；

步骤305、煤层竖向高度数据修正：根据步骤304中调整后所述采煤机的采高，采用数据处理设备对所述三维坐标数据库内当前开采位置的三维坐标数据中的竖向高度数据进行修正，获得修正后的所述三维坐标数据库；

步骤306、模型更新：根据步骤305中修正后的所述三维坐标数据库，采用数据处理设备对此时待开采煤层顶面的三维模型进行更新；

步骤307、下一个开采位置开采：按照步骤301至步骤306中所述的方法，对当前工作面的下一个开采位置进行开采；

步骤308、多次重复步骤307，直至完成当前工作面的全部开采过程；

步骤309、下一个工作面开采：按照步骤301至步骤308中所述的方法，对待开采煤层的下一个工作面进行开采；

步骤310、多次重复步骤309，直至完成待开采煤层的全部开采过程。

上述一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征是：步骤一中进行实测地质数据获取之前，先以所述回采工作面的长度方向为X轴、以工作面运输巷的长度方向为Y轴且以竖直方向为Z轴建立三维空间直角坐标系；

步骤一中进行实测地质数据获取时，在所建立的三维空间直角坐标系下，对待开采煤层的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据分别进行测量；

步骤203中所述三维坐标数据库内存储的每个所述三维坐标数据中的Z轴坐标数据为竖向高度数据；

步骤301中所述开采位置检测单元为对所建立三维空间直角坐标系下所述采煤机的几何中心点的X轴坐标数据和Y轴坐标数据进行实时检测的位置检测单元。

上述一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征是：步骤303中对当前开采位置处所述采煤机是否切割到煤层顶板进行判断时，根据此时视频采集装置所获取的当前开采位置处待开采煤层的视频信息，判断此时所述采煤机的截割滚筒是否切割到煤层顶板：当判断得出此时所述采煤机的截割滚筒切割到煤层顶板时，判断为当前开采位置处所述采煤机切割到煤层顶板；否则，判断为当前开采位置处所述采煤机未切割到煤层顶板；

步骤304中将所设定的采高进行减小调整时，将所述采煤机的截割滚筒高度进行减小调整，直至所述采煤机的截割滚筒不会切割到煤层顶板为止；每次减小调整的高度为4cm～8cm；

步骤304中进行采煤机采高调整过程中，通过视频采集装置实时获取当前开采位置处待开采煤层的视频信息并将所获取的视频信息同步传送至数据处理设备，再根据数据处理设备接收到的视频信息对每次减小调整后所述采煤机的截割滚筒是否切割到煤层顶板进行判断。

上述一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征是：步骤302中所述开采状态检测装置还包括对所述采煤机的截割电流进行实时检测的截割电流检测单元，所述截割电流检测单元布设在所述采煤机上且其与数据处理设备进行通信；步骤301中进行开采位置检测及采煤机采高设定之前，需先通过与数据处理设备连接的参数输入单元对当前工作面的截割电流阈值进行设定；

步骤303中对当前开采位置处所述采煤机是否切割到煤层顶板进行判断时，所述数据处理设备先调用差值比较模块对此时截割电流检测单元所检测的电流值与所述截割电流阈值进行差值比较，并根据差值比较结果对所述采煤机是否切割到煤层顶板进行初步判断：当此时截割电流检测单元所检测的电流值不大于所述截割电流阈值时，判断为当前开采位置处所述采煤机未切割到煤层顶板，并进入步骤307；否则，根据此时视频采集装置所获取的当前开采位置处待开采煤层的视频信息，判断此时所述采煤机的截割滚筒是否切割到煤层顶板：当判断得出此时所述采煤机的截割滚筒切割到煤层顶板时，判断为当前开采位置处所述采煤机切割到煤层顶板，并进入步骤305；否则，判断为当前开采位置处所述采煤机未切割到煤层顶板，并进入步骤307。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，投入成本较低。

2、所采用的实测地质数据获取方法简单且所获取的实测地质数据准确，待开采煤层的实测地质数据包括煤层地质数据、回采巷道地质数据和切眼地质数据。并且，实测位置点的三维坐标数据为实测数据，插值处理后，获得待开采煤层顶部的三维坐标数据库，相应所建立的待开采煤层顶面的三维模型准确和可靠。

3、实现简便，能在短时间内快速建立待开采煤层顶面的三维模型，并能有效保证所建立三维模型的准确性和可靠性；同时，煤层开采过程中能根据实际工况对三维模型进行实时更新，所采用的模型更新方法简单、易行，并能有效保证更新后模型的准确性，只需通过数据处理设备进行对应的数据修正即可。实际修正时，根据开采状态检测装置所检测信息进行修正，能有效保证修正数据的准确性，其中开采状态检测装置包括截割电流检测单元和视频采集装置，能简便将数据处理设备初步判断与人工远程判断进行有效结合。

