本發(fā)明涉及采煤機滾筒調高控制與采煤機姿態(tài)控制方法，屬于采煤裝備自動控制技術領域。

背景技術：

基于記憶截割技術的采煤機滾筒自動調高控制方法是目前自動化綜采工作面常用的調高控制方法。它的原理是：由采煤機司機根據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存儲器記憶的工作參數自動調整，如果煤層條件尤其是煤層傾角發(fā)生較大變化，則必須由采煤機司機手動操作對高度重新進行調整，并自動記憶調整過的工作參數，作為下一刀滾筒調高的參數。記憶截割法實現(xiàn)簡單，但是對于地質條件有一定的要求，只能適用于近水平工作面，不能很好的適用于煤層傾角發(fā)生變化的工作面，而記憶截割不能適用于煤層傾角發(fā)生變化的工作面的根本原因是采煤機姿態(tài)中的翻滾角與煤層傾角不一致。

專利號為:ZL 201310353737.7的中國專利公開了融合地質環(huán)境信息的采煤機絕對定位技術，該技術不但可以測量采煤機的位置、姿態(tài)，還利用工作面煤層地理信息系統(tǒng)(GIS)將地理、地質、環(huán)境信息以及采煤機姿態(tài)、速度、位置信息統(tǒng)一于同一時空體系下，實現(xiàn)了采煤機在煤層地質環(huán)境信息下的精確定位。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服記憶截割在煤層傾角發(fā)生變化的工作面使用的局限性，本發(fā)明提供一種基于煤層地理信息系統(tǒng)的采煤機姿態(tài)自動控制方法，以使采煤機姿態(tài)中的翻滾角與煤層傾角保持一致。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術方案：一種基于煤層地理信息系統(tǒng)的采煤機姿態(tài)控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)根據長壁綜采工作面采煤機、液壓支架和刮板輸送機三機技術參數和配套關系，建立采煤機下滾筒截割臥底調整量與采煤機姿態(tài)信息中翻滾角變化量關聯(lián)模型，即Δγ＝arctan(Δh/d)，Δh為采煤機下滾筒截割臥底調整量，Δγ為采煤機姿態(tài)信息中翻滾角變化量，d為采煤機截割一刀時工作面推進距離；

2)利用鉆探、巷探以及精細物探數據建立工作面煤層地理信息系統(tǒng)，工作面煤層地理信息系統(tǒng)包括煤層頂底板曲面，頂底板曲面以三維柵格存儲，煤層地理信息系統(tǒng)坐標系以煤層底板開采起始位置處為坐標原點，X軸方向沿工作面方向，Y軸方向沿工作面推進方向，Z軸的方向與采煤機重力加速度的方向相反；

3)以采煤機下滾筒臥底最小可控調整量δh為控制參數，找出煤層底板曲線上的斜率變化點，實現(xiàn)煤層底板曲線的分段線性化，具體步驟如下：

31)在工作面煤層地理信息系統(tǒng)中沿Y軸做截面，提取沿工作面推進方向的煤層底板曲線，以采煤機截割一刀時工作面推進距離d為間距，在提取煤層底板曲線上用插值算法獲取n個數據點，分別為A₁、A₂......A_n，同時獲取A₁-A_n各個數據點的YZ平面坐標，其中，煤層底板曲線起始點為第一個數據點A₁，煤層底板曲線末尾點為最后一個數據點A_n；

32)將第一個數據點A₁作為煤層底板曲線的第一個斜率變化點，最后一個數據點An做為煤層底板曲線的最后一個斜率變化點，以第一個斜率變化點作為第二個斜率變化點的計算參考點，計算第一個斜率變化點和與第一個斜率變化點相鄰的第二個數據點A₂的連線的斜率k₁₂，并以斜率k₁₂作延長線計算出第三個數據點A₃的坐標預測值，如果第三個數據點A₃的坐標預測值與真實值之差的絕對值小于δh，則繼續(xù)計算第二個數據點A₂和與第二個數據點A₂相鄰的第三個數據點A₃的連線的斜率k₂₃，并以斜率k₂₃作延長線計算出第四個數據點A₄的坐標預測值，依次類推，直至某一個數據點的坐標預測值與真實值之差的絕對值大于等于δh，則將該數據點作為煤層底板曲線的第二個斜率變化點，然后按照上述計算方法，以上一個確定的斜率變化點作為下一個斜率變化點的計算參考點，依次確定煤層底板曲線上的其余各個斜率變化點；

33)根據得到的煤層底板曲線上的所有斜率變化點構成煤層底板的分段線性化曲線；

4)采用融合地質環(huán)境信息的采煤機定位技術獲取采煤機實時位置和姿態(tài)信息，根據采煤機實時位置信息確定采煤機所在的煤層底板的分段線性化曲線的直線段，并由該直線段斜率的反正切值得到煤層傾角α，根據采煤機實時姿態(tài)信息中的翻滾角γ，利用采煤機下滾筒截割臥底調整量與采煤機姿態(tài)信息中翻滾角變化量關聯(lián)模型，計算出采煤機下滾筒臥底調整量Δh＝d tan(γ-α)，從而控制采煤機姿態(tài)，使采煤機翻滾角與煤層傾角保持一致。

