CN113093683B - 放顶煤控制方法、系统、装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种放顶煤控制方法、系统、装置和电子设备，涉及自动化采煤的技术领域，包括：获取目标放顶煤参数；利用放顶煤控制参数预测模型对目标放顶煤参数进行处理，得到目标放顶煤支架的目标控制参数，其中，目标控制参数包括：闸板的目标开合角度、闸板的目标伸缩距离和闸板的目标开合时间；基于目标控制参数控制目标放顶煤支架执行当前放顶煤操作。本发明方法在放顶煤之前进行了放顶煤支架控制参数的预测，进而实现了闸板一次性开合完成放顶煤操作，既提高了生产效率又降低了人工操作成本，从而有效地缓解了现有技术中的放顶煤方法存在的生产效率低且成本高的技术问题。

Description

放顶煤控制方法、系统、装置和电子设备

技术领域

本发明涉及自动化采煤的技术领域，尤其是涉及一种放顶煤控制方法、系统、装置和电子设备。

背景技术

目前综采通过人工开启闸板的方式进行放顶煤，操作人员通过肉眼观察放顶煤过程中的夹矸量间接判断放顶煤是否完成，当夹矸量达到一定程度后关闭闸门停止放顶煤，完成一次单闸板的放顶煤过程。也就是说，现有技术中需要人工干预整个放顶煤过程，由于放顶煤过程灰尘较大，无法实时观察含矸情况，所以中间要进行多次放顶煤和停放，在停止放顶煤后观察含矸率决定是否最终停止放顶煤。整个过程需要人为干预，自动化程度较低，且设备多次启停既耗费电能又降低了闸板的使用寿命。

综上所述，现有技术中的放顶煤方法存在生产效率低且成本高的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种放顶煤控制方法、系统、装置和电子设备，以缓解了现有技术中的放顶煤方法存在的生产效率低且成本高的技术问题。

第一方面，本发明提供一种放顶煤控制方法，包括：获取目标放顶煤参数；其中，所述目标放顶煤参数包括：目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、所述目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机的实时载料量；利用放顶煤控制参数预测模型对所述目标放顶煤参数进行处理，得到所述目标放顶煤支架的目标控制参数；其中，所述目标控制参数包括：闸板的目标开合角度、所述闸板的目标伸缩距离和所述闸板的目标开合时间；基于所述目标控制参数控制所述目标放顶煤支架执行当前放顶煤操作。

在可选的实施方式中，所述放顶煤控制参数预测模型包括：闸板开合角度预测模型、闸板伸缩距离预测模型和闸板开合时间预测模型。

在可选的实施方式中，利用放顶煤控制参数预测模型对所述目标放顶煤参数进行处理，得到所述目标放顶煤支架的目标控制参数，包括：基于所述闸板开合角度预测模型和所述煤输送机的实时载料量确定所述闸板的目标开合角度；利用所述闸板伸缩距离预测模型对所述摆动尾梁上方煤块的平均直径进行处理，得到所述闸板的目标伸缩距离；利用所述闸板开合时间预测模型对所述闸板的目标开合角度、所述闸板的目标伸缩距离和所述目标放顶煤参数进行处理，得到所述闸板的目标开合时间。

在可选的实施方式中，基于所述闸板开合角度预测模型和所述煤输送机的实时载料量确定所述闸板的目标开合角度，包括：获取所述煤输送机处于满载状态的满载体积；基于所述煤输送机的实时载料量和所述满载体积确定所述煤输送机的载料占比；其中，所述载料占比用于表征所述煤输送机的当前载料程度；利用所述闸板开合角度预测模型对所述载料占比进行处理，得到所述闸板的目标开合角度。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：获取训练样本集；其中，所述训练样本集中包括多种场景下的多组放顶煤数据，每组所述放顶煤数据包括：放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、所述放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径、煤输送机的载料量、闸板的开合角度、所述闸板的伸缩距离和所述闸板的开合时间；基于所述放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和所述闸板的伸缩距离对闸板伸缩距离线性回归模型进行训练，得到闸板伸缩距离预测模型；基于所述煤输送机的载料量和所述闸板的开合角度对闸板开合角度线性回归模型进行训练，得到闸板开合角度预测模型；基于所述放顶煤数据对初始闸板开合时间回归模型进行训练，得到闸板开合时间预测模型。