4、使用效果好且实用价值高，规避了长期以来难以解决的煤岩界面识别世界性难题，是一种全新的数字化控制采煤机自动割煤方法的重要数据基础；利用已经构建的煤层顶部三维模型，按照截割深度获取相应煤层数据，作为控制采煤机自动调高的依据，具有准确、便捷、可靠等优点。并且，改变了记忆截割方法煤层数据未知、仅仅依赖已经截割煤层数据调整采煤机高度的不足，避免了单纯依赖记忆截割引起的累计误差大、适应性差等弊端。采用本发明有利于在割煤过程中，充分利用已经截割的煤层三维坐标数据，实时修正煤层顶面三维模型，进一步提高煤层顶面模型精度。因而，采用本发明能有效实现煤炭开采的数字化、自动化和智能化，提出一种基于较少的实测地质数据构建数字化煤层的方法，尤其适用于煤层起伏较大的薄煤层的开采过程，为采煤机自动割煤提供了基础数据，为实现煤炭开采的自动化和智能化奠定了坚实的基础，是一种解决煤岩识别问题的有效途径。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速获得工作面煤层的三维建模过程，所获得煤层顶面的三维模型准确，为综采工作面自动化、智能化提供煤层数据，并能为综采工作面采煤机滚筒的高度调整提供可靠依据。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

图2为本发明所建立煤层顶面三维模型的结构示意图。

图3为本发明巷间测点、切眼内测点和巷道内测点的布设位置示意图。

图4为本发明监测系统的电路原理框图。

附图标记说明:

1—待开采煤层； 1-1—巷间测点； 1-2—巷道内测点；

1-3—切眼内测点； 2—工作面运输巷； 3—工作面回风巷；

4—切眼； 5—开采状态检测装置； 5-1—截割电流检测单元；

5-2—视频采集装置； 6—数据处理设备； 7—开采位置检测单元；

8—采高检测单元； 9—主控器。

具体实施方式

如图1所示的一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，包括以下步骤：

步骤一、实测地质数据获取：获取待开采煤层1的实测地质数据；所述待开采煤层1的实测地质数据包括煤层地质数据、回采巷道地质数据和切眼地质数据；

所述待开采煤层1的工作面为回采工作面，工作面运输巷2和工作面回风巷3之间通过切眼4连通；所述工作面运输巷2和工作面回风巷3呈平行布设且二者均与所述回采工作面的长度方向呈垂直布设，所述切眼4与所述回采工作面的长度方向呈平行布设；所述待开采煤层1分为运输巷区域煤层、回风巷区域煤层、切眼区域煤层和待开采区域煤层，所述运输巷区域煤层为待开采煤层1中位于工作面运输巷2所处区域的煤层，所述回风巷区域煤层为待开采煤层1中位于工作面回风巷3所处区域的煤层，所述切眼区域煤层为待开采煤层1中位于切眼4所处区域的煤层，所述待开采区域煤层为待开采煤层1中位于工作面运输巷2和工作面回风巷3之间的煤层；

所述回采巷道地质数据包括运输巷地质数据和回风巷地质数据；所述运输巷地质数据包括所述运输巷区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据，所述回风巷地质数据包括所述回风巷区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；

所述切眼地质数据包括所述切眼区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；

所述煤层地质数据包括所述待开采区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；

步骤二、煤层模型构建：采用数据处理设备6建立待开采煤层1顶部的三维立体模型，过程如下：

步骤201、数据存储：调用数据存储模块对步骤一中所述待开采煤层1的实测地质数据进行存储；

步骤202、插值运算：根据步骤201中所述待开采煤层1的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据，调用插值运算模块计算得出待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据；

步骤203、三维坐标数据库生成：调用数据库生成模块生成待开采煤层1顶部的三维坐标数据库；

所述三维坐标数据库内存储有步骤201中所述待开采煤层1的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据和步骤202中计算得出的待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据；

步骤204、模型构建：根据步骤203中生成的待开采煤层1顶部的三维坐标数据库，调用三维建模软件建立待开采煤层1顶面的三维模型，详见图2。

本实施例中，所述采煤机为单滚筒采煤机。

本实施例中，步骤202中调用插值运算模块计算得出待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据时，调用所述插值运算模块对步骤201中所述待开采煤层1的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据进行插值运算，具体是对步骤201中所述待开采煤层1的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据中的竖向高度数据进行插值运算，得出待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据中的竖向高度数据。

其中，煤层顶板是指位于煤层上面的岩层，叫煤层顶板或顶板。切眼4是指连接于工作面运输巷2和工作面回风巷3之间的巷道，开切眼是在工作面运输巷2和工作面回风巷3之间顺煤层掘进一条巷道，使其形成一套独立的回风系统。

本实施例中，步骤202中所述插值运算模块为四次样条插值运算模块。

并且，步骤202中调用插值运算模块计算得出待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据时，按照常规的四次样条插值方法，计算得出待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据。

实际使用时，所述插值运算模块也可以采用其它类型的插值运算模块，如三次样条插值运算模块、五次样条插值运算模块等。

如图3所示，步骤一中所述待开采区域煤层顶部的测点为巷间测点1-1，多个所述巷间测点1-1分多排多列进行布设，相邻两排所述巷间测点1-1之间的间距和相邻两列所述巷间测点1-1之间的间距均为D1，其中D1＝2.5m～3.5m。

