一種采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)，通過定位定姿裝置和工作面順槽端頭位置校準裝置確定采煤機在工作面地理坐標系下的位置與姿態(tài)，調高控制核心處理器根據(jù)采煤機坐標將其融合在工作面三維地質數(shù)字模型中，根據(jù)采煤機所處位置，在工作面三維地質數(shù)字模型中進行三維空間分析，得出采煤機所處位置的截割煤層厚度及其變化，結合包括煤層夾矸在內的地址環(huán)境參數(shù)，實時動態(tài)調整采煤機截割高度。本發(fā)明提供一種采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)采煤機滾筒的自動調高。
【專利說明】一種采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)，屬于采煤裝備技術。

【背景技術】
[0002]采煤機滾筒自動調高技術是采煤機自動控制系統(tǒng)的核心技術。目前實現(xiàn)采煤機自動調高的方法主要有兩種:(I)基于煤巖界面識別的采煤機滾筒自動調高；(2)基于記憶截割的采煤機滾筒自動調高?；诿簬r界面識別的采煤機滾筒自動調高工作原理為采用一種方法自動識別出采煤機滾筒所截割的介質是煤還是巖而進行采煤機采高控制。煤巖自動識別的方法有自然γ射線探測法、雷達探測法、應力截齒法、紅外探測法、有功功率監(jiān)測法、振動檢測法、聲音檢測法、粉塵檢測法等。由于煤巖屬性多變、傳感器穩(wěn)定性差等原因導致這種調高方法很難在工作面使用。記憶截割法是當前采煤機滾筒自動調高的主流技術，在采煤機上得到了廣泛的應用。記憶截割的原理是:由采煤機司機根據(jù)工作面煤層條件操作采煤機先割一刀，控制系統(tǒng)將行程位置與對應的截割高度等信息存入計算機，以后在某一行程位置的截割高度均由計算機根據(jù)存儲器記憶的工作參數(shù)自動調整，如果煤層條件發(fā)生較大變化，則由采煤機司機手動操作對高度進行微調，并自動記憶調整過的工作參數(shù)，作為下一刀滾筒調高的參數(shù)。記憶截割法實現(xiàn)簡單，但是對于地質條件有一定的要求，且不是真正意義上的自動調尚，屬于半自動調尚。


【發(fā)明內容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)，實現(xiàn)采煤機滾筒的自動調高。
[0004]技術方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:
[0005]一種采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)，包括定位定姿裝置、工作面順槽端頭位置校準裝置、工作面三維地質數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫和調高控制核心處理器，其中:
[0006]所述定位定姿裝置，利用慣性導航元件和采煤機行走部軸編碼器的組合，以實時測量采煤機在采煤機載體坐標系下的位置與姿態(tài)，并經(jīng)過坐標轉換將采煤機載體坐標系下的坐標轉換為地理坐標系下的坐標，實現(xiàn)采煤機在地理坐標系下的位置與姿態(tài)的確定；
[0007]所述工作面順槽端頭位置校準裝置，在巷道工作面兩端頭巷道內固定定位標簽，當采煤機運動到工作面端頭時，通過定位標簽校正采煤機在回采過程中定位定姿裝置的漂移誤差，定位標簽在地理坐標系下的坐標明確；
[0008]所述工作面三維地質數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫，利用工作面井探數(shù)據(jù)、巷探數(shù)據(jù)以及精細物探數(shù)據(jù)預先構建工作面三維地質數(shù)字模型，并將該工作面三維地質數(shù)字模型存儲為數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中包含了工作面頂板在地理坐標系下的坐標、工作面底板在地理坐標系下的坐標，利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為采煤機滾筒的自動調高提供參照；