在可选的实施方式中，所述闸板开合时间预测模型包括：随机森林模型。

第二方面，本发明提供一种放顶煤控制系统，包括：放顶煤支架、雷达、结构光三维扫描仪、测距仪、角度传感器、载料测量装置和放顶煤控制器；所述放顶煤控制器用于执行上述前述实施方式中任一项所述的放顶煤控制方法；所述雷达安装在所述放顶煤支架的顶梁上方；所述结构光三维扫描仪安装在所述放顶煤支架的摆动尾梁上方；所述测距仪安装在所述摆动尾梁的第一预设位置上；所述角度传感器安装在所述顶梁和所述摆动尾梁的交界处；所述雷达用于采集所述放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度，并将所述煤层的厚度发送至所述放顶煤控制器；所述结构光三维扫描仪用于测量所述放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径，并将所述煤块的平均直径发送至所述放顶煤控制器；所述测距仪用于获取所述放顶煤支架的闸板伸缩距离，并将所述闸板伸缩距离发送至所述放顶煤控制器；所述角度传感器用于获取所述闸板的开合角度，并将所述闸板的开合角度发送至所述放顶煤控制器；所述载料测量装置用于监测煤输送机实时载料量，并将所述实时载料量发送至所述放顶煤控制器。

第三方面，本发明提供一种放顶煤控制装置，包括：第一获取模块，用于获取目标放顶煤参数；其中，所述目标放顶煤参数包括：目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、所述目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机的实时载料量；处理模块，用于利用放顶煤控制参数预测模型对所述目标放顶煤参数进行处理，得到所述目标放顶煤支架的目标控制参数；其中，所述目标控制参数包括：闸板的目标开合角度、所述闸板的目标伸缩距离和所述闸板的目标开合时间；控制模块，用于基于所述目标控制参数控制所述目标放顶煤支架执行当前放顶煤操作。

第四方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述前述实施方式中任一项所述的方法的步骤。

第五方面，本发明提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行前述实施方式中任一项所述的方法。

本发明提供的放顶煤控制方法，首先，获取目标放顶煤参数；其中，目标放顶煤参数包括：目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机的实时载料量；然后，利用放顶煤控制参数预测模型对目标放顶煤参数进行处理，得到目标放顶煤支架的目标控制参数；其中，目标控制参数包括：闸板的目标开合角度、闸板的目标伸缩距离和闸板的目标开合时间；最后，基于目标控制参数控制目标放顶煤支架执行当前放顶煤操作。本发明方法在放顶煤之前进行了放顶煤支架控制参数的预测，进而实现了闸板一次性开合完成放顶煤操作，既提高了生产效率又降低了人工操作成本，从而有效地缓解了现有技术中的放顶煤方法存在的生产效率低且成本高的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种放顶煤控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种双输送机低位插板式放顶煤支架的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种利用放顶煤控制参数预测模型对目标放顶煤参数进行处理，得到目标放顶煤支架的目标控制参数的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种放顶煤控制系统的组成结构图；

图5为本发明实施例提供的一种放顶煤控制装置的功能模块图；

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

放顶煤采煤法是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采高为2～3m的采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放顶煤窗口”放出，并由刮板运输机运出工作面。井下工人通过闸板的开合控制放顶煤，因为煤层上面就是矸石，不需要被放出，所以放顶煤过程需要人工干预，当看到有矸石放出时则关闭闸板，完成本次放顶煤。