所述切眼区域煤层顶部的测点为切眼内测点1-3，多个所述切眼内测点1-3分M1排和N1列进行布设，其中M1和N1均为正整数，M1≥2且N1≥2；相邻两排所述切眼内测点1-3之间的间距均为D2，其中D2＝0.8m～1.2m；相邻两列所述切眼内测点1-3之间的间距均为D3，其中D3＝1.2m～1.8m；

所述运输巷区域煤层顶部的多个测点与所述回风巷区域煤层顶部的多个测点呈对称布设；所述运输巷区域煤层顶部和所述回风巷区域煤层顶部的测点均为巷道内测点1-2，所述工作面运输巷2分为运输巷主体段和位于所述运输巷主体段后侧的运输巷后部节段，所述工作面回风巷3分为回风巷主体段和位于所述回风巷主体段后侧的回风巷后部节段，所述运输巷后部节段和所述回风巷后部节段分别位于切眼4两侧，所述运输巷后部节段和所述回风巷后部节段的长度均与切眼4的宽度相同；所述运输巷主体段和所述回风巷主体段分别位于所述待开采区域煤层的左右两侧，所述运输巷主体段和所述回风巷主体段的长度均与所述待开采区域煤层的长度相同；所述切眼4位于所述待开采区域煤层后侧，切眼4的长度与所述待开采区域煤层的宽度相同；

所述运输巷区域煤层顶部的多个所述巷道内测点1-2分M2排和N2列进行布设，其中M2和N2均为正整数，M2≥2且N2≥2；所述运输巷主体段内相邻两排所述巷道内测点1-2之间的间距均为D4，其中D4＝3.5m～4.5m；所述运输巷后部节段内相邻两排所述巷道内测点1-2之间的间距均为D2；相邻两列所述巷道内测点1-2之间的间距均为D5，其中D5＝0.8m～1.2m。

本实施例中，所述运输巷后部节段和所述回风巷后部节段内均布设有M1排所述巷道内测点1-2，M1排所述巷道内测点1-2的布设位置分别与M1排所述切眼内测点1-3的布设位置一一对应，每排所述切眼内测点1-3的左右两侧均设置有一排所述巷道内测点1-2。

本实施例中，D1＝30m，D2＝1m，D3＝1.5m，D4＝4m，D5＝1m。

因而，所述待开采区域煤层顶部测点的布设间距为30m；所述运输巷区域煤层顶部与所述回风巷区域煤层顶部沿巷道长度方向上每隔4m布设一个测点，且沿巷道宽度方向上每隔1m布设一个测点；所述切眼区域煤层顶部沿切眼4的长度方向上每隔1.5m布设一个测点，且沿切眼4的宽度方向上每隔1布设一个测点。

实际施工时，可根据具体需要，对D1、D2、D3、D4和D5的取值大小分别进行相应调整，以达到对实测位置点(即所述测点)间距进行调整的目的。

并且，对D1、D2、D3、D4和D5的取值大小进行调整时，依据煤层赋存条件确定，当煤层起伏变化较大时，实测位置点的间距较小；当煤层起伏变化较小时，实测位置点的间距较大。

实际施工过程中，根据施工成本、施工周期等实际需要，D2和D5均能在0.8m～4m之间进行相应调整，D3能在1.2m～50m之间进行相应调整，D4能在3.5m～50m之间进行相应调整。并且，D1能在2.5m～100m之间进行相应调整。

由于实测位置点的三维坐标数据为实测数据，并且采用四次样条插值方法对待开采煤层1的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据进行插值处理后，获得待开采煤层1顶部的三维坐标数据库，相应所建立的待开采煤层1顶面的三维模型准确和可靠。

实际进行开采过程中，根据所建立的待开采煤层1顶面的三维模型，能直接得出各工作面(具体是综采工作面)的截割轨迹，即沿工作面长度方向开采过程中采煤机截割滚筒的移动轨迹。并且，根据所建立的待开采煤层1顶面的三维模型得出的各工作面的截割轨迹准确且可靠，能有效解决常规记忆截割方法所记忆的是上一刀割煤的轨迹，而下一刀煤层信息未知的问题。因而，沿工作面长度方向开采过程中，能根据所得出的该工作面的截割轨迹，对采煤机截割滚筒的高度进行相应调整，从而实现自动化割煤，并有效提高煤炭开采的准确性、高效性和可靠性。

本实施例中，步骤一中对所述待开采区域煤层顶部任一个所述测点的三维坐标数据进行获取时，采用由上至下向所述待开采区域煤层内钻孔的方法对该测点的竖向高度数据进行测量或从待开采煤层1的煤田地质勘探钻孔数据中获取所述待开采区域煤层顶部该测点的三维坐标数据。

因而，对所述待开采区域煤层顶部任一个所述测点的竖向高度数据进行测量时，采用钻孔进行精确探测，相应获得所述待开采区域煤层顶部的精探地质数据。

步骤一中所述煤层地质数据、回采巷道地质数据和切眼地质数据均为实际测量得出的数据，所述回采巷道地质数据和切眼地质数据在待开采煤层1的工作面运输巷2、工作面回风巷3和切眼4均施工完成后测量得出；所述待开采煤层1的实测地质数据包括煤层地质数据、回采巷道地质数据和切眼地质数据；待开采煤层1的煤田地质勘探钻孔数据为煤层开采之前测量得出的煤田地质勘探钻孔数据。