有益效果：該方法將采煤機姿態(tài)控制與煤層傾角識別有效結合，可使采煤機姿態(tài)中的翻滾角與煤層傾角保持一致；該方法提出了煤層分段線性表示的思路，壓縮了煤層地理信息系統(tǒng)的數據存儲量，還可以方便的獲得煤層傾角信息；該方法思路簡單，運算合理，可靠實用，可以有效提高采煤機在復雜地質條件煤層截割控制的自動化程度。

附圖說明

圖1是采煤機截割正面示意圖；

圖2是采煤機截割側面示意圖；

圖3是本發(fā)明的工作面煤層地理信息系統(tǒng)坐標系示意圖；

圖4是采煤機臥底量調整示意圖；

圖5是采煤機姿態(tài)隨臥底量調整變化示意圖；

圖6是沿采煤機推進方向的煤層頂板曲線和煤層底板曲線；

圖7是本發(fā)明的煤層底板曲線分段線性表示算法流程示意圖；

圖8是本發(fā)明的煤層底板的分段線性化曲線與原始曲線對比圖。

圖中：1、煤層頂板；2、煤層底板；3、采煤機；4、采煤機下滾筒；5、采煤機上滾筒；6、刮板輸送機。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。

如圖1和2所示，采煤機在煤層中截割，采煤機上滾筒截割靠近煤層頂板，采煤機下滾筒截割靠近煤層底板。煤層底板與采煤機推進方向的夾角為煤層傾角α，采煤機的機身與采煤機推進方向的夾角為采煤機翻滾角γ，在開采起始位置，采煤機翻滾角γ與煤層傾角α保持一致，但在隨后的工作面推進過程中煤層傾角α發(fā)生了變化，如果采煤機不調整姿態(tài)，必然截割到煤層頂板。

本發(fā)明的一種基于煤層地理信息系統(tǒng)的采煤機姿態(tài)控制方法，該方法是通過調整采煤機下滾筒截割臥底量的來控制采煤機翻滾角，該方法包括以下步驟：

1)根據長壁綜采工作面采煤機、液壓支架和刮板輸送機三機技術參數和配套關系，建立采煤機下滾筒截割臥底調整量與采煤機姿態(tài)信息中翻滾角變化量關聯(lián)模型，即Δγ＝arctan(Δh/d)，如圖3和4所示，Δh為采煤機下滾筒截割臥底調整量，Δγ為采煤機姿態(tài)信息中翻滾角變化量，d為采煤機截割一刀時工作面推進距離；

2)利用鉆探、巷探以及精細物探數據建立工作面煤層地理信息系統(tǒng)，如圖1至3所示，工作面煤層地理信息系統(tǒng)包括煤層頂底板曲面，頂底板曲面以三維柵格存儲，煤層地理信息系統(tǒng)坐標系以煤層底板開采起始位置處為坐標原點，X軸方向沿工作面方向，Y軸方向沿工作面推進方向，Z軸的方向與采煤機重力加速度的方向相反；

3)以采煤機下滾筒臥底最小可控調整量δh為控制參數，找出煤層底板曲線上的斜率變化點，實現(xiàn)煤層底板曲線的分段線性化，具體步驟如下：

31)如圖3和6所示，在工作面煤層地理信息系統(tǒng)中沿Y軸做A-A截面，提取沿工作面推進方向的煤層底板曲線，以采煤機截割一刀時工作面推進距離d為間距，在提取煤層底板曲線上用插值算法獲取n個數據點，分別為A1、A2......An，同時獲取A1-An各個數據點的YZ平面坐標，其中，煤層底板曲線起始點為第一個數據點A1，煤層底板曲線末尾點為最后一個數據點A_n；

32)如圖7所示，將第一個數據點A₁作為煤層底板曲線的第一個斜率變化點，最后一個數據點A_n做為煤層底板曲線的最后一個斜率變化點，以第一個斜率變化點作為第二個斜率變化點的計算參考點，計算第一個斜率變化點和與第一個斜率變化點相鄰的第二個數據點A₂的連線的斜率k₁₂，并以斜率k₁₂作延長線計算出第三個數據點A₃的坐標預測值，如果第三個數據點A₃的坐標預測值與真實值之差的絕對值小于δh，則繼續(xù)計算第二個數據點A₂和與第二個數據點A₂相鄰的第三個數據點A₃的連線的斜率k₂₃，并以斜率k₂₃作延長線計算出第四個數據點A₄的坐標預測值，依次類推，直至某一個數據點的坐標預測值與真實值之差的絕對值大于等于δh，則將該數據點作為煤層底板曲線的第二個斜率變化點，然后按照上述計算方法，以上一個確定的斜率變化點作為下一個斜率變化點的計算參考點，依次確定煤層底板曲線上的其余各個斜率變化點；

33)如圖8所示，根據得到的煤層底板曲線上的所有斜率變化點構成煤層底板的分段線性化曲線；

4)采用融合地質環(huán)境信息的采煤機定位技術獲取采煤機實時位置和姿態(tài)信息，根據采煤機實時位置信息確定采煤機所在的煤層底板的分段線性化曲線的直線段，并由該直線段斜率的反正切值得到煤層傾角α，根據采煤機實時姿態(tài)信息中的翻滾角γ，利用采煤機下滾筒截割臥底調整量與采煤機姿態(tài)信息中翻滾角變化量關聯(lián)模型，計算出采煤機下滾筒臥底調整量Δh＝d tan(γ-α)，從而控制采煤機姿態(tài)，使采煤機翻滾角與煤層傾角保持一致。

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。