由于放顶煤过程灰尘较大，无法实时观察含矸情况，所以中间要进行多次放顶煤和停放，在停止放顶煤后观察含矸率决定是否最终停止放顶煤。设备的多次启停既耗费电能又降低了闸板的使用寿命，人力及设备的成本较高；且自动化程度低导致生产效率低下。有鉴于此，本发明实施例提供了一种放顶煤控制方法，用以缓解上文中所提出的技术问题。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种放顶煤控制方法的流程图，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤S102，获取目标放顶煤参数。

本发明实施例提供的放顶煤控制方法，为了节省人力成本，以及避免设备的多次启停，采用事前预测的发明思路，设法通过准确的控制闸板的一次启停完成放顶煤操作。具体的，为了对放顶煤过程进行控制，方法执行之初首先要获取目标放顶煤参数，其中，目标放顶煤参数包括：目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机的实时载料量。

在本发明实施例中，目标放顶煤支架可采用图2所示的双输送机低位插板式放顶煤支架，该支架包括：摆动尾梁1，闸板尾部的伸缩插板3，双四连杆4，顶梁5，斜撑千斤顶6，底座7，前部输送机8，后部输送机9，后推移千斤顶10和立柱11。用户也可以根据实际情况选择其他类型的放顶煤支架，只要是通过闸板开合放顶煤，并且闸板尾部有伸缩插板的均适用本发明实施例提供的放顶煤控制方法。

实际操作时，目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度可利用雷达来获取；目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径可通过结构光三维扫描仪测量得到；而煤输送机(下文中简称输送机)的实时载料量可利用载料测量装置进行实时监测。载料测量装置可以选择在输送机的上方搭建，采用808红外线激光，配合黑白工业相机，实时监测输送机的载料量，可防止带料量过大，输送机过载以及运输效率低的问题。

步骤S104，利用放顶煤控制参数预测模型对目标放顶煤参数进行处理，得到目标放顶煤支架的目标控制参数。

具体的，本发明实施例采用机器学习的方法对目标放顶煤支架的目标控制参数进行预测，利用训练后的放顶煤控制参数预测模型对上述目标放顶煤参数进行处理，进而确定目标控制参数，其中，目标控制参数包括：闸板的目标开合角度、闸板的目标伸缩距离和闸板的目标开合时间。

闸板的开合角度表示放顶煤支架的顶梁与摆动尾梁之间的角度，上述目标开合角度，即表示在当前的目标放顶煤参数下，需要闸板一次开合完成放顶煤时，顶梁与摆动尾梁所需达到的角度。

闸板的伸缩距离表示通过控制闸板尾部的伸缩插板伸缩所达到的闸板长度，上述目标伸缩距离，即表示在当前的目标放顶煤参数下，闸板一次开合完成放顶煤时所需的闸板长度。

闸板的开合时间表示闸板从开启到闭合的总时间，例如，闸板需要开启10度进行放煤，开合时间8秒，则闸板开始启动后计时，到闸板到达10度，再从10度关闭到初始状态，一共8秒；闸板的目标开合时间表示闸板需要开启目标开合角度进行放煤时的开合时间。

结合图2以及放顶煤过程可知，在已知顶梁上方煤层厚度，摆动尾梁上方煤块平均直径以及输送机的实时载料量的前提下，控制目标放顶煤支架上的闸板开合角度、闸板开合时间、闸板尾部伸缩插板的伸缩控制的闸板伸缩距离即可实现放顶煤量大小的控制。因此，本发明实施例基于机器学习强大的学习能力，利用训练后的网络模型可对目标控制参数进行准确的预测。

步骤S106，基于目标控制参数控制目标放顶煤支架执行当前放顶煤操作。

在确定了目标控制参数之后，控制目标放顶煤支架基于目标控制参数执行当前放顶煤操作，即可实现闸板一次启停完成放顶煤，即节省了人力成本、提高了闸板的使用寿命又提升了放顶煤的生产效率。