本实施例中，步骤一中所述工作面运输巷2、工作面回风巷3和切眼4均为煤矿井下巷道，所述运输巷区域煤层顶部、所述回风巷区域煤层顶部和所述切眼区域煤层顶部的测点均为井下巷道测点；

对所述煤矿井下巷道内任一个所述井下巷道测点的三维坐标数据进行测量时，当该井下巷道测点的高度高于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度时，采用从所述煤矿井下巷道内部由下向上钻孔的方法，对该井下巷道测点的竖向高度数据进行测量；否则，当该井下巷道测点的高度低于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度或与所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度相同时，采用高度测量设备对该井下巷道测点的竖向高度数据进行测量。

其中，当该井下巷道测点的高度高于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度时，说明该井下巷道测点所处位置处待开采煤层1的顶部高度高于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度；当该井下巷道测点的高度低于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度时，说明该井下巷道测点所处位置处待开采煤层1的顶部高度低于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度；当该井下巷道测点的高度与所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度相同时，说明该井下巷道测点所处位置处待开采煤层1的顶部高度与所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度相同。

本实施例中，对该井下巷道测点的竖向高度数据进行测量时，所采用的从所述煤矿井下巷道内部由内向外钻孔成型的钻孔为所述煤矿井下巷道内部支护用锚杆的锚杆孔。

本实施例中，所述高度测量设备为激光测距仪。

实际施工时，所述高度测量设备也可以为其它类型的常规高度测量设备。

其中，所述井下巷道测点的高度高于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度时，说明所述井下巷道测点所处位置处待开采煤层1的顶部高度高于煤矿井下巷道的顶部高度，此时煤岩分界线隐藏，需要通过打锚杆的钻孔数据得出待开采煤层1顶部的竖向高度数据；所述井下巷道测点的高度低于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度时，说明所述井下巷道测点所处位置处待开采煤层1的顶部高度低于煤矿井下巷道的顶部高度，此时煤岩分界线裸露在所述煤矿井下巷道内，能直接测量出待开采煤层1顶部的竖向高度数据；所述井下巷道测点的高度与所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度相同时，说明所述井下巷道测点所处位置处待开采煤层1的顶部高度与煤矿井下巷道的顶部高度相同，此时能直接得出待开采煤层1顶部的竖向高度数据，该竖向高度数据为所述井下巷道测点所处位置处所述煤矿井下巷道的顶部高度数据。

本实施例中，步骤204中调用三维建模软件建立待开采煤层1顶面的三维模型后，采用采煤机且沿工作面推进方向由后向前对待开采煤层1进行开采，开采过程中采用数据处理设备6同步对待开采煤层1顶面的三维模型进行更新；

其中，对待开采煤层1的任一个工作面进行开采时，均沿工作面长度方向由后向前对当前工作面的各开采位置分别进行开采；对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下：

步骤301、开采位置检测及采煤机采高设定：采用开采位置检测单元7对当前开采位置的位置信息进行实时检测，并将所检测位置信息同步传送至数据处理设备6；所述数据处理设备6根据此时开采位置检测单元7所检测的位置信息，并结合此时的所述三维坐标数据库，对当前开采位置处所述采煤机的采高进行确定；当前开采位置处所述采煤机的采高为步骤203中所述三维坐标数据库内当前开采位置的三维坐标数据中的竖向高度数据；

所述开采位置检测单元7布设在所述采煤机上且其与数据处理设备6进行通信；

步骤302、开采状态检测：按照步骤301中所设定的采高对当前开采位置进行开采，并采用开采状态检测装置5对当前开采位置处所述采煤机的开采状态进行实时检测，且将所检测信息同步传送至数据处理设备6；

所述开采状态检测装置5包括用于获取当前开采位置处待开采煤层1的视频信息的视频采集装置5-2，所述视频采集装置5-2均布设在所述采煤机上且其与数据处理设备6进行通信；

步骤303、采煤机采高调整判断：根据步骤302中所述开采状态检测装置5所检测信息，对当前开采位置处所述采煤机是否切割到煤层顶板进行判断：当判断得出当前开采位置处所述采煤机切割到煤层顶板时，停止所述采煤机的开采过程，并进入步骤304；否则，无需对当前开采位置处所述采煤机的采高进行调整，按照步骤301中所设定的采高完成当前开采位置的开采过程，并进入步骤307；

步骤304、采煤机采高调整：将步骤301中所设定的采高进行减小调整，直至将所述采煤机不会切割到煤层顶板为止，再按照调整后的采高完成当前开采位置的开采过程，并对调整后的采高进行记录；

步骤305、煤层竖向高度数据修正：根据步骤304中调整后所述采煤机的采高，采用数据处理设备6对所述三维坐标数据库内当前开采位置的三维坐标数据中的竖向高度数据进行修正，获得修正后的所述三维坐标数据库；

