CN110319831B - 一种工作面取直方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工作面取直方法，针对惯导数据分析采煤机行进轨迹，计算每个液压支架对应的修正数据，发送给电液控制系统，电液控制系统收到数据后，下发给液压支架控制器，控制器的“找直目标”参数根据收到的数据进行修正，液压支架按照“找直目标”数据进行推溜或拉架；系统实时监视传感器数值，行程传感器数值与目标行程值，记录每个控制器中电液控制系统的修正值、移架找直目标值及实际推溜后行程值，从而最终达到工作面找直的目标，本发明结合高精度惯导系统，有效的解决工作面的取直问题，可以有效提高煤炭开采效率，更好的实现煤矿生产现场的本质化人机安全，有效实现减员增效，加速推进真正意义上的综合联采机械自动化。

Description

一种工作面取直方法
技术领域
本发明涉及煤矿采煤工作面取直技术领域，具体为一种工作面取直方法。
背景技术
目前煤矿采煤工作面的取直方法是利用人工目测的办法进行工作面取直，这样不仅误差大，工作面不能自动找直，而且现场工作环境恶劣，严重影响安全生产，如图1所示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结合高精度惯导系统的工作面取直方法，以解决工作面的取直问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种工作面取直方法，利用惯导系统测量出的采煤机行动轨迹，计算出相应的支架的应推距离，从而指导支架推移，实现采煤工作面取直，具体步骤如下：
步骤1）：建立惯导数据解算采煤机坐标：
横滚角速率对时间积分，得到横滚角，采煤机横向角度波动；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
俯仰角速率对时间积分，得到俯仰角，采煤机竖向角度波动
Figure 311782DEST_PATH_IMAGE002
航向角速率对时间积分，得到航向角，采煤机前后向角度波动
Figure DEST_PATH_IMAGE003
X速度对时间积分得到位移，按照横滚角cos投影得到坐标系内真实位移；
Figure 71928DEST_PATH_IMAGE004
Y速度对时间积分得到位移，按照航向角cos投影得到坐标系内真实位移；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Z速度对时间积分得到位移，按照俯仰角cos投影得到坐标系内真实位移；
Figure 260333DEST_PATH_IMAGE006
编码器实时数据对采煤机位移进行实时修正；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
将以上原始数据转换为采煤机在三维坐标系中的X，Y，Z，三个轴的位置变换数据；
步骤2）：数据有效存储计算：
步骤201）：把支架单位长度L分成n小份，同时建立一个n长度的数组，用来存储每一个点的截割深度h；
步骤202）：利用x轴的数据量作为数组的下标，使得采煤机来回截割，或是停机重复采集数据，也不会影响整个数组；
步骤203）：计算平均截割深度：
Figure 865757DEST_PATH_IMAGE008
步骤3）：计算支架应推距离：由于惯导系统是用采煤机起始点为原点建立的坐标系，所以采煤机的轨迹初始点是坐标系的原点，按照采煤机和液压支架的型号可以定出采煤机标准一次推架的距离L，即一次标准的割煤深度，如果其中一个支架截割深度过大，那下一次就应该要少截割一些，从而达到整个工作面的水平，支架的最终应推距离是：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
更进一步地，步骤3）中针对惯导数据分析采煤机行进轨迹，计算每个液压支架对应的修正数据，发送给电液控制系统，电液控制系统收到数据后，下发给液压支架控制器，控制器的“找直目标”参数会根据收到的数据进行修正，液压支架按照“找直目标”数据进行推溜或拉架。
