CN114320291A - 一种采煤机自动找平方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于采煤机技术领域，具体公开一种采煤机自动找平方法，包括：获取并基于惯性导航采集的三维位置数据和里程计单位时间的累计运行距离，利用二维坐标转换算法求解采煤机的二维位置轨迹和姿态信号；获取并基于采煤机集控系统收集的采煤机动作控制参数、二维位置轨迹和姿态信号信息，判断当前采煤工艺段，基于当前采煤工艺段输出参数坐标系控制，其中，采煤机动作控制参数包括启停、方向、升降、速度参数；将预录入的煤田工作面数据与参数坐标系控制相匹配，输出有效采煤曲线数据，实现采煤机自动找平。
Description
技术领域
本发明属于采煤机技术领域，具体地说涉及一种采煤机自动找平方法。
背景技术
采煤机是采煤工作面的核心设备，它在工作面主导智能采煤过程。目前的采煤机智能化软控技术是通过智能感知和人工远程实时干预，实现“初级智能+远程干预”运行。通常，滚筒截割高度感知是通过旋转角度传感器的精密伺服旋转电位器测量摇臂相对于机身的摆动角度，推算实时截割高度；位置检测与牵引速度感知是通过旋转编码器检测牵引行走轮的转动圈数与角度，定时采样计算出机器牵引行走的距离与速度；机身倾角感知是通过二维倾斜传感器直接检测到机身倾角状态。采煤机软控程序对采煤机的截割高度、牵引行走的距离与速度以及机身倾角分析记录从而实现采煤机的自动化运行。
目前的采煤机缺少采煤机智能找平程序，智能化综采工作面目前未开发出与实际工作面地质变化相对应的自动化找平系统，在日常生产作业过程中，在生产一个小班后，工作面如未在人员的干预下，就可能出现工作面运输机、煤壁不平等情况，达不到工程质量要求的“三平一直”。
因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种采煤机自动找平方法。本发明提供如下技术方案：
一种采煤机自动找平方法，包括：
获取并基于惯性导航采集的三维位置数据和里程计单位时间的累计运行距离，利用二维坐标转换算法求解采煤机的二维位置轨迹和姿态信号；
获取并基于采煤机集控系统收集的采煤机动作控制参数、二维位置轨迹和姿态信号信息，判断当前采煤工艺段，基于当前采煤工艺段输出参数坐标系控制，其中，采煤机动作控制参数包括启停、方向、升降、速度参数；
将预录入的煤田工作面数据与参数坐标系控制相匹配，输出有效采煤曲线数据，实现采煤机自动找平。
进一步的，所述二维坐标转换算法为
进一步的，所述于二维位置轨迹包括水平方向轨迹和竖直方向轨迹，基于竖直方向轨迹投影和采煤机滚筒高度控制工作面水平，基于水平方向轨迹控制工作面找直。
进一步的，所述采煤机动作控制参数还包括工作面走向基准的动态调整，通过截割高度变化，对采煤机的水平和竖直方向实现动态调整。
进一步的，所述采煤工艺段包括基于采煤机在整条采煤面位置划分的左端头采煤、右端头采煤以及中间段采煤三部分。
进一步的，所述预录入的煤田工作面数据为通过数学建模方式将工作面的地质信息以数字化数据录入采煤机控制系统内，其中，工作面的地质信息包括工作面的顶板、底板、矸石位置、煤质硬度、煤层高度和倾角、断层信息。
进一步的，将预录入的煤田工作面数据与参数坐标系控制相匹配，当工作面地质信息不符合参数坐标系控制的下刀要求时，执行躲避切割工艺或提示报警人工干预。
进一步的，执行躲避切割工艺包括对参数坐标系控制进行位置偏移，将偏移后的参数坐标系控制重新与预录入的煤田工作面数据相匹配，直至满足下刀要求。
进一步的，所述躲避切割工艺执行时，向用户发送预警信息，提示人工干预处理躲避部分的工作面。
进一步的，当工作面地质信息不符合参数坐标系控制的下刀要求时，采煤机停止采煤，报警系统发出报警提醒。
有益效果：
1、以采煤机核心控制系统结合惯导装置的实时三轴位置信号，实现采煤机截割路线跟随工作面煤层地质曲线自动变化；
2、根据用户需求与支架和工作面地质三维信息刮板机控制系统相互配合，调节系统运行参数，满足煤矿工作面“三平一直”的要求；