步骤306、模型更新：根据步骤305中修正后的所述三维坐标数据库，采用数据处理设备6对此时待开采煤层1顶面的三维模型进行更新；

步骤307、下一个开采位置开采：按照步骤301至步骤306中所述的方法，对当前工作面的下一个开采位置进行开采；

步骤308、多次重复步骤307，直至完成当前工作面的全部开采过程；

步骤309、下一个工作面开采：按照步骤301至步骤308中所述的方法，对待开采煤层1的下一个工作面进行开采；

步骤310、多次重复步骤309，直至完成待开采煤层1的全部开采过程。

因而，采用本发明建立待开采煤层1顶面的三维模型后，还需根据实际工况对待开采煤层1顶面的三维模型进行实时修正并更新，能进一步保证待开采煤层1顶面的三维模型的准确性和可靠性。

本实施例中，步骤305中对所述三维坐标数据库内当前开采位置的三维坐标数据中的竖向高度数据进行修正后，还需调用所述插值运算模块进行插值运算处理得出当前开采位置周侧待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据，并对所述三维坐标数据库中当前开采位置周侧待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据进行修正，获得修正后的所述三维坐标数据库。

其中，调用所述插值运算模块进行插值运算处理得出当前开采位置周侧待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据时，对修正后当前开采位置的三维坐标数据和所述待开采区域煤层中当前开采位置周侧的多个所述巷间测点1-1的三维坐标数据进行插值运算，得出当前开采位置周侧待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据。

并且，对修正后当前开采位置的三维坐标数据和所述待开采区域煤层中当前开采位置周侧的多个所述巷间测点1-1的三维坐标数据进行插值运算时，具体是对修正后当前开采位置的三维坐标数据和所述待开采区域煤层中当前开采位置周侧的多个所述巷间测点1-1的三维坐标数据中的竖向高度数据进行插值运算，得出当前开采位置周侧待开采煤层1顶部多个位置点的三维坐标数据中的竖向高度数据。

本实施例中，如图2所示，步骤一中进行实测地质数据获取之前，先以所述回采工作面的长度方向为X轴、以工作面运输巷2的长度方向为Y轴且以竖直方向为Z轴建立三维空间直角坐标系；

步骤一中进行实测地质数据获取时，在所建立的三维空间直角坐标系下，对待开采煤层1的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据分别进行测量；

步骤203中所述三维坐标数据库内存储的每个所述三维坐标数据中的Z轴坐标数据为竖向高度数据。

本实施例中，步骤301中所述开采位置检测单元7为对所建立三维空间直角坐标系下所述采煤机的几何中心点的X轴坐标数据和Y轴坐标数据进行实时检测的位置检测单元。

本实施例中，所述开采位置检测单元7布设在所述采煤机的几何中心点上，并且所述开采位置检测单元7为惯性导航系统的惯性传感器。

实际使用时，所述开采位置检测单元7也可以采用其它类型的空间位置定位模块。

本实施例中，步骤303中对当前开采位置处所述采煤机是否切割到煤层顶板进行判断时，根据此时视频采集装置5-2所获取的当前开采位置处待开采煤层1的视频信息，判断此时所述采煤机的截割滚筒是否切割到煤层顶板：当判断得出此时所述采煤机的截割滚筒切割到煤层顶板时，判断为当前开采位置处所述采煤机切割到煤层顶板；否则，判断为当前开采位置处所述采煤机未切割到煤层顶板。

步骤304中将所设定的采高进行减小调整时，将所述采煤机的截割滚筒高度进行减小调整，直至所述采煤机的截割滚筒不会切割到煤层顶板为止；每次减小调整的高度为4cm～8cm。

因而，步骤304中将所设定的采高进行减小调整时，由前至后分多次进行减小调整，每次减小调整的高度为4cm～8cm。本实施例中，每次减小调整的高度为5cm。实际使用时，可根据具体需要，对每次减小调整的高度进行相应调整。

步骤304中进行采煤机采高调整过程中，通过视频采集装置5-2实时获取当前开采位置处待开采煤层1的视频信息并将所获取的视频信息同步传送至数据处理设备6，再根据数据处理设备6接收到的视频信息对每次减小调整后所述采煤机的截割滚筒是否切割到煤层顶板进行判断。

本实施例中，步骤302中所述开采状态检测装置5还包括对所述采煤机的截割电流进行实时检测的截割电流检测单元5-1，所述截割电流检测单元5-1布设在所述采煤机上且其与数据处理设备6进行通信；步骤301中进行开采位置检测及采煤机采高设定之前，需先通过与数据处理设备6连接的参数输入单元对当前工作面的截割电流阈值进行设定；

