基于地質(zhì)模型及設(shè)備感知的采煤機(jī)自適應(yīng)截割方法

宋 燾,馬 騁,張孝斌,吳 寧,董 博

(1.陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司,陜西 延安 727307;2.應(yīng)急管理部煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新中心,陜西 延安 727307;3.西安合智宇信息科技有限公司,陜西 西安 710000)

0 引言

煤炭資源是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展的重要因素之一,城市建設(shè)和發(fā)展需要大量煤礦資源的支持[1]。隨著煤礦開(kāi)采的智能化,“減人提效,安全高效”成為智能煤礦的開(kāi)采目標(biāo)。由于煤礦地質(zhì)和工作環(huán)境復(fù)雜多變,如何提高數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集,保證開(kāi)采模型實(shí)時(shí)更新成為目前研究的主要問(wèn)題。

在煤巖識(shí)別難以解決的背景下,采煤機(jī)自適應(yīng)截割方法成為了目前的研究熱點(diǎn)。劉送永、劉鵬等[2-3]針對(duì)現(xiàn)有滾筒調(diào)高方法中存在的問(wèn)題,結(jié)合地質(zhì)測(cè)量巷道鉆孔探測(cè)的煤厚值,建立波速煤厚統(tǒng)計(jì)模型以準(zhǔn)確計(jì)算工作面內(nèi)煤厚值,再采用空間分析函數(shù)對(duì)DEM和邊界點(diǎn)進(jìn)行疊置分析,計(jì)算滾筒調(diào)高量值,最后傳輸至采煤機(jī)控制系統(tǒng),完成一種位姿測(cè)量與煤層DEM的采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高方法。劉春生等[4]憑借記憶程控再現(xiàn)滾筒調(diào)高的一種控制模式,提出依據(jù)多樣檢測(cè)的信息綜合給出自動(dòng)修正調(diào)節(jié)控制量的方法,具有實(shí)用性、控制靈活,是目前較理想的采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高技術(shù)方法。為了提高采煤機(jī)姿態(tài)對(duì)滾筒高度控制的精度,李軍利等[5]提出基于空間坐標(biāo)變換原理,分析采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)對(duì)滾筒高度控制的影響,推導(dǎo)滾筒自動(dòng)調(diào)高控制中搖臂角度及搖臂油缸行程的控制公式。張春雨[6]以雙滾筒電牽引采煤機(jī)為例,分析了采煤機(jī)調(diào)高機(jī)構(gòu)及其調(diào)高特點(diǎn),研究采煤機(jī)滾筒高度變化與液壓缸活塞桿位移之間的關(guān)系,建立了滾筒調(diào)高系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。張永杰等[7]針對(duì)采煤機(jī)滾筒的運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)截割過(guò)程的影響作用進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明,滾筒的運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)滾筒載荷及截割比能耗的影響各不相同,這與截割過(guò)程中的切削厚度及截割線速度的變化有關(guān)。楊仁春[8]在分析采煤機(jī)滾筒的截割狀態(tài)對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)影響的基礎(chǔ)上,提出以采煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)為檢測(cè)對(duì)象,應(yīng)用模糊控制技術(shù)進(jìn)行煤巖界面識(shí)別和滾筒自動(dòng)調(diào)高的方法。

綜上所述,目前針對(duì)煤礦自動(dòng)化開(kāi)采記憶割煤存在的問(wèn)題,提出利用地質(zhì)模型和設(shè)備參數(shù)模型的數(shù)據(jù)模型融合技術(shù),實(shí)現(xiàn)回采過(guò)程可視化遠(yuǎn)程操控,保證煤炭開(kāi)采的安全、高效[9-10]。煤礦智能化開(kāi)采離不開(kāi)數(shù)據(jù)模型的支撐,為了保證數(shù)據(jù)模型的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性,需要利用井下傳感設(shè)備實(shí)時(shí)采集工作面生產(chǎn)信息[11-12]?，F(xiàn)階段煤礦地質(zhì)模型是融合煤礦綜采工作面地質(zhì)數(shù)據(jù)和設(shè)備參數(shù)的開(kāi)采模型,具有較好的準(zhǔn)確性[13]。但是綜采工作面生產(chǎn)環(huán)境較為復(fù)雜,煤層地質(zhì)復(fù)雜多變,綜采設(shè)備種類繁多,無(wú)法獲取所有數(shù)據(jù)[14-15]。以記憶截割為核心技術(shù)的自動(dòng)化采煤技術(shù)存在無(wú)法自主感知工作面地質(zhì)條件變化,采煤機(jī)難以實(shí)現(xiàn)根據(jù)煤層厚度變化自適應(yīng)截割控制。對(duì)于工作面精準(zhǔn)開(kāi)采只是進(jìn)行初步探索,提出研究思路,指出在目前綜采自動(dòng)化系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)建規(guī)劃開(kāi)采模型是實(shí)現(xiàn)綜采工作面精準(zhǔn)開(kāi)采的有效方法。