[0009]所述調高控制核心處理器，將定位定姿裝置和工作面順槽端頭位置校準裝置輸出的測量數(shù)據(jù)，與工作面三維地質數(shù)字模型相融合，獲得采煤機所處位置的截割煤層厚度及其變化，以及包括煤層夾矸在內的地址環(huán)境參數(shù)，綜合所得參數(shù)輸出采煤機滾筒高度的調節(jié)參數(shù)，實時動態(tài)調節(jié)采煤機截割高度；
[0010]通過定位定姿裝置和工作面順槽端頭位置校準裝置確定采煤機在工作面地理坐標系下的位置與姿態(tài)，調高控制核心處理器根據(jù)采煤機坐標將其融合在工作面三維地質數(shù)字模型中，根據(jù)采煤機所處位置，在工作面三維地質數(shù)字模型中進行三維空間分析，得出采煤機所處位置的截割煤層厚度及其變化，結合包括煤層夾矸在內的地址環(huán)境參數(shù)，實時動態(tài)調整采煤機截割高度。
[0011]具體的，在工作面順槽端頭位置校準裝置中，定位標簽采用紅外標簽、射頻(RFID)標簽、無線通信標簽或超寬帶無線通信(UWB)標簽。
[0012]調高控制核心處理器的自動調高原理為:
[0013]將工作面頂板采樣點和工作面底板采樣點在地理坐標系中的坐標記為(χΛ υΛ Zi11)和(X/，γ/，Z/)，將定位定姿裝置確定的采煤機在地理坐標系中的坐標記為(X0, Y0, Z0)，將采煤機滾筒的最高點和最低點在地理坐標系中的坐標記為(XM, Ym, Zm)和(Xm, Ym, Zm)；
[0014]當采煤機的前滾筒運動到第i個采樣點和第i+Ι個頂面采樣點之間時，即乂10(?0^+1時，判斷此時采煤機前滾筒最高點2軸坐標2?與第i+Ι個頂面采樣點Z軸坐標Zi+1之間的大小和差值:若|ZM-Zi+1| ( 0.lm，則采煤機前滾筒按照原來的高度繼續(xù)截割；若|ZM-Zi+1|>0.lm，則需要對采煤機前滾筒的高度進行調整，具體分為兩種情況:①若ZM-Zi+1>0.lm，則說明下一個頂面采樣點處采煤機前滾筒最高點的高度將大于頂板最低點的高度，需要減小采煤機搖臂向上擺動的角度；②若Zi+1-ZM>0.lm，則說明下一個頂面采樣點處采煤機前滾筒最高點的高度將小于頂板最低點的高度，需要增大采煤機搖臂向上擺動的角度；
[0015]當采煤機的后滾筒運動到第j個采樣點和第j+Ι個底面采樣點之間時，即Xj〈XmO^時，判斷此時采煤機后滾筒最低點Z軸坐標Zm與第j+Ι個底面采樣點Z軸坐標Zj+Ι之間的大小和差值:若|zm-zj+11 ( 0.1m,則采煤機后滾筒按照原來的高度繼續(xù)截割；若IZm-Zp1IX).lm，則需要對采煤機前滾筒的高度進行調整，具體分為兩種情況:①若Zm-ZJ+1>0.lm，則說明下一個底面采樣點處采煤機后滾筒最低點的高度將大于底板最高點的高度，需要增大采煤機搖臂向下擺動的角度；②若Zp1-ZmX).lm，則說明下一個底面采樣點處采煤機后滾筒最低點的高度將小于頂板最高點的高度，需要減小采煤機搖臂向下擺動的角度。
[0016]有益效果:本發(fā)明提供的采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)，相較于現(xiàn)有技術，可實現(xiàn)采煤機對作業(yè)對象煤層的感知，進而根據(jù)煤層特征與采煤機自身姿態(tài)可實現(xiàn)采煤機在復雜地質條件下的自動調高，避免了基于記憶截割的調高技術在復雜地質條件下的應用限制，本發(fā)明提供的采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)是實現(xiàn)綜采工作面智能化與無人化的重要基礎。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)的控制框圖；