步骤303中对当前开采位置处所述采煤机是否切割到煤层顶板进行判断时，所述数据处理设备6先调用差值比较模块对此时截割电流检测单元5-1所检测的电流值与所述截割电流阈值进行差值比较，并根据差值比较结果对所述采煤机是否切割到煤层顶板进行初步判断：当此时截割电流检测单元5-1所检测的电流值不大于所述截割电流阈值时，判断为当前开采位置处所述采煤机未切割到煤层顶板，并进入步骤307；否则，根据此时视频采集装置5-2所获取的当前开采位置处待开采煤层1的视频信息，判断此时所述采煤机的截割滚筒是否切割到煤层顶板：当判断得出此时所述采煤机的截割滚筒切割到煤层顶板时，判断为当前开采位置处所述采煤机切割到煤层顶板，并进入步骤305；否则，判断为当前开采位置处所述采煤机未切割到煤层顶板，并进入步骤307。

本实施例中，所述数据处理设备6为PC机。

其中，所述采煤机的截割电流为对当前工作面进行开采的所述采煤机的截割滚筒驱动电机的工作电流。

本实施例中，步骤301中进行开采位置检测及采煤机采高设定之前，先对当前工作面的截割电流阈值进行确定。其中，对当前工作面的截割电流阈值进行确定时，先采用截割电流检测单元5-1对当前工作面煤层进行开采时所述采煤机的截割电流I₀进行测试，当前工作面的截割电流阈值＝I₀×(3％～10％)。

本实施例中，步骤304中根据数据处理设备6接收到的视频信息对每次减小调整后所述采煤机的截割滚筒是否切割到煤层顶板进行判断时，所采用的判断方法为人为肉眼判断。

实际使用时，操作人员根据接收到的视频信息，观察采煤机截割滚筒的截割情况，如发现切割煤层顶板，则降低采煤机的截割滚筒高度，直到视频信息中观察到截割滚筒不切割煤层顶板为止。

同时，所述采煤机上还装有采高检测单元8，所述采高检测单元8为所述采煤机的截割滚筒高度进行实时检测的高度检测单元且其安装在所述截割滚筒上。实际进行开采过程中，还需采用采高检测单元8对所述采煤机的截割滚筒高度进行实时检测并将所检测信息同步传送至数据处理设备6，所述采高检测单元8与数据处理设备6之间进行通信。

本实施例中，所述数据处理设备6布设在远程监控室内，所述开采位置检测单元7、截割电流检测单元5-1、视频采集装置5-2和采高检测单元8均与布设在所述采煤机上的主控器9连接，所述主控器9与数据处理设备6之间均通过CAN总线进行通信。

并且，所述数据处理设备6、开采位置检测单元7、截割电流检测单元5-1、视频采集装置5-2、采高检测单元8和主控器9组成监控系统，详见图4。

本实施例中，选择某薄煤层工作面作为实验对象，建立一个工作面长度为180m，顺槽方向(即工作面运输巷2和工作面回风巷3的长度方向)长度为150m且测点的间距为15m，平均采高为1.5m左右，获取该薄煤层上11个断面的实测地质数据，详见表1：

表1 薄煤层实测地质数据列表

之后，采用数据处理设备6且调用数据处理软件(如MATLAB软件)中对表1中数据进行插值运算，获得该薄煤层顶部的三维坐标数据库。表1中煤层断面为对一个工作面进行开采时的煤层截割断面。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、实测地质数据获取：获取待开采煤层(1)的实测地质数据；所述待开采煤层(1)的实测地质数据包括煤层地质数据、回采巷道地质数据和切眼地质数据；

所述待开采煤层(1)的工作面为回采工作面，工作面运输巷(2)和工作面回风巷(3)之间通过切眼(4)连通；所述工作面运输巷(2)和工作面回风巷(3)呈平行布设且二者均与所述回采工作面的长度方向呈垂直布设，所述切眼(4)与所述回采工作面的长度方向呈平行布设；所述待开采煤层(1)分为运输巷区域煤层、回风巷区域煤层、切眼区域煤层和待开采区域煤层，所述运输巷区域煤层为待开采煤层(1)中位于工作面运输巷(2)所处区域的煤层，所述回风巷区域煤层为待开采煤层(1)中位于工作面回风巷(3)所处区域的煤层，所述切眼区域煤层为待开采煤层(1)中位于切眼(4)所处区域的煤层，所述待开采区域煤层为待开采煤层(1)中位于工作面运输巷(2)和工作面回风巷(3)之间的煤层；

所述回采巷道地质数据包括运输巷地质数据和回风巷地质数据；所述运输巷地质数据包括所述运输巷区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据，所述回风巷地质数据包括所述回风巷区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；

所述切眼地质数据包括所述切眼区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；

所述煤层地质数据包括所述待开采区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；

步骤二、煤层模型构建：采用数据处理设备(6)建立待开采煤层(1)顶部的三维立体模型，过程如下：

步骤201、数据存储：调用数据存储模块对步骤一中所述待开采煤层(1)的实测地质数据进行存储；

步骤202、插值运算：根据步骤201中所述待开采煤层(1)的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据，调用插值运算模块计算得出待开采煤层(1)顶部多个位置点的三维坐标数据；

步骤203、三维坐标数据库生成：调用数据库生成模块生成待开采煤层(1)顶部的三维坐标数据库；

所述三维坐标数据库内存储有步骤201中所述待开采煤层(1)的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据和步骤202中计算得出的待开采煤层(1)顶部多个位置点的三维坐标数据；

