CN113160404B - 采煤机截割曲线规划方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采煤机截割曲线规划方法、系统、设备及存储介质，包括从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，并将采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心；获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；获取更新后的采煤机截割曲线，并将更新后的采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业；本发明通过实时获取综采工作面数据，采用大数据决策平台利用实时获取的综采工作面数据对开采数据模型进行进行实时更新，进而实现对采煤机控制的实时更新，实现了采煤设备的自动运行，避免人复杂矿井中记忆割煤需要较多的人工干预操作，满足煤矿智能化生产要求，有效提高了割煤效率。
Description
技术领域
本发明属于采煤自动化技术领域，特别涉及一种采煤机截割曲线规划方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
采煤自动化是在有线或无线控制井下生产设备，目前大多采用记忆割煤技术，即利用采煤机示范刀实现对工作面煤炭的快速开采；该方法的缺点在于，当工作面地质环境发生变化时，需要较多的人为干预，无法满足煤矿智能化生产要求，且割煤效率较低。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种采煤机截割曲线规划方法、系统、设备及存储介质，以解决现有的记忆割煤技术，人为干预较多，无法满足煤矿智能化生产要求，且割煤效率较低的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种采煤机截割曲线规划方法，包括以下步骤：
从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，并将采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心；
获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；
获取更新后的采煤机截割曲线，并将更新后的采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业。
进一步的，开采数据模型为工作面的三维空间信息、综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息与工作面煤层地理信息的三维空间融合得到；
开采数据模型的建立过程，具体如下：
利用物探及钻探方法，获取工作面煤层地理信息及工作面的三维空间信息；
利用三维可视化软件，根据工作面煤层地理信息及工作面的三维空间信息，建立地质模型；
获取综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息；
将综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息融合到地质模型中，得到开采数据模型。
进一步的，三维可视化软件采用Unity3D软件；地质模型为透明地质模型。
进一步的，采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心的过程，采用将采煤机截割曲线转换为煤机可识别数据串后，传输至煤机控制中心。
进一步的，采煤机截割曲线包括采煤机运行控制信息、支架运行参数、采煤运输机运行参数及地质模型的CT切片信息；其中，采煤机运行控制信息包括采煤机运行状态信息、采煤机姿态传感器数据、采煤机编码器实际位移量、采煤机采高和卧底量数据及采煤机视频信息。
进一步的，综采工作面数据包括综采工作面设备信息及煤层数据；其中，综采工作面设备信息包括采煤机运行状态信息、支架运行参数、破碎机-转载机-采煤运输机运行参数及泵站运行参数。
进一步的，获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新的过程，具体如下：
利用雷达、惯性导航系统及采煤机传感设备，实时获取综采工作面数据；
对获取的综采工作面数据进行预处理，获取预处理后的综采工作面数据；其中，预处理过程包括对综采工作面数据的降噪、清洗及检验操作；
对预处理后的综采工作面数据进行数据格式转换，并进行高度参数加权，得到加权处理后的数据信息；利用迭代算法，采用加权处理后的数据信息对开采数据模型进行实时更新，得到更新后的开采数据模型。
本发明还提供了一种采煤机截割曲线规划系统，包括模型模块、曲线模块及循环更新模块；
曲线提取模块，用于从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，并将采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心；
模型更新模块，用于获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；
曲线更新模块，用于获取更新后的采煤机截割曲线，并将更新后的采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业。
本发明还提供了一种采煤机截割曲线规划设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器中运行的可执行指令；所述处理器执行所述可执行指令时实现所述的采煤机截割曲线规划方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，所述可执行指令被处理器执行时实现所述的采煤机截割曲线规划方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种采煤机截割曲线规划方法、系统、设备及存储介质，通过将开采数据模型中的采煤机截割曲线实时下发至采煤机控制中心，实现采煤机设备的自动割煤；通过实时获取综采工作面数据，采用大数据决策平台利用实时获取的综采工作面数据对开采数据模型进行进行实时更新，进而实现对采煤机控制的实时更新，实现了采煤设备的自动运行，避免人复杂矿井中记忆割煤需要较多的人工干预操作，满足煤矿智能化生产要求，有效提高了割煤效率。