本发明提供的放顶煤控制方法，首先，获取目标放顶煤参数；其中，目标放顶煤参数包括：目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机的实时载料量；然后，利用放顶煤控制参数预测模型对目标放顶煤参数进行处理，得到目标放顶煤支架的目标控制参数；其中，目标控制参数包括：闸板的目标开合角度、闸板的目标伸缩距离和闸板的目标开合时间；最后，基于目标控制参数控制目标放顶煤支架执行当前放顶煤操作。本发明方法在放顶煤之前进行了放顶煤支架控制参数的预测，进而实现了闸板一次性开合完成放顶煤操作，既提高了生产效率又降低了人工操作成本，从而有效地缓解了现有技术中的放顶煤方法存在的生产效率低且成本高的技术问题。

上文中对本发明实施例提供的放顶煤控制方法进行了简要的介绍，下面对方法中的一些可选实施方式进行具体介绍。

在一个可选的实施方式中，放顶煤控制参数预测模型包括：闸板开合角度预测模型、闸板伸缩距离预测模型和闸板开合时间预测模型。

在本发明实施例中，使用三种预测模型分别预测目标控制参数中的三个控制参数，闸板开合角度预测模型用于预测闸板的目标开合角度；闸板伸缩距离预测模型用于预测闸板的目标伸缩距离；闸板开合时间预测模型用于预测闸板的目标开合时间。在本发明实施例中，闸板开合角度预测模型的输出数据(闸板的目标开合角度)，以及，闸板伸缩距离预测模型的输出数据(闸板的目标伸缩距离)均需要再作为闸板开合时间预测模型的输入数据，结合目标放顶煤参数共同对闸板的目标开合时间进行预测。

在一个可选的实施方式中，如图3所示，上述步骤S104，利用放顶煤控制参数预测模型对目标放顶煤参数进行处理，得到目标放顶煤支架的目标控制参数，具体包括如下步骤：

步骤S1041，基于闸板开合角度预测模型和煤输送机的实时载料量确定闸板的目标开合角度。

具体的，放顶煤支架的闸板开合角度能够影响放顶煤的速度与放煤量，开合角度过大则会导致输送机过载，开合角度过小则可能会导致不能高效的利用输送机，造成资源浪费，因此，准确的闸板开和角度能够使得输送机接近满载。在本发明实施例中，闸板开合角度预测模型是通过统计大量的放顶煤数据之后，通过回归建立的放顶煤支架的闸板开和角度与输送机载料量的线性关系，也即，输送机在有料情况下闸板开合一定角度确保输送机能够满载。因此，在获取到输送机的实时载料量之后，结合闸板开合角度预测模型可确定出闸板的目标开合角度。

步骤S1042，利用闸板伸缩距离预测模型对摆动尾梁上方煤块的平均直径进行处理，得到闸板的目标伸缩距离。

在放顶煤过程中，结构光三维扫描仪能够扫描得到所有煤块的数据，进而计算出煤块的平均直径。若煤块过大，则容易堵塞放煤口，进而影响放顶煤进度。因此，可设置煤块平均直径阈值，基于结构光三维扫描仪获取的煤块平均直径对超阈值的情况进行及时报警，人工介入进行进一步的破碎。

结合图2可知，闸板尾部的伸缩插板如果伸出的长度较长，就会使得放煤口较小，可通过的煤块的直径就越小；反之，如果闸板尾部的伸缩插板伸出的长度较小，使得放煤口相对较大，那么可通过的煤块的直径就更大，也就是说，不同直径的煤块对应不同的插板伸缩距离，且二者负相关。

在本发明的实施例中，闸板伸缩距离预测模型是通过统计大量的放顶煤数据之后，通过回归建立的煤块平均直径与闸板伸缩距离的线性关系。因此，在获取到摆动尾梁上方煤块的平均直径之后，利用闸板伸缩距离预测模型对其进行处理，即可确定出闸板的目标伸缩距离。