[0018]圖2為采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)工作流程圖；
[0019]圖3為采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)工作面布置示意圖；
[0020]圖4為定位定姿裝置的安裝示意圖；
[0021]圖5為米煤機自動調尚原理不意圖；
[0022]圖中:1為工作面，2為頂板曲線，3為底板曲線，4為采煤機，5為工作面順槽端頭位置校準裝置，6為巷道，7為定位定姿裝置，8為工作面三維地質數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫，9為采煤機工作面煤層厚度，10為工作面頂板采樣點，11為工作面底板采樣點。

【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0024]如圖1、圖2所示為一種采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)，包括定位定姿裝置、工作面順槽端頭位置校準裝置、工作面三維地質數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫和調高控制核心處理器，其中:
[0025]所述定位定姿裝置，利用慣性導航元件和采煤機行走部軸編碼器的組合，以實時測量采煤機在采煤機載體坐標系下的位置與姿態(tài)，并經(jīng)過坐標轉換將采煤機載體坐標系下的坐標轉換為地理坐標系下的坐標，實現(xiàn)采煤機在地理坐標系下的位置與姿態(tài)的確定；
[0026]所述工作面順槽端頭位置校準裝置，在巷道工作面兩端頭巷道內固定定位標簽，當采煤機運動到工作面端頭時，通過定位標簽校正采煤機在回采過程中定位定姿裝置的漂移誤差，定位標簽在地理坐標系下的坐標明確；其中，定位標簽可采用紅外標簽、射頻(RFID)標簽、無線通信標簽或超寬帶無線通信(UWB)標簽等；
[0027]所述工作面三維地質數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫，利用工作面井探數(shù)據(jù)、巷探數(shù)據(jù)以及精細物探數(shù)據(jù)預先構建工作面三維地質數(shù)字模型，并將該工作面三維地質數(shù)字模型存儲為數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中包含了工作面頂板在地理坐標系下的坐標、工作面底板在地理坐標系下的坐標，利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為采煤機滾筒的自動調高提供參照；
[0028]所述調高控制核心處理器，將定位定姿裝置和工作面順槽端頭位置校準裝置輸出的測量數(shù)據(jù)，與工作面三維地質數(shù)字模型相融合，獲得采煤機所處位置的截割煤層厚度及其變化，以及包括煤層夾矸在內的地址環(huán)境參數(shù)，綜合所得參數(shù)輸出采煤機滾筒高度的調節(jié)參數(shù)，實時動態(tài)調節(jié)采煤機截割高度；
[0029]通過定位定姿裝置和工作面順槽端頭位置校準裝置確定采煤機在工作面地理坐標系下的位置與姿態(tài)，調高控制核心處理器根據(jù)采煤機坐標將其融合在工作面三維地質數(shù)字模型中，根據(jù)采煤機所處位置，在工作面三維地質數(shù)字模型中進行三維空間分析，得出采煤機所處位置的截割煤層厚度及其變化，結合包括煤層夾矸在內的地址環(huán)境參數(shù)，實時動態(tài)調整采煤機截割高度。
[0030]下面結合實例對本發(fā)明做出進一步的說明。