附图说明
图1为本发明所述的采煤机截割曲线规划方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种采煤机截割曲线规划方法，包括以下步骤：
步骤1、获取基于地质模型的开采数据模型；其中，地质模型为透明地质模型；开采数据模型为工作面的三维空间信息、综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息与工作面煤层地理信息的三维空间融合得到；开采模型的建立过程，具体如下：
步骤11、利用物探及钻探方法，获取工作面煤层地理信息及工作面的三维空间信息；
步骤12、利用三维可视化软件，根据工作面煤层地理信息及工作面的三维空间信息，建立地质模型；优选的，三维可视化软件采用Unity3D软件；
步骤13、获取综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息；
步骤14、将综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息融合到地质模型中，得到开采数据模型。
本发明中，将综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息融合到地质模型中，得到开采数据模型的过程，具体包括以下：根据机械配套及电气配套设计将综采设备的物理模型融入地质模型中；根据各综采设备机械动作特性及巷道环境，预设综采设备安全行动路径及范围；根据地质条件和安全与产量要求，设计各综采设备的运行参数；其中，各综采设备的运行参数包括各设备的功率、转速、开关顺序及协同启停关系；根据三部选定的既定参数作为开采工艺，根据地质模型变化更新采煤机截割曲线(顶底标高及方向速度)，根据采煤工艺和地质条件制定液压支架跟机拉架曲线和跟机参数；根据采煤机，液压支架采掘能力，制定运输三机、供液系统、电力系统输出功率调节参数；开采数据模型包括开采工艺、采煤机截割曲线、液压跟机曲线、跟机参数、供电、供液、运输系统协同参数和控制内容的总合。
步骤2、从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，将采煤机截割曲线实时转换为煤机可识别数据串，并将煤机可识别数据串下发至采煤机控制中心，通过采煤机控制中心控制采煤机对煤层进行割采。
其中，采煤机截割曲线包括采煤机运行控制信息、支架运行参数、采煤运输机运行参数及地质模型的CT切片信息；其中，采煤机运行控制信息包括采煤机运行状态信息、采煤机姿态传感器数据、采煤机编码器实际位移量、采煤机采高和卧底量数据及采煤机视频信息。
步骤3、获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；其中，综采工作面数据包括综采工作面设备信息及煤层数据；其中，综采工作面设备信息包括采煤机运行状态信息、支架运行参数、破碎机-转载机-采煤运输机运行参数及泵站运行参数。
本发明中，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新的过程，具体如下：
步骤31、利用雷达、惯性导航系统及采煤机传感设备，实时获取综采工作面数据；
步骤32、对获取的综采工作面数据进行预处理，获取预处理后的综采工作面数据；其中，预处理过程包括对综采工作面数据的降噪、清洗及检验操作；
步骤33、对预处理后的综采工作面数据进行数据格式转换，并进行高度参数加权，得到加权处理后的数据信息；利用迭代算法，采用加权处理后的数据信息对开采数据模型进行实时更新，得到更新后的开采数据模型。
步骤4、从更新后的开采数据模型中，获取更新后的采煤机截割曲线，将更新后的采煤机截割曲线转换为煤机可识别数据串后，下方至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业。
本发明还提供了一种采煤机截割曲线规划系统，包括模型模块、曲线模块及循环更新模块；曲线提取模块，用于从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，并将采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心；模型更新模块，用于获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；曲线更新模块，用于获取更新后的采煤机截割曲线，并将更新后的采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业。
本发明还提供了一种采煤机截割曲线规划设备，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如采煤机截割曲线规划程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述采煤机截割曲线规划方法中的步骤；例如：从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，并将采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心；获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；获取更新后的采煤机截割曲线，并将更新后的采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业。
或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述采煤机截割曲线规划系统中各模块的功能，曲线提取模块，用于从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，并将采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心；模型更新模块，用于获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；曲线更新模块，用于获取更新后的采煤机截割曲线，并将更新后的采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述采煤机截割曲线规划设备中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成模型模块、曲线模块及循环更新模块；各模块具体功能如下：曲线提取模块，用于从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，并将采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心；模型更新模块，用于获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；曲线更新模块，用于获取更新后的采煤机截割曲线，并将更新后的采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业。