步骤S1043，利用闸板开合时间预测模型对闸板的目标开合角度、闸板的目标伸缩距离和目标放顶煤参数进行处理，得到闸板的目标开合时间。

通过上文中的描述可知，闸板的伸缩距离与摆动尾梁上方煤块的平均直径存在线性关系，闸板的开合角度与输送机的实时载料量存在线性关系，但是，闸板的伸缩距离也会在一定程度上影响输送机载料量，开合角度也能影响到放煤口可通过的煤块直径，因此，为了能够将参数之间相互影响的关系也纳入机器学习，本发明实施例通过统计大量的放顶煤数据之后，建立初始闸板开合时间预测模型并进行训练，训练后得到闸板开合时间预测模型，模型的输入数据包括：顶梁上方煤层的厚度、摆动尾梁上方煤块的平均直径、煤输送机的载料量、闸板的开合角度和闸板的伸缩距离，模型的输出数据为闸板的开合时间。

因此，在获取到目标放顶煤参数且确定出闸板的目标开合角度和闸板的目标伸缩距离之后，将上述数据一同输入闸板开合时间预测模型，进而可确定闸板的目标开合时间。

在一个可选的实施方式中，闸板开合时间预测模型包括：随机森林模型，其他能够进行回归的模型也可实现该功能，本发明实施例不对上述所有预测模型的结构进行具体限定，用户可以根据实际需求进行选择。

上文中对如何确定目标放顶煤支架的目标控制参数的过程进行了详细的描述，下面对如何利用闸板开合角度预测模型预测闸板的目标开合角度的过程进行具体介绍。

在一个可选的实施方式中，上述步骤S1041，基于闸板开合角度预测模型和煤输送机的实时载料量确定闸板的目标开合角度，具体包括如下步骤：

步骤S10411，获取煤输送机处于满载状态的满载体积。

步骤S10412，基于煤输送机的实时载料量和满载体积确定煤输送机的载料占比。

由于不同型号的输送机在满载时的体积不同，因此，如果利用输送机的载料体积确定闸板的开和角度，则方法仅适用于配有相同满载体积的输送机的放顶煤支架。为了提高本发明实施例提供的放顶煤控制方法的普适性，根据输送机的载料量即可确定闸板的开和角度，本发明实施例还需要根据三角测量法(也可选择其他方法)，预先标定煤输送机处于满载状态的满载体积，这样，载料测量装置在对输送机的实时载料量进行实时监测过程中，智能芯片(例如，基于海思芯片开发的芯片)根据图像中的激光利用透视变化可获取到输送机的载料体积，然后根据载料体积和满载体积即可计算出当前煤输送机的载料占比，其中，载料占比用于表征煤输送机的当前载料程度。

步骤S10413，利用闸板开合角度预测模型对载料占比进行处理，得到闸板的目标开合角度。

为了使得本发明实施例提供的方法适用于多种满载体积的输送机，闸板开合角度预测模型在训练时使用的数据具体为输送机的载料占比和闸板开合角度，因此，在得到煤输送机的实时载料量对应的载料占比之后，利用闸板开合角度预测模型对载料占比进行处理，即可确定出闸板的目标开合角度。

上文中对使用放顶煤控制方法对放顶煤支架进行控制，以实现闸板单次启停完成放顶煤操作的过程进行了详细的描述，下面对如何得到闸板开合角度预测模型、闸板伸缩距离预测模型和闸板开合时间预测模型的过程进行介绍。

在一个可选的实施方式中，本发明方法还包括如下步骤：

步骤S201，获取训练样本集。

步骤S202，基于放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和闸板的伸缩距离对闸板伸缩距离线性回归模型进行训练，得到闸板伸缩距离预测模型。

步骤S203，基于煤输送机的载料量和闸板的开合角度对闸板开合角度线性回归模型进行训练，得到闸板开合角度预测模型。

步骤S204，基于放顶煤数据对初始闸板开合时间回归模型进行训练，得到闸板开合时间预测模型。

具体的，要想利用机器学习进行目标放顶煤支架的目标控制参数的预测，首先需要获取训练样本集，其中，训练样本集中包括多种场景下的多组放顶煤数据，每组放顶煤数据包括：放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径、煤输送机的载料量、闸板的开合角度、闸板的伸缩距离和闸板的开合时间。上文中默认每组放顶煤数据是完整的，也即，没有缺失的数据。