更进一步地，修正过程中，系统实时监视传感器数值，行程传感器数值与目标行程值，记录每个控制器中电液控制系统的修正值、移架找直目标值及实际推溜后行程值，最终达到工作面找直的目标。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种工作面取直方法，针对惯导数据分析采煤机行进轨迹，计算每个液压支架对应的修正数据，发送给电液控制系统，电液控制系统收到数据后，下发给液压支架控制器，控制器的“找直目标”参数会根据收到的数据进行修正，液压支架按照“找直目标”数据进行推溜或拉架；修正过程中，系统实时监视传感器数值，行程传感器数值与目标行程值，记录每个控制器中电液控制系统的修正值、移架找直目标值及实际推溜后行程值，从而最终达到工作面找直的目标，本发明结合高精度惯导系统，有效的解决工作面的取直问题，可以有效提高煤炭开采效率，更好的实现煤矿生产现场的本质化人机安全，有效实现减员增效，加速推进真正意义上的综合联采机械自动化。
附图说明
图1为现有采煤机工作界面示意图；
图2为本发明修正后采煤机工作界面示意图。
具体实施方式
下面将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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中：提供一种工作面取直方法，利用惯导系统测量出的采煤机行动轨迹，计算出相应的支架的应推距离，从而指导支架推移，实现采煤工作面取直，具体步骤如下：
第一步：建立惯导数据解算采煤机坐标：
横滚角速率对时间积分，得到横滚角，采煤机横向角度波动；
Figure 659270DEST_PATH_IMAGE001
俯仰角速率对时间积分，得到俯仰角，采煤机竖向角度波动
Figure 636322DEST_PATH_IMAGE002
航向角速率对时间积分，得到航向角，采煤机前后向角度波动
Figure 328335DEST_PATH_IMAGE003
X速度对时间积分得到位移，按照横滚角cos投影得到坐标系内真实位移；
Figure 252297DEST_PATH_IMAGE004
Y速度对时间积分得到位移，按照航向角cos投影得到坐标系内真实位移；
Figure 775682DEST_PATH_IMAGE005
Z速度对时间积分得到位移，按照俯仰角cos投影得到坐标系内真实位移；
Figure 143210DEST_PATH_IMAGE006
编码器实时数据对采煤机位移进行实时修正；
Figure 853677DEST_PATH_IMAGE007
将以上原始数据转换为采煤机在三维坐标系中的X，Y，Z，三个轴的位置变换数据；
第二步：数据有效存储计算：由于惯导系统数据的是特定频率下的发送数据，所以从数据特性上看是求离散型数据的均值；所以需要计算出在采煤机经过一个支架的起点到终点中每一个离散点的截割深度，并求出均值，但是由于煤壁的坚硬程度不同，煤机并不是一直向一个方向运动，煤机有可能反复在一个部位截割，也可能停机进行必要的支护工作；所以计算一个支架的起点到终点中每一个离散点的截割深度必须按照x轴的刻度系数进行存储，从而有效避免了重复数据或是数据变更造成的计算误差；具体如下：
步骤201）：把支架单位长度L分成n小份，同时建立一个n长度的数组，用来存储每一个点的截割深度h；
步骤202）：利用x轴的数据量作为数组的下标，使得采煤机来回截割，或是停机重复采集数据，也不会影响整个数组；
步骤203）：计算平均截割深度：
Figure 333329DEST_PATH_IMAGE008
第三步：计算支架应推距离：由于惯导系统是用采煤机起始点为原点建立的坐标系，所以采煤机的轨迹初始点是坐标系的原点，按照采煤机和液压支架的型号可以定出采煤机标准一次推架的距离L，即一次标准的割煤深度，如果其中一个支架截割深度过大，那下一次就应该要少截割一些，从而达到整个工作面的水平，支架的最终应推距离是：
Figure 914483DEST_PATH_IMAGE010
在上述实施例中，针对惯导数据分析采煤机行进轨迹，计算每个液压支架对应的修正数据，发送给电液控制系统，电液控制系统收到数据后，下发给液压支架控制器，控制器的“找直目标”参数会根据收到的数据进行修正，液压支架按照“找直目标”数据进行推溜或拉架；修正过程中，系统实时监视传感器数值，行程传感器数值与目标行程值，记录每个控制器中电液控制系统的修正值、移架找直目标值及实际推溜后行程值，最终达到工作面找直的目标，如图2所示。