[0031]首先收集工作面井探數(shù)據(jù)和巷探數(shù)據(jù)，并使用震波CT方法對工作面進行精細物探，利用井探數(shù)據(jù)、巷探數(shù)據(jù)以及精細物探數(shù)據(jù)構建工作面三維地質數(shù)字模型，形成工作面三維地質數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫8。采煤機4運動到工作面端頭時，利用已知工作面地理坐標系下坐標值的4個UWB標簽構成的工作面順槽端頭位置校準裝置5確定采煤機在工作面地理坐標系下的坐標值，采煤機4在沿工作面運動割煤時，以端頭位置坐標為初始值，利用安裝在采煤機4機體上的定位定姿裝置7對采煤機4進行定位。調高控制核心處理器分別讀取工作面順槽端頭位置校準裝置5和定位定姿裝置7的輸出數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)將采煤機定位到工作面三維地質數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫8中，沿采煤機4運動方向做切線，獲得采煤機當前位置下的頂板曲線2、底板曲線3和采煤機工作面煤層厚度9。
[0032]將工作面頂板采樣點10和工作面底板采樣點11在工作面地理坐標系中的坐標記為(χΛυΛζ，和(X/，γ/，ζ/)，將定位定姿裝置確定的采煤機在工作面地理坐標系中的坐標記為(Xtl, Y0, Z0)，將采煤機滾筒的最高點和最低點在工作面地理坐標系中的坐標記為(?, Y? Zm)和(Xm, Ym, Zm) ο
[0033]采煤機自動調高的控制原理為:
[0034]當采煤機的前滾筒運動到第i個采樣點和第i+Ι個頂面采樣點之間時，即乂10(?0^+1時，判斷此時采煤機前滾筒最高點2軸坐標2?與第i+Ι個頂面采樣點Z軸坐標Zi+1之間的大小和差值:若|ZM-Zi+1| ( 0.lm，則采煤機前滾筒按照原來的高度繼續(xù)截割；若|ZM-Zi+1|>0.lm，則需要對采煤機前滾筒的高度進行調整，具體分為兩種情況:①若ZM-Zi+1>0.lm，則說明下一個頂面采樣點處采煤機前滾筒最高點的高度將大于頂板最低點的高度，需要減小采煤機搖臂向上擺動的角度；②若Zi+1-ZM>0.lm，則說明下一個頂面采樣點處采煤機前滾筒最高點的高度將小于頂板最低點的高度，需要增大采煤機搖臂向上擺動的角度。
[0035]當采煤機的后滾筒運動到第j個采樣點和第j+Ι個底面采樣點之間時，即Xj〈XmO^時，判斷此時采煤機后滾筒最低點Z軸坐標Zm與第j+Ι個底面采樣點Z軸坐標Zp1之間的大小和差值:若IZm-Zp1I ( 0.lm，則采煤機后滾筒按照原來的高度繼續(xù)截割；若IZm-Zp1IX).lm，則需要對采煤機前滾筒的高度進行調整，具體分為兩種情況:①若Zm-ZJ+1>0.lm，則說明下一個底面采樣點處采煤機后滾筒最低點的高度將大于底板最高點的高度，需要增大采煤機搖臂向下擺動的角度；②若Zp1-ZmX).lm，則說明下一個底面采樣點處采煤機后滾筒最低點的高度將小于頂板最高點的高度，需要減小采煤機搖臂向下擺動的角度。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)，其特征在于:包括定位定姿裝置、工作面順槽端頭位置校準裝置、工作面三維地質數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫和調高控制核心處理器，其中: 所述定位定姿裝置，利用慣性導航元件和采煤機行走部軸編碼器的組合，以實時測量采煤機在采煤機載體坐標系下的位置與姿態(tài)，并經(jīng)過坐標轉換將采煤機載體坐標系下的坐標轉換為地理坐標系下的坐標，實現(xiàn)采煤機在地理坐標系下的位置與姿態(tài)的確定； 所述工作面順槽端頭位置校準裝置，在巷道工作面兩端頭巷道內固定定位標簽，當采煤機運動到工作面端頭時，通過定位標簽校正采煤機在回采過程中定位定姿裝置的漂移誤差，定位標簽在地理坐標系下的坐標明確； 