若在样本收集过程中，存在缺失数据，则首先应进行缺失值处理，具体为：利用已收集样本中缺失数据对应参数的均值对缺失值进行填充，进而获得完整的训练样本集。

本发明实施例中使用了闸板开合角度预测模型、闸板伸缩距离预测模型和闸板开合时间预测模型，通过上文的描述中可知各个模型所涉及的相应放顶煤数据，因此，利用样本数据对各个回归模型进行训练，即可得到相应的预测模型，其中，为了提高方法的普适性，对闸板开合角度线性回归模型进行训练时，具体使用的数据是煤输送机的载料量对应的载料占比和闸板的开合角度；对初始闸板开合时间回归模型进行训练时，也同样是使用载料占比替代载料量。

本发明实施例提供的放顶煤控制方法，在获取目标放顶煤参数(包括：目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、所述目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机的实时载料量)之后，可在放顶煤之前进行放顶煤支架控制参数的预测，通过闸板的一次性开合完成放顶煤操作，既提高了生产效率又降低了人工操作成本，从而有效地缓解了现有技术中的放顶煤方法存在的生产效率低且成本高的技术问题。

实施例二

本发明实施例还提供了一种放顶煤控制系统，如图4所示，该放顶煤控制系统包括：放顶煤支架、雷达12、结构光三维扫描仪14、测距仪15、角度传感器13、载料测量装置16和放顶煤控制器(图中未示出)；放顶煤控制器主要用于执行上述实施例一所提供的放顶煤控制方法，以下对本发明实施例提供的放顶煤控制系统做具体介绍。

雷达安装在放顶煤支架的顶梁上方；结构光三维扫描仪安装在放顶煤支架的摆动尾梁上方；测距仪安装在摆动尾梁的第一预设位置上；角度传感器安装在顶梁和摆动尾梁的交界处。

雷达用于采集放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度，并将煤层的厚度发送至放顶煤控制器。

结构光三维扫描仪用于测量放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径，并将煤块的平均直径发送至放顶煤控制器。

测距仪用于获取放顶煤支架的闸板伸缩距离，并将闸板伸缩距离发送至放顶煤控制器。

角度传感器用于获取闸板的开合角度，并将闸板的开合角度发送至放顶煤控制器。

载料测量装置用于监测煤输送机实时载料量，并将实时载料量发送至放顶煤控制器。

在执行放顶煤操作时，雷达、结构光三维扫描仪和载料测量装置分别获取放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机实时载料量，并将数据发送至放顶煤控制器，放顶煤控制器在获取到上述数据之后，利用放顶煤控制参数预测模型预测出放顶煤支架的目标控制参数，并控制放顶煤支架基于目标控制参数执行当前放顶煤操作。

鉴于目标控制参数中包括：闸板的目标开合角度、闸板的目标伸缩距离和闸板的目标开合时间，因此，还需在放顶煤支架上设置测距仪和角度传感器，以获取放顶煤支架的闸板伸缩距离和闸板的开合角度，进而对放顶煤支架进行准确的控制，完成单次放顶煤操作。

实施例三

本发明实施例还提供了一种放顶煤控制装置，该放顶煤控制装置主要用于执行上述实施例一所提供的放顶煤控制方法，以下对本发明实施例提供的放顶煤控制装置做具体介绍。

图5是本发明实施例提供的一种放顶煤控制装置的功能模块图，如图5所示，该装置主要包括：第一获取模块100，处理模块200，控制模块300，其中：

第一获取模块100，用于获取目标放顶煤参数；其中，目标放顶煤参数包括：目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机的实时载料量。

处理模块200，用于利用放顶煤控制参数预测模型对目标放顶煤参数进行处理，得到目标放顶煤支架的目标控制参数；其中，目标控制参数包括：闸板的目标开合角度、闸板的目标伸缩距离和闸板的目标开合时间。