3、降低工人劳动强度，实现煤矿减人提效、采煤面内少人或无人操作、井下固定岗位的无人值守与远程监控；
4、有利于提升采煤机的智能化水平，方便远程干预；
5、自动躲避工作面，避免损坏采煤机，利用躲避切割工艺不间断采煤，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明具体实施例中一种采煤机自动找平方法流程示意图；
图2是本发明具体实施例中二维坐标转换算法示意图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
如图1所示，一种采煤机自动找平方法，包括：
获取并基于惯性导航采集的三维位置数据和里程计单位时间的累计运行距离，利用二维坐标转换算法求解采煤机的二维位置轨迹和姿态信号；
获取并基于采煤机集控系统收集的采煤机动作控制参数、二维位置轨迹和姿态信号信息，判断当前采煤工艺段，基于当前采煤工艺段输出参数坐标系控制，其中，采煤机动作控制参数包括启停、方向、升降、速度参数；
将预录入的煤田工作面数据与参数坐标系控制相匹配，输出有效采煤曲线数据，实现采煤机自动找平。
通过煤机自动找平方法实现对煤炭综采工作面的自动化控制，以提升采煤机的智能化水平、降低工人劳动强度、提高矿井生产效率，进而达到节约劳动力、提高生产产量的目的。
通常采煤机的滚筒截割高度感知是通过旋转角度传感器的精密伺服旋转电位器测量摇臂相对于机身的摆动角度，推算实时截割高度；位置检测与牵引速度感知是通过旋转编码器检测牵引行走轮的转动圈数与角度，定时采样计算出机器牵引行走的距离与速度；机身倾角感知是通过二维倾斜传感器直接检测到机身倾角状态。但这个过程中并没有涉及到找平过程，这就使得每自动化生产一段时间后，就需要相关人员进行人工干预找平，否则就可能出现工作面运输机、煤壁不平等情况。由于惯导安装在采煤机上，可与高精度里程计结合，计算单位时间的累计运行距离数据标定出采煤机的位置。通过二维坐标转换算法，实时监控采煤机的二维位置和姿态，提供采煤机坐标系内的二维位置轨迹信息，轨迹往水平方向的投影可用于工作面自动找直，往竖直方向的投影结合采煤机滚筒高度信息可用于工作面水平控制。
进一步的，所述二维坐标转换算法为
其中，x'表示实际的水平方向，y'表示实际的竖直方向，x表示找直后的水平方向，y表示找直后的竖直方向，α为实际与找直后理论值间的夹角，如图2所示。
进一步的，所述于二维位置轨迹包括水平方向轨迹和竖直方向轨迹，基于竖直方向轨迹投影和采煤机滚筒高度控制工作面水平，基于水平方向轨迹控制工作面找直。
进一步的，所述采煤机动作控制参数还包括工作面走向基准的动态调整，通过截割高度变化，对采煤机的水平和竖直方向实现动态调整。实时接收集控发送过来的控制参数，例如，起停、方向、升降、速度等，包括工作面走向基准的动态调整，通过截割高度变化来采煤机的水平和垂直两个方向实现采煤走向的动态调整。
进一步的，所述采煤工艺段包括基于采煤机在整条采煤面位置划分的左端头采煤、右端头采煤以及中间段采煤三部分。由于采煤机会在不同工艺段之间会相互切换行进，因而不能保证完全按照一种固定的模式处理工作面，需要针对不同工艺段的参数进行分别处理。
进一步的，所述预录入的煤田工作面数据为通过数学建模方式将工作面的地质信息以数字化数据录入采煤机控制系统内，其中，工作面的地质信息包括工作面的顶板、底板、矸石位置、煤质硬度、煤层高度和倾角、断层信息。依据惯导系统传输的采煤机在采煤面的位置和运行方向来使采煤机自动选择对应的采煤工艺程序，实现采煤机的全自动割煤运行。为液压支架推送刮板输送机提供位移控制量，便于工作面的校直，此外还可以为开采面水平控制提供所需参数。
进一步的，将预录入的煤田工作面数据与参数坐标系控制相匹配，当工作面地质信息不符合参数坐标系控制的下刀要求时，执行躲避切割工艺或提示报警人工干预。