因此,在前人研究的基礎(chǔ)上,提出一種基于地質(zhì)模型及設(shè)備感知的采煤機(jī)自適應(yīng)截割方法。該方法通過(guò)構(gòu)建地質(zhì)模型,融合工作面回采前的探測(cè)數(shù)據(jù)和回采中的揭露數(shù)據(jù),構(gòu)建高精度動(dòng)態(tài)地質(zhì)模型。研究開(kāi)采工藝及設(shè)備特性創(chuàng)建綜采工作面設(shè)備模型,利用智能感知技術(shù)和導(dǎo)航定位技術(shù),實(shí)現(xiàn)開(kāi)采裝備與開(kāi)采模型的關(guān)聯(lián)互動(dòng)。對(duì)開(kāi)采數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)規(guī)劃開(kāi)采模型的自主校正,并根據(jù)煤層賦存條件自主修正模型開(kāi)采模式,從而達(dá)到復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的控制要求,實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自適應(yīng)截割控制。

1 規(guī)劃開(kāi)采模型構(gòu)建

1.1 地質(zhì)模型構(gòu)建

由于礦井地質(zhì)條件普遍適應(yīng)性不足已經(jīng)成為制約煤炭智能化精準(zhǔn)開(kāi)采的技術(shù)短板,迫切需要構(gòu)建高精度動(dòng)態(tài)地質(zhì)模型。工作面形成后利用地質(zhì)回采前綜合數(shù)據(jù)探測(cè)及回采中巷道揭露數(shù)據(jù)構(gòu)建工作面初始靜態(tài)地質(zhì)模型,再通過(guò)井下寫(xiě)實(shí)數(shù)據(jù)獲取工作面切眼煤層起伏、煤層厚度、坡度變化,實(shí)現(xiàn)工作面地質(zhì)模型的不斷更新。最后運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)數(shù)字煤層地質(zhì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示。

1.2 采煤機(jī)截割模型的構(gòu)建

通過(guò)研究開(kāi)采工藝及礦井設(shè)備特性,創(chuàng)建綜采工作面各設(shè)備模型。工作面采煤機(jī)規(guī)劃截割模型主要包括采煤機(jī)基本狀態(tài)信息和關(guān)聯(lián)設(shè)備關(guān)系。其中采煤機(jī)狀態(tài)信息由采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、采煤機(jī)姿態(tài)傳感器、采煤機(jī)編碼器實(shí)際位移、采高、臥底值精準(zhǔn)度和采煤機(jī)視頻信息組成。關(guān)聯(lián)設(shè)備主要由液壓支架、運(yùn)輸機(jī)和地質(zhì)模型構(gòu)成。采煤機(jī)規(guī)劃截割模型如圖1所示。

圖1 采煤機(jī)規(guī)劃截割模型

1.3 液壓支架截割模型的構(gòu)建

液壓支架規(guī)劃控制模型主要包括支架信息和支架與其他關(guān)聯(lián)設(shè)備的關(guān)系,其中支架信息由支架支護(hù)狀態(tài)、支架姿態(tài)傳感器、支架行程傳感器和支架視頻信息組成。關(guān)聯(lián)設(shè)備主要是刮板運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)組成,且液壓支架全程跟隨采煤機(jī)執(zhí)行動(dòng)作完成情況決定是否觸發(fā)下一道工序,確保了機(jī)架協(xié)同控制的精準(zhǔn)性。液壓支架規(guī)劃截割模型如圖2所示。

圖2 液壓支架規(guī)劃截割模型

1.4 刮板運(yùn)輸機(jī)規(guī)劃模型

刮板運(yùn)輸機(jī)規(guī)劃模型主要包括運(yùn)輸機(jī)基本狀態(tài)信息和關(guān)聯(lián)設(shè)備關(guān)系。其中運(yùn)輸機(jī)基本狀態(tài)信息由平直度測(cè)量數(shù)據(jù)、運(yùn)輸機(jī)俯仰角度、運(yùn)輸機(jī)負(fù)載、運(yùn)輸機(jī)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)輸機(jī)視頻信息組成。關(guān)聯(lián)設(shè)備主要包括液壓支架和采煤機(jī)、液壓支架與刮板運(yùn)輸機(jī)的關(guān)系,以及液壓支架、運(yùn)輸機(jī)推移位置和運(yùn)輸機(jī)對(duì)支架上竄下滑幅度的控制影響其精準(zhǔn)度。刮板運(yùn)輸機(jī)規(guī)劃模型如圖3所示。