步骤204、模型构建：根据步骤203中生成的待开采煤层(1)顶部的三维坐标数据库，调用三维建模软件建立待开采煤层(1)顶面的三维模型。

2.按照权利要求1所述的一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于：步骤202中所述插值运算模块为四次样条插值运算模块。

3.按照权利要求1或2所述的一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于：步骤一中所述待开采区域煤层顶部的测点为巷间测点(1-1)，多个所述巷间测点(1-1)分多排多列进行布设，相邻两排所述巷间测点(1-1)之间的间距和相邻两列所述巷间测点(1-1)之间的间距均为D1，其中D1＝2.5m～3.5m。

4.按照权利要求1或2所述的一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于：步骤一中所述切眼区域煤层顶部的测点为切眼内测点(1-3)，多个所述切眼内测点(1-3)分M1排和N1列进行布设，其中M1和N1均为正整数，M1≥2且N1≥2；相邻两排所述切眼内测点(1-3)之间的间距均为D2，其中D2＝0.8m～1.2m；相邻两列所述切眼内测点(1-3)之间的间距均为D3，其中D3＝1.2m～1.8m；

所述运输巷区域煤层顶部的多个测点与所述回风巷区域煤层顶部的多个测点呈对称布设；所述运输巷区域煤层顶部和所述回风巷区域煤层顶部的测点均为巷道内测点(1-2)，所述工作面运输巷(2)分为运输巷主体段和位于所述运输巷主体段后侧的运输巷后部节段，所述工作面回风巷(3)分为回风巷主体段和位于所述回风巷主体段后侧的回风巷后部节段，所述运输巷后部节段和所述回风巷后部节段分别位于切眼(4)两侧，所述运输巷后部节段和所述回风巷后部节段的长度均与切眼(4)的宽度相同；所述运输巷主体段和所述回风巷主体段分别位于所述待开采区域煤层的左右两侧，所述运输巷主体段和所述回风巷主体段的长度均与所述待开采区域煤层的长度相同；所述切眼(4)位于所述待开采区域煤层后侧，切眼(4)的长度与所述待开采区域煤层的宽度相同；

所述运输巷区域煤层顶部的多个所述巷道内测点(1-2)分M2排和N2列进行布设，其中M2和N2均为正整数，M2≥2且N2≥2；所述运输巷主体段内相邻两排所述巷道内测点(1-2)之间的间距均为D4，其中D4＝3.5m～4.5m；所述运输巷后部节段内相邻两排所述巷道内测点(1-2)之间的间距均为D2；相邻两列所述巷道内测点(1-2)之间的间距均为D5，其中D5＝0.8m～1.2m。

5.按照权利要求1或2所述的一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于：步骤一中对所述待开采区域煤层顶部任一个所述测点的三维坐标数据进行获取时，采用由上至下向所述待开采区域煤层内钻孔的方法对该测点的竖向高度数据进行测量或从待开采煤层(1)的煤田地质勘探钻孔数据中获取所述待开采区域煤层顶部该测点的三维坐标数据。

6.按照权利要求1或2所述的一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于：步骤一中所述工作面运输巷(2)、工作面回风巷(3)和切眼(4)均为煤矿井下巷道，所述运输巷区域煤层顶部、所述回风巷区域煤层顶部和所述切眼区域煤层顶部的测点均为井下巷道测点；

对所述煤矿井下巷道内任一个所述井下巷道测点的三维坐标数据进行测量时，当该井下巷道测点的高度高于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度时，采用从所述煤矿井下巷道内部由下向上钻孔的方法，对该井下巷道测点的竖向高度数据进行测量；否则，当该井下巷道测点的高度低于所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度或与所处位置处煤矿井下巷道的顶部高度相同时，采用高度测量设备对该井下巷道测点的竖向高度数据进行测量。

7.按照权利要求1或2所述的一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于：步骤204中调用三维建模软件建立待开采煤层(1)顶面的三维模型后，采用采煤机且沿工作面推进方向由后向前对待开采煤层(1)进行开采，开采过程中采用数据处理设备(6)同步对待开采煤层(1)顶面的三维模型进行更新；

其中，对待开采煤层(1)的任一个工作面进行开采时，均沿工作面长度方向由后向前对当前工作面的各开采位置分别进行开采；对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下：

步骤301、开采位置检测及采煤机采高设定：采用开采位置检测单元(7)对当前开采位置的位置信息进行实时检测，并将所检测位置信息同步传送至数据处理设备(6)；所述数据处理设备(6)根据此时开采位置检测单元(7)所检测的位置信息，并结合此时的所述三维坐标数据库，对当前开采位置处所述采煤机的采高进行确定；当前开采位置处所述采煤机的采高为步骤203中所述三维坐标数据库内当前开采位置的三维坐标数据中的竖向高度数据；

所述开采位置检测单元(7)布设在所述采煤机上且其与数据处理设备(6)进行通信；

步骤302、开采状态检测：按照步骤301中所设定的采高对当前开采位置进行开采，并采用开采状态检测装置(5)对当前开采位置处所述采煤机的开采状态进行实时检测，且将所检测信息同步传送至数据处理设备(6)；