所述采煤机截割曲线规划设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述采煤机截割曲线规划设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述并不构成对采煤机截割曲线规划设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述采煤机截割曲线规划设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备及总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。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，所述处理器是所述采煤机截割曲线规划设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个采煤机截割曲线规划设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述采煤机截割曲线规划设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
所述采煤机截割曲线规划设备集成的模块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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述方法的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
实施例
如附图1所示，本实施例提供了一种采煤机截割曲线规划方法，具体包括以下步骤：
步骤1、获取基于地质模型的开采数据模型；其中，地质模型为透明地质模型；开采数据模型为采用工作面的三维空间信息、综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息与工作面煤层地理信息的三维空间融合得到；本实施例中，开采模型的建立过程，具体如下：
步骤11、利用物探及钻探方法，获取工作面煤层地理信息及工作面的三维空间信息；
步骤12、利用三维可视化软件，根据工作面煤层地理信息及工作面的三维空间信息，建立地质模型；其中，三维可视化软件为Unity3D。
步骤13、获取综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息；
步骤14、将综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息融合到地质模型中，得到开采数据模型。
步骤2、从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，将采煤机截割曲线转换为煤机可识别数据串，并将煤机可识别数据串下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业。
其中，采煤机截割曲线包括采煤机运行控制信息、支架运行参数、采煤运输机运行参数及地质模型的CT切片信息；其中，采煤机运行控制信息包括采煤机运行状态信息、采煤机姿态传感器数据、采煤机编码器实际位移量、采煤机采高和卧底量数据及采煤机视频信息。
本实施例中，采煤机运行控制信息具体包括采煤机工作电机运行电流及温度、摇臂轴温、滚筒高度及卧底量、采煤机的行走速度、采煤机定位位置、采煤机的俯仰采角度、采煤机行走方向的工作面倾角、液压系统备压压力、泵箱内液压油的高度、冷却水流量、压力、油箱温度及左右滚筒高度等。
步骤3、获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；更新过程具体如下：
步骤31、利用雷达、惯性导航系统及采煤机传感设备的实时数据进行采集，获取地质模型数据、雷达数据、惯导数据、煤机传感数据及实际初验测量值信息，进而实时获取综采工作面数据；
步骤32、对获取的综采工作面数据进行预处理，获取预处理后的综采工作面数据；其中，预处理过程包括对综采工作面数据的降噪、清洗及检验操作；
步骤33、对预处理后的综采工作面数据进行数据格式转换，并进行高度参数加权，得到加权处理后的数据信息；对加权处理后的数据进行初始模型建立，将地质采高卧底融合算法加入初始模型，实现开采数据模型的准确建立；在开采数据模型建立后，利用迭代算法，采用加权处理后的数据信息对开采数据模型进行实时更新，得到更新后的开采数据模型。
本实施例中，综采工作面数据包括综采工作面设备信息及煤层数据；其中，综采工作面设备信息包括采煤机运行状态信息、支架运行参数、破碎机-转载机-采煤运输机运行参数及泵站运行参数。
其中，采煤机运行参数包括工作电机运行电流及温度、摇臂轴温、滚筒高度及卧底量、采煤机的行走速度、采煤机定位位置、采煤机的俯仰采角度、采煤机行走方向的工作面倾角、液压系统备压压力、泵箱内液压油的高度、冷却水流量、压力、油箱温度及左右滚筒高度。
支架运行参数包括支架立柱压力、推移行程、控制模式、支架控制器的急停状态、通信状态、驱动器与支架控制器通信状态、工作面的推进度，包括当班和累计进度、单架单动作、成组推溜、成组伸收护帮及成组伸收伸缩梁的动作编码数据。
破碎机-转载机-刮板运输机运行参数包括设备减速器及电动机温度、压力、流量、位移、转速、开关状态显示、回路运行状态、电流值、电压值、漏电、断相及过载数据。
泵站运行参数包括泵站出口压力、泵站油温、泵站油位状态、泵站电磁阀动作情况、液箱液位及乳化液油箱油位数据。