圖3 刮板運(yùn)輸機(jī)規(guī)劃模型

1.5 綜采工作面三機(jī)協(xié)同控制開(kāi)采

為了實(shí)現(xiàn)綜采工作面自動(dòng)化開(kāi)采,需要對(duì)綜采三機(jī)進(jìn)行協(xié)同控制,實(shí)現(xiàn)液壓支架自動(dòng)跟機(jī)和自動(dòng)調(diào)直功能,智能綜采三機(jī)協(xié)同控制,通過(guò)采煤機(jī)、液壓支架、刮板運(yùn)輸機(jī)協(xié)同工作、共享數(shù)據(jù)、相互約束、協(xié)同動(dòng)作完成。按照工藝流程采煤機(jī)、液壓支架和刮板運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)精準(zhǔn)相互配合運(yùn)行。由此可規(guī)避單一設(shè)備因無(wú)法精準(zhǔn)應(yīng)用隨著工作面的自動(dòng)化推進(jìn),出現(xiàn)上竄下滑及工作面直線度差等問(wèn)題,采煤機(jī)和液壓支架相對(duì)于煤壁的位置會(huì)發(fā)生上下和左右方向上的位移,這將導(dǎo)致設(shè)定好的煤壁斜切進(jìn)刀位置與設(shè)定好的自動(dòng)跟機(jī)液壓支架架號(hào)、采煤機(jī)自動(dòng)割煤位置發(fā)生錯(cuò)位,從而打亂預(yù)設(shè)的自動(dòng)割煤工序和割煤精度。

2 采場(chǎng)與開(kāi)采模型關(guān)聯(lián)配準(zhǔn)

2.1 工作面兩端頭定位

激光雷達(dá)利用激光在空氣中傳播的速度特性,在刮板運(yùn)輸機(jī)的機(jī)頭和機(jī)尾兩端頭安裝,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾距進(jìn)、回風(fēng)巷巷幫的距離,從而得出工作面刮板運(yùn)輸機(jī)上竄下滑量,為精準(zhǔn)控制提供決策依據(jù)。如圖4所示,同時(shí)在進(jìn)、回風(fēng)巷兩巷幫等距離安裝激光反射板,通過(guò)測(cè)試激光脈沖在與被測(cè)目標(biāo)一個(gè)往返的時(shí)間來(lái)測(cè)定目標(biāo)的距離,即激光測(cè)距雷達(dá)對(duì)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)或一列很窄的光脈,測(cè)量自發(fā)射光脈沖起始,到達(dá)目標(biāo)并由目標(biāo)返回到接收機(jī)的時(shí)間。其距離可表示為

圖4 雷達(dá)定位裝置在工作面的布置

(1)

式中,R為設(shè)目標(biāo)距離,m;t為光脈沖往返經(jīng)過(guò)的時(shí)間,s;c為光在空氣中傳播速度,3.0×108m/s;1/2為光波來(lái)回時(shí)間。

根據(jù)激光雷達(dá)工作原理及特性,將其應(yīng)用于煤礦綜采工作面,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作面向前推進(jìn)距離。實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)在地質(zhì)模型中的精準(zhǔn)定位,并為下刀煤的精準(zhǔn)定位控制奠定基礎(chǔ)。

2.2 工作面中部定位

在采煤機(jī)中安裝慣性導(dǎo)航系統(tǒng),實(shí)時(shí)采集采煤機(jī)的姿態(tài)信息(俯仰角、橫滾角、航向角),結(jié)合里程儀數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備在地質(zhì)模型中的精準(zhǔn)定位,通過(guò)記錄慣性導(dǎo)航運(yùn)行軌跡,為工作面自動(dòng)找直控制提供技術(shù)支撐。同時(shí)慣性導(dǎo)航X、Y、Z這3個(gè)方向的位移變化,將能實(shí)時(shí)反映當(dāng)前采煤機(jī)的三維位姿狀況,通過(guò)位姿的變化情況,來(lái)進(jìn)一步修正更新規(guī)劃截割模型中的采高、坡度等數(shù)據(jù),為精準(zhǔn)控制提供依據(jù)。慣性導(dǎo)航應(yīng)用如圖5所示。

圖5 慣性導(dǎo)航在工作面的應(yīng)用

2.3 開(kāi)采設(shè)備導(dǎo)航定位

由于礦井工作面應(yīng)用系統(tǒng)較為繁雜,需要布置較多的硬件設(shè)備,運(yùn)維成本較高。為了獲取采煤機(jī)在礦井工作面開(kāi)采的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),根據(jù)激光雷達(dá)測(cè)得支架護(hù)幫板的兩側(cè)位移,在每刀割煤完成后對(duì)護(hù)幫板的兩側(cè)位移計(jì)算得到實(shí)時(shí)偏移量,進(jìn)而得出工作面刮板運(yùn)輸機(jī)上竄下滑量。通過(guò)上竄下滑量調(diào)整慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基準(zhǔn)線的偏移量,結(jié)合雷達(dá)測(cè)距數(shù)據(jù)和慣性導(dǎo)航三維姿態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析后得出的決策數(shù)據(jù),來(lái)對(duì)采煤機(jī)截割曲線和液壓支架自動(dòng)跟機(jī)拉架、推溜行程等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行修正更新,以消除慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基準(zhǔn)點(diǎn)誤差;進(jìn)而根據(jù)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整采煤工作面向前推進(jìn)距離,以實(shí)現(xiàn)開(kāi)采設(shè)備在工作面的導(dǎo)航定位。