所述开采状态检测装置(5)包括用于获取当前开采位置处待开采煤层(1)的视频信息的视频采集装置(5-2)，所述视频采集装置(5-2)均布设在所述采煤机上且其与数据处理设备(6)进行通信；

步骤303、采煤机采高调整判断：根据步骤302中所述开采状态检测装置(5)所检测信息，对当前开采位置处所述采煤机是否切割到煤层顶板进行判断：当判断得出当前开采位置处所述采煤机切割到煤层顶板时，停止所述采煤机的开采过程，并进入步骤304；否则，无需对当前开采位置处所述采煤机的采高进行调整，按照步骤301中所设定的采高完成当前开采位置的开采过程，并进入步骤307；

步骤304、采煤机采高调整：将步骤301中所设定的采高进行减小调整，直至将所述采煤机不会切割到煤层顶板为止，再按照调整后的采高完成当前开采位置的开采过程，并对调整后的采高进行记录；

步骤305、煤层竖向高度数据修正：根据步骤304中调整后所述采煤机的采高，采用数据处理设备(6)对所述三维坐标数据库内当前开采位置的三维坐标数据中的竖向高度数据进行修正，获得修正后的所述三维坐标数据库；

步骤306、模型更新：根据步骤305中修正后的所述三维坐标数据库，采用数据处理设备(6)对此时待开采煤层(1)顶面的三维模型进行更新；

步骤307、下一个开采位置开采：按照步骤301至步骤306中所述的方法，对当前工作面的下一个开采位置进行开采；

步骤308、多次重复步骤307，直至完成当前工作面的全部开采过程；

步骤309、下一个工作面开采：按照步骤301至步骤308中所述的方法，对待开采煤层(1)的下一个工作面进行开采；

步骤310、多次重复步骤309，直至完成待开采煤层(1)的全部开采过程。

8.按照权利要求7所述的一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于：步骤一中进行实测地质数据获取之前，先以所述回采工作面的长度方向为X轴、以工作面运输巷(2)的长度方向为Y轴且以竖直方向为Z轴建立三维空间直角坐标系；

步骤一中进行实测地质数据获取时，在所建立的三维空间直角坐标系下，对待开采煤层(1)的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据分别进行测量；

步骤203中所述三维坐标数据库内存储的每个所述三维坐标数据中的Z轴坐标数据为竖向高度数据；

步骤301中所述开采位置检测单元(7)为对所建立三维空间直角坐标系下所述采煤机的几何中心点的X轴坐标数据和Y轴坐标数据进行实时检测的位置检测单元。

9.按照权利要求7所述的一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于：步骤303中对当前开采位置处所述采煤机是否切割到煤层顶板进行判断时，根据此时视频采集装置(5-2)所获取的当前开采位置处待开采煤层(1)的视频信息，判断此时所述采煤机的截割滚筒是否切割到煤层顶板：当判断得出此时所述采煤机的截割滚筒切割到煤层顶板时，判断为当前开采位置处所述采煤机切割到煤层顶板；否则，判断为当前开采位置处所述采煤机未切割到煤层顶板；

步骤304中将所设定的采高进行减小调整时，将所述采煤机的截割滚筒高度进行减小调整，直至所述采煤机的截割滚筒不会切割到煤层顶板为止；每次减小调整的高度为4cm～8cm；

步骤304中进行采煤机采高调整过程中，通过视频采集装置(5-2)实时获取当前开采位置处待开采煤层(1)的视频信息并将所获取的视频信息同步传送至数据处理设备(6)，再根据数据处理设备(6)接收到的视频信息对每次减小调整后所述采煤机的截割滚筒是否切割到煤层顶板进行判断。

10.按照权利要求9所述的一种基于地质数据的工作面煤层三维建模方法，其特征在于：步骤302中所述开采状态检测装置(5)还包括对所述采煤机的截割电流进行实时检测的截割电流检测单元(5-1)，所述截割电流检测单元(5-1)布设在所述采煤机上且其与数据处理设备(6)进行通信；步骤301中进行开采位置检测及采煤机采高设定之前，需先通过与数据处理设备(6)连接的参数输入单元对当前工作面的截割电流阈值进行设定；

步骤303中对当前开采位置处所述采煤机是否切割到煤层顶板进行判断时，所述数据处理设备(6)先调用差值比较模块对此时截割电流检测单元(5-1)所检测的电流值与所述截割电流阈值进行差值比较，并根据差值比较结果对所述采煤机是否切割到煤层顶板进行初步判断：当此时截割电流检测单元(5-1)所检测的电流值不大于所述截割电流阈值时，判断为当前开采位置处所述采煤机未切割到煤层顶板，并进入步骤307；否则，根据此时视频采集装置(5-2)所获取的当前开采位置处待开采煤层(1)的视频信息，判断此时所述采煤机的截割滚筒是否切割到煤层顶板：当判断得出此时所述采煤机的截割滚筒切割到煤层顶板时，判断为当前开采位置处所述采煤机切割到煤层顶板，并进入步骤305；否则，判断为当前开采位置处所述采煤机未切割到煤层顶板，并进入步骤307。