步骤4、获取更新后的采煤机截割曲线，并将更新后的采煤机截割模型下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业；本实施例中，通过更新后的采煤机截割曲线精准控制采煤机规划截割；截割规程进行动态更新，基准零点位置下发两刀截割曲线，迭代计算修正第二刀截割曲线，采煤机执行规划截割曲线；截割过程中，对实际截割过程的采高进行反馈，当采高量大于等于50mm，采煤机实时高度值修正控制。
本实施例还提供了一种采煤机截割曲线规划系统、设备及存储介质，本实施例中所提供的一种采煤机截割曲线规划系统、设备及计算机可读存储介质中相关部分的说明可以参见本实施例所述的一种采煤机截割曲线规划方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。
本发明所述的采煤机截割曲线规划方法，通过融合矿井煤层地质模型与开采设备模型建立开采数据模型，将开采数据模型中采煤截割曲线实时转换下发至采煤机控制中心，实现煤机设备的自动割煤；采煤过程中，利用智能感知设备实时获取综采工作面地质和设备参数上传至大数据决策平台进行大数据决策分析，进而实现开采模型的实时更新；本发明所述的采煤机截割曲线规划方法，利用智能感知设备参数建立并实时更新开采数据模型，实现采煤设备的自动运行，避免了在复杂矿井中记忆割煤需要较多人工干预，相较于以往的记忆截割实现了真正意义上的减人提效。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。
Claims (8)
1.一种采煤机截割曲线规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，并将采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心；其中，开采数据模型为工作面的三维空间信息、综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息与工作面煤层地理信息的三维空间融合得到；
获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；综采工作面数据包括综采工作面设备信息及煤层数据；其中，综采工作面设备信息包括采煤机运行状态信息、支架运行参数、破碎机-转载机-采煤运输机运行参数及泵站运行参数；
获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新的过程，具体如下：
利用雷达、惯性导航系统及采煤机传感设备，实时获取综采工作面数据；
对获取的综采工作面数据进行预处理，获取预处理后的综采工作面数据；其中，预处理过程包括对综采工作面数据的降噪、清洗及检验操作；
对预处理后的综采工作面数据进行数据格式转换，并进行高度参数加权，得到加权处理后的数据信息；利用迭代算法，采用加权处理后的数据信息对开采数据模型进行实时更新，得到更新后的开采数据模型；
从更新后的开采数据模型中，获取更新后的采煤机截割曲线，并将更新后的采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业。
2.根据权利要求1所述的一种采煤机截割曲线规划方法，其特征在于，开采数据模型的建立过程，具体如下：
利用物探及钻探方法，获取工作面煤层地理信息及工作面的三维空间信息；
利用三维可视化软件，根据工作面煤层地理信息及工作面的三维空间信息，建立地质模型；
获取综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息；
将综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息融合到地质模型中，得到开采数据模型。
3.根据权利要求2所述的一种采煤机截割曲线规划方法，其特征在于，三维可视化软件采用Unity3D软件；地质模型为透明地质模型。
4.根据权利要求1所述的一种采煤机截割曲线规划方法，其特征在于，采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心的过程，采用将采煤机截割曲线转换为煤机可识别数据串后，传输至煤机控制中心。
5.根据权利要求1所述的一种采煤机截割曲线规划方法，其特征在于，采煤机截割曲线包括采煤机运行控制信息、支架运行参数、采煤运输机运行参数及地质模型的CT切片信息；其中，采煤机运行控制信息包括采煤机运行状态信息、采煤机姿态传感器数据、采煤机编码器实际位移量、采煤机采高和卧底量数据及采煤机视频信息。
6.一种采煤机截割曲线规划系统，其特征在于，包括模型模块、曲线模块及循环更新模块；
曲线提取模块，用于从开采数据模型中提取采煤机截割曲线，并将采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心；其中，开采数据模型为工作面的三维空间信息、综采设备的空间位置信息及综采设备的工作状态信息与工作面煤层地理信息的三维空间融合得到；
模型更新模块，用于获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新；综采工作面数据包括综采工作面设备信息及煤层数据；其中，综采工作面设备信息包括采煤机运行状态信息、支架运行参数、破碎机-转载机-采煤运输机运行参数及泵站运行参数；
获取综采工作面数据，采用大数据决策平台对开采数据模型进行更新的过程，具体如下：
利用雷达、惯性导航系统及采煤机传感设备，实时获取综采工作面数据；
对获取的综采工作面数据进行预处理，获取预处理后的综采工作面数据；其中，预处理过程包括对综采工作面数据的降噪、清洗及检验操作；
对预处理后的综采工作面数据进行数据格式转换，并进行高度参数加权，得到加权处理后的数据信息；利用迭代算法，采用加权处理后的数据信息对开采数据模型进行实时更新，得到更新后的开采数据模型；
曲线更新模块，用于从更新后的开采数据模型中，获取更新后的采煤机截割曲线，并将更新后的采煤机截割曲线下发至采煤机控制中心，控制采煤机进行采煤作业。
7.一种采煤机截割曲线规划设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器中运行的可执行指令；所述处理器执行所述可执行指令时实现如权利要求1-5任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可执行指令，所述可执行指令被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的方法。
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