控制模块300，用于基于目标控制参数控制目标放顶煤支架执行当前放顶煤操作。

本发明提供的放顶煤控制装置，包括：第一获取模块100，用于获取目标放顶煤参数；其中，目标放顶煤参数包括：目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机的实时载料量；处理模块200，用于利用放顶煤控制参数预测模型对目标放顶煤参数进行处理，得到目标放顶煤支架的目标控制参数；其中，目标控制参数包括：闸板的目标开合角度、闸板的目标伸缩距离和闸板的目标开合时间；控制模块300，用于基于目标控制参数控制目标放顶煤支架执行当前放顶煤操作。本发明装置能够在放顶煤之前进行放顶煤支架控制参数的预测，进而实现了闸板一次性开合完成放顶煤操作，既提高了生产效率又降低了人工操作成本，从而有效地缓解了现有技术中的放顶煤方法存在的生产效率低且成本高的技术问题。

可选的，放顶煤控制参数预测模型包括：闸板开合角度预测模型、闸板伸缩距离预测模型和闸板开合时间预测模型。

可选的，处理模块200包括：

确定单元，用于基于闸板开合角度预测模型和煤输送机的实时载料量确定闸板的目标开合角度。

第一处理单元，用于利用闸板伸缩距离预测模型对摆动尾梁上方煤块的平均直径进行处理，得到闸板的目标伸缩距离。

第二处理单元，用于利用闸板开合时间预测模型对闸板的目标开合角度、闸板的目标伸缩距离和目标放顶煤参数进行处理，得到闸板的目标开合时间。

可选的，确定单元具体用于：

获取煤输送机处于满载状态的满载体积。

基于煤输送机的实时载料量和满载体积确定煤输送机的载料占比；其中，载料占比用于表征煤输送机的当前载料程度。

利用闸板开合角度预测模型对载料占比进行处理，得到闸板的目标开合角度。

可选的，该装置还包括：

第二获取模块，用于获取训练样本集；其中，训练样本集中包括多种场景下的多组放顶煤数据，每组放顶煤数据包括：放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径、煤输送机的载料量、闸板的开合角度、闸板的伸缩距离和闸板的开合时间。

第一训练模块，用于基于放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和闸板的伸缩距离对闸板伸缩距离线性回归模型进行训练，得到闸板伸缩距离预测模型。

第二训练模块，用于基于煤输送机的载料量和闸板的开合角度对闸板开合角度线性回归模型进行训练，得到闸板开合角度预测模型。

第三训练模块，用于基于放顶煤数据对初始闸板开合时间回归模型进行训练，得到闸板开合时间预测模型。

可选的，闸板开合时间预测模型包括：随机森林模型。

实施例四

参见图6，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器60，存储器61，总线62和通信接口63，所述处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接；处理器60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器61用于存储程序，所述处理器60在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中，或者由处理器60实现。

处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例所提供的一种放顶煤控制方法、系统、装置和电子设备的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种放顶煤控制方法，其特征在于，包括：

获取目标放顶煤参数；其中，所述目标放顶煤参数包括：目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、所述目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机的实时载料量；

利用放顶煤控制参数预测模型对所述目标放顶煤参数进行处理，得到所述目标放顶煤支架的目标控制参数；其中，所述目标控制参数包括：闸板的目标开合角度、所述闸板的目标伸缩距离和所述闸板的目标开合时间；

基于所述目标控制参数控制所述目标放顶煤支架执行当前放顶煤操作；

其中，所述放顶煤控制参数预测模型包括：闸板开合角度预测模型、闸板伸缩距离预测模型和闸板开合时间预测模型；

其中，利用放顶煤控制参数预测模型对所述目标放顶煤参数进行处理，得到所述目标放顶煤支架的目标控制参数，包括：

基于所述闸板开合角度预测模型和所述煤输送机的实时载料量确定所述闸板的目标开合角度；

利用所述闸板伸缩距离预测模型对所述摆动尾梁上方煤块的平均直径进行处理，得到所述闸板的目标伸缩距离；

利用所述闸板开合时间预测模型对所述闸板的目标开合角度、所述闸板的目标伸缩距离和所述目标放顶煤参数进行处理，得到所述闸板的目标开合时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述闸板开合角度预测模型和所述煤输送机的实时载料量确定所述闸板的目标开合角度，包括：