实施案例：
将本发明方法应用在兖矿集团所属煤矿工作面试点研发建设，之后根据试用效果开展推广应用，通过此方法可以有效实现工作面自动取直，能够有效提高煤炭开采效率，更好的实现煤矿生产现场的本质化人机安全；有效实现减员增效，加速推进真正意义上的综合联采机械自动化。
工作原理：本发明提供的一种工作面取直方法，结合高精度惯导系统，有效的解决工作面的取直问题，可以针对惯导数据分析采煤机行进轨迹，计算每个液压支架对应的修正数据，发送给电液控制系统，电液控制系统收到数据后，下发给液压支架控制器，控制器的“找直目标”参数会根据收到的数据进行修正，液压支架按照“找直目标”数据进行推溜或拉架；修正过程中，系统实时监视传感器数值，行程传感器数值与目标行程值，记录每个控制器中电液控制系统的修正值、移架找直目标值及实际推溜后行程值，从而最终达到工作面找直的目标，有效提高煤炭开采效率，更好的实现煤矿生产现场的本质化人机安全；有效实现减员增效，加速推进真正意义上的综合联采机械自动化。
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披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种工作面取直方法，其特征在于，利用惯导系统测量出的采煤机行动轨迹，计算出相应的支架的应推距离，从而指导支架推移，实现采煤工作面取直，具体步骤如下：
步骤1)：建立惯导数据解算采煤机坐标：
横滚角速度对时间积分，得到横滚角，采煤机横向角度波动；
横滚角＝∫0 tW横滚角速度t
俯仰角速度对时间积分，得到俯仰角，采煤机竖向角度波动；
俯仰角＝∫0 tW俯仰角速度t
航向角速度对时间积分，得到航向角，采煤机前后向角度波动；
航向角＝∫0 tW航向角速度t
X轴速度对时间积分得到位移，按照横滚角cos投影得到坐标系内真实位移；
X轴位移＝∫0 t{cos(∫0 tW横滚角速度t)∫0 tVX速度t}t
Y轴速度对时间积分得到位移，按照航向角cos投影得到坐标系内真实位移；
Y轴位移＝∫0 t{cos(∫0 tW航向角速度t)∫0 tVY速度t}t
Z轴速度对时间积分得到位移，按照俯仰角cos投影得到坐标系内真实位移；
Z轴位移＝∫0 t{cos(∫0 tW俯仰角速度t)∫0 tVZ速度t}t
编码器实时数据对采煤机位移讲行实时修正；
采煤机位移＝∫0 t{cos(∫0 tW瞬时角速度t)∫0 tV瞬时速度t}t+ΔX编码器修正值
步骤2)：数据有效存储计算：
步骤201)：把支架单位长度L分成n小份，同时建立一个长度为n的数组，用来存储每一个点的截割深度h；
步骤202)：利用x轴的数据量作为数组的下标，使得采煤机来回截割，或是停机重复采集数据，也不会影响整个数组；
步骤203)：计算平均截割深度：
Figure FDA0002770911700000021
步骤3)：计算支架应推距离：由于惯导系统是用采煤机起始点为原点建立的坐标系，所以采煤机的轨迹初始点是坐标系的原点，按照采煤机和液压支架的型号定出采煤机标准一次推架的距离H，即一次标准的割煤深度，如果其中一个支架截割深度过大，那下一次就要少截割一些，从而达到整个工作面的水平，支架的最终应推距离是：
Hn号支架应推距离＝H标准的割煤深度-Hn号支架平均截割深度。
2.如权利要求1所述的一种工作面取直方法，其特征在于，步骤3)中针对惯导数据分析采煤机行进轨迹，计算每个液压支架对应的修正数据，发送给电液控制系统，电液控制系统收到数据后，下发给液压支架控制器，控制器的“找直目标”参数会根据收到的数据进行修正，液压支架按照“找直目标”数据进行推溜或拉架。
3.如权利要求2所述的一种工作面取直方法，其特征在于，修正过程中，系统实时监视传感器数值，行程传感器数值与目标行程值，记录每个控制器中电液控制系统的修正值、拉架找直目标值及实际推溜后行程值，最终达到工作面找直的目标。
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