将整个煤田工作面数据三维数据，每层高度、矸石位置、顶板高度、底板高度、倾角、断层位置等信息，输入集中控制计算机中，采煤机根据工作面的每一刀二维坐标数据与提前输入集中控制计算机的煤田工作面数据的每组二维数据进行对比，确定出有效的采煤曲线数据来人工或自动的实现躲避割顶、割底、割矸石等非正常采煤，自动躲避不适合自动开采的工作面，避免损坏采煤机，利用躲避切割工艺不间断采煤，完成采煤机的高效向前推进，提高生产效率。
当工作面地质信息不符合参数坐标系控制的下刀要求时，有两种处理方式可供用户提前选择，一种是不停机，转换为执行躲避切割工艺，另一种是停机等待人工干预。
进一步的，执行躲避切割工艺包括对参数坐标系控制进行位置偏移，将偏移后的参数坐标系控制重新与预录入的煤田工作面数据相匹配，直至满足下刀要求。通过改变开采位置来躲避非正常采煤面，简单有效，避免设备损伤及开采质量下降同时又能保证长时间无人工干预的情况下不停机运行，提高采煤效率。
进一步的，所述躲避切割工艺执行时，向用户发送预警信息，提示人工干预处理躲避部分的工作面。由于自动偏移为预设程序，其偏移幅度并不能适应每处工作面，因此需要及时提醒人工，以对未处理的工作面进行针对性处理，满足最大化的开采要求。
进一步的，当工作面地质信息不符合参数坐标系控制的下刀要求时，采煤机停止采煤，报警系统发出报警提醒。
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，能够以其他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。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种采煤机自动找平方法，其特征在于，包括：
获取并基于惯性导航采集的三维位置数据和里程计单位时间的累计运行距离，利用二维坐标转换算法求解采煤机的二维位置轨迹和姿态信号；
获取并基于采煤机集控系统收集的采煤机动作控制参数、二维位置轨迹和姿态信号信息，判断当前采煤工艺段，基于当前采煤工艺段输出参数坐标系控制，其中，采煤机动作控制参数包括启停、方向、升降、速度参数；
将预录入的煤田工作面数据与参数坐标系控制相匹配，输出有效采煤曲线数据，实现采煤机自动找平。
2.根据权利要求1所述的一种采煤机自动找平方法，其特征在于，所述二维坐标转换算法为
3.根据权利要求2所述的一种采煤机自动找平方法，其特征在于，所述于二维位置轨迹包括水平方向轨迹和竖直方向轨迹，基于竖直方向轨迹投影和采煤机滚筒高度控制工作面水平，基于水平方向轨迹控制工作面找直。
4.根据权利要求1所述的一种采煤机自动找平方法，其特征在于，所述采煤机动作控制参数还包括工作面走向基准的动态调整，通过截割高度变化，对采煤机的水平和竖直方向实现动态调整。
5.根据权利要求1所述的一种采煤机自动找平方法，其特征在于，所述采煤工艺段包括基于采煤机在整条采煤面位置划分的左端头采煤、右端头采煤以及中间段采煤三部分。
6.根据权利要求1所述的一种采煤机自动找平方法，其特征在于，所述预录入的煤田工作面数据为通过数学建模方式将工作面的地质信息以数字化数据录入采煤机控制系统内，其中，工作面的地质信息包括工作面的顶板、底板、矸石位置、煤质硬度、煤层高度和倾角、断层信息。
7.根据权利要求1所述的一种采煤机自动找平方法，其特征在于，将预录入的煤田工作面数据与参数坐标系控制相匹配，当工作面地质信息不符合参数坐标系控制的下刀要求时，执行躲避切割工艺或提示报警人工干预。
8.根据权利要求7所述的一种采煤机自动找平方法，其特征在于，执行躲避切割工艺包括对参数坐标系控制进行位置偏移，将偏移后的参数坐标系控制重新与预录入的煤田工作面数据相匹配，直至满足下刀要求。
9.根据权利要求8所述的一种采煤机自动找平方法，其特征在于，所述躲避切割工艺执行时，向用户发送预警信息，提示人工干预处理躲避部分的工作面。
10.根据权利要求7所述的一种采煤机自动找平方法，其特征在于，当工作面地质信息不符合参数坐标系控制的下刀要求时，采煤机停止采煤，报警系统发出报警提醒。
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