所述工作面三維地質數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫，利用工作面井探數(shù)據(jù)、巷探數(shù)據(jù)以及精細物探數(shù)據(jù)預先構建工作面三維地質數(shù)字模型，并將該工作面三維地質數(shù)字模型存儲為數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中包含了工作面頂板在地理坐標系下的坐標、工作面底板在地理坐標系下的坐標，利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為采煤機滾筒的自動調高提供參照； 所述調高控制核心處理器，將定位定姿裝置和工作面順槽端頭位置校準裝置輸出的測量數(shù)據(jù)，與工作面三維地質數(shù)字模型相融合，獲得采煤機所處位置的截割煤層厚度及其變化，以及包括煤層夾矸在內的地址環(huán)境參數(shù)，綜合所得參數(shù)輸出采煤機滾筒高度的調節(jié)參數(shù)，實時動態(tài)調節(jié)采煤機截割高度； 通過定位定姿裝置和工作面順槽端頭位置校準裝置確定采煤機在工作面地理坐標系下的位置與姿態(tài)，調高控制核心處理器根據(jù)采煤機坐標將其融合在工作面三維地質數(shù)字模型中，根據(jù)采煤機所處位置，在工作面三維地質數(shù)字模型中進行三維空間分析，得出采煤機所處位置的截割煤層厚度及其變化，結合包括煤層夾矸在內的地址環(huán)境參數(shù)，實時動態(tài)調整采煤機截割高度。
2.根據(jù)權利要求1所述的采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)，其特征在于:在工作面順槽端頭位置校準裝置中，定位標簽采用紅外標簽、射頻標簽、無線通信標簽或超寬帶無線通信標簽。
3.根據(jù)權利要求1所述的采煤機滾筒自動調高系統(tǒng)，其特征在于:調高控制核心處理器的自動調高原理為: 將工作面頂板采樣點和工作面底板采樣點在地理坐標系中的坐標記為(χΛ υΛ Zi11)和(X/，Y/，Z/)，將定位定姿裝置確定的采煤機在地理坐標系中的坐標記為(Xtl, Y0, Z0)，將采煤機滾筒的最高點和最低點在地理坐標系中的坐標記為(χμ，υμ，ζμ)和(Xm，Ym，Zm)； 當采煤機的前滾筒運動到第i個采樣點和第i+l個頂面采樣點之間時，即X1C/Xi+i時，判斷此時采煤機前滾筒最高點Z軸坐標Zm與第i+Ι個頂面采樣點Z軸坐標Z i+1之間的大小和差值:若|ZM-Zi+1| ^ 0.lm，則采煤機前滾筒按照原來的高度繼續(xù)截割；若|ZM-Zi+1|>0.1m,則需要對采煤機前滾筒的高度進行調整，具體分為兩種情況:①若ZM-Zi+1>0.lm，則說明下一個頂面采樣點處采煤機前滾筒最高點的高度將大于頂板最低點的高度，需要減小采煤機搖臂向上擺動的角度；②若Zi+1-ZM>0.lm，則說明下一個頂面采樣點處采煤機前滾筒最高點的高度將小于頂板最低點的高度，需要增大采煤機搖臂向上擺動的角度； 當采煤機的后滾筒運動到第j個采樣點和第j+Ι個底面采樣點之間時，即X/Xm〈Xw時，判斷此時采煤機后滾筒最低點Z軸坐標Zm與第j+Ι個底面采樣點Z軸坐標Z w之間的大小和差值:若Izm-Zp1I ^ 0.lm，則采煤機后滾筒按照原來的高度繼續(xù)截割；若IZm-Zp1IX).1m,則需要對采煤機前滾筒的高度進行調整，具體分為兩種情況:①若Zm-Zp1X).lm，則說明下一個底面采樣點處采煤機后滾筒最低點的高度將大于底板最高點的高度，需要增大采煤機搖臂向下擺動的角度；②若Zp1-ZmX).lm，則說明下一個底面采樣點處采煤機后滾筒最低點的高度將小于頂板最高點的高度，需要減小采煤機搖臂向下擺動的角度。
【文檔編號】E21C35/24GK104481534SQ201410621038
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權日:2014年11月6日
【發(fā)明者】王世博, 葛兆亮, 張博淵, 葛世榮, 王學志 申請人:中國礦業(yè)大學