获取所述煤输送机处于满载状态的满载体积；

基于所述煤输送机的实时载料量和所述满载体积确定所述煤输送机的载料占比；其中，所述载料占比用于表征所述煤输送机的当前载料程度；

利用所述闸板开合角度预测模型对所述载料占比进行处理，得到所述闸板的目标开合角度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取训练样本集；其中，所述训练样本集中包括多种场景下的多组放顶煤数据，每组所述放顶煤数据包括：放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、所述放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径、煤输送机的载料量、闸板的开合角度、所述闸板的伸缩距离和所述闸板的开合时间；

基于所述放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和所述闸板的伸缩距离对闸板伸缩距离线性回归模型进行训练，得到闸板伸缩距离预测模型；

基于所述煤输送机的载料量和所述闸板的开合角度对闸板开合角度线性回归模型进行训练，得到闸板开合角度预测模型；

基于所述放顶煤数据对初始闸板开合时间回归模型进行训练，得到闸板开合时间预测模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述闸板开合时间预测模型包括：随机森林模型。

5.一种放顶煤控制系统，其特征在于，包括：放顶煤支架、雷达、结构光三维扫描仪、测距仪、角度传感器、载料测量装置和放顶煤控制器；所述放顶煤控制器用于执行上述权利要求1-4中任一项所述的放顶煤控制方法；

所述雷达安装在所述放顶煤支架的顶梁上方；所述结构光三维扫描仪安装在所述放顶煤支架的摆动尾梁上方；所述测距仪安装在所述摆动尾梁的第一预设位置上；所述角度传感器安装在所述顶梁和所述摆动尾梁的交界处；

所述雷达用于采集所述放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度，并将所述煤层的厚度发送至所述放顶煤控制器；

所述结构光三维扫描仪用于测量所述放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径，并将所述煤块的平均直径发送至所述放顶煤控制器；

所述测距仪用于获取所述放顶煤支架的闸板伸缩距离，并将所述闸板伸缩距离发送至所述放顶煤控制器；

所述角度传感器用于获取所述闸板的开合角度，并将所述闸板的开合角度发送至所述放顶煤控制器；

所述载料测量装置用于监测煤输送机实时载料量，并将所述实时载料量发送至所述放顶煤控制器。

6.一种放顶煤控制装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取目标放顶煤参数；其中，所述目标放顶煤参数包括：目标放顶煤支架的顶梁上方煤层的厚度、所述目标放顶煤支架的摆动尾梁上方煤块的平均直径和煤输送机的实时载料量；

处理模块，用于利用放顶煤控制参数预测模型对所述目标放顶煤参数进行处理，得到所述目标放顶煤支架的目标控制参数；其中，所述目标控制参数包括：闸板的目标开合角度、所述闸板的目标伸缩距离和所述闸板的目标开合时间；

控制模块，用于基于所述目标控制参数控制所述目标放顶煤支架执行当前放顶煤操作；

其中，所述放顶煤控制参数预测模型包括：闸板开合角度预测模型、闸板伸缩距离预测模型和闸板开合时间预测模型；

所述处理模块包括：

确定单元，用于基于所述闸板开合角度预测模型和所述煤输送机的实时载料量确定所述闸板的目标开合角度；

第一处理单元，用于利用所述闸板伸缩距离预测模型对所述摆动尾梁上方煤块的平均直径进行处理，得到所述闸板的目标伸缩距离；

第二处理单元，用于利用所述闸板开合时间预测模型对所述闸板的目标开合角度、所述闸板的目标伸缩距离和所述目标放顶煤参数进行处理，得到所述闸板的目标开合时间。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。

8.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行权利要求1至4中任一项所述的方法。

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