3 基于設(shè)備感知的開(kāi)采模型修正方法

3.1 工作面設(shè)備感知融合技術(shù)

在現(xiàn)有開(kāi)采模型實(shí)地試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),礦用井下傳感器受到環(huán)境影響,普遍存在測(cè)量精度不高的問(wèn)題。這些問(wèn)題導(dǎo)致開(kāi)采模型與實(shí)際礦井生產(chǎn)之間誤差較大,如何減小誤差值,成為現(xiàn)階段首要解決的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)基于人工智能與設(shè)備姿態(tài)融合的復(fù)雜地質(zhì)條件下綜采工作面感知體系,以煤礦綜采工作面復(fù)雜環(huán)境實(shí)際開(kāi)采業(yè)務(wù)流程為標(biāo)準(zhǔn),對(duì)工作面支架、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備的真實(shí)反饋數(shù)據(jù)和動(dòng)作建立融合感知模型。在實(shí)現(xiàn)順槽和地面遠(yuǎn)程控制環(huán)境與功能的基礎(chǔ)上,按照開(kāi)采情況、設(shè)備運(yùn)行姿態(tài)和設(shè)備截割軌跡等,結(jié)合智能視頻跟蹤、慣導(dǎo)與雷達(dá)校準(zhǔn)輔助控制、智能預(yù)警和聯(lián)鎖保護(hù)工作面設(shè)備的協(xié)同控制。

同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)礦井設(shè)備精準(zhǔn)控制,需建設(shè)工作面精準(zhǔn)控制中心,實(shí)時(shí)采集礦井主要設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),接收大數(shù)據(jù)智能分析決策平臺(tái)下發(fā)的規(guī)劃截割模型,生成規(guī)劃控制指令,對(duì)工作面各設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制。利用多傳感器聯(lián)合標(biāo)定校準(zhǔn)的思路進(jìn)行傳感器授信權(quán)重系數(shù)的訓(xùn)練,通過(guò)權(quán)重值的訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)多傳感器的相互校準(zhǔn),獲得相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

a1k1+b1k2+c1k3=H1

a2k1+b2k2+c2k3=H2

a3k1+b2k2+c3k3=H3

式中,a1,b2,c3為已獲取的傳感器數(shù)據(jù);H1,H2,H3為實(shí)際測(cè)量值;k1,k2,k3分別為權(quán)重系數(shù);a為地質(zhì)傳感器對(duì)地質(zhì)傾角的測(cè)量值;b為慣性導(dǎo)航傳感器對(duì)慣性導(dǎo)航傾角的測(cè)量值;c為煤機(jī)傳感器對(duì)煤機(jī)傾角的測(cè)量值。

k1=

k2=

k3=

3.2 開(kāi)采模型修正方法

模型修正技術(shù)是基于透明地質(zhì)模型設(shè)計(jì)研發(fā)工作面開(kāi)采模型,通過(guò)對(duì)融合后的地質(zhì)及開(kāi)采數(shù)據(jù)進(jìn)行影響因素的分析,包括綜采工作面推進(jìn)過(guò)程中各相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障情況、生產(chǎn)工藝調(diào)整,特別是運(yùn)輸機(jī)的直線度、俯仰角度等內(nèi)容的采集,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),保證隨著開(kāi)采工作面的變化,綜采設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、高效的煤炭開(kāi)采。

通過(guò)對(duì)比規(guī)劃截割模型與執(zhí)行結(jié)果的差值,實(shí)時(shí)反饋到大數(shù)據(jù)智能分析決策中心,利用執(zhí)行效果評(píng)價(jià)體系和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),對(duì)地質(zhì)模型數(shù)據(jù)精度、角度轉(zhuǎn)換修正精度、工況導(dǎo)航位置精度、機(jī)械特性定差準(zhǔn)確度、人工干預(yù)的學(xué)習(xí)修正準(zhǔn)確度進(jìn)行偏差原因分析,適時(shí)修正規(guī)劃截割模型,修正后再次下發(fā)驗(yàn)證,直至偏差消失。

在基于地質(zhì)模型的開(kāi)采數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上,提取頂?shù)装甯叨?結(jié)合雷達(dá)、慣導(dǎo)數(shù)據(jù)所實(shí)時(shí)反饋的采高臥底位置,同時(shí)結(jié)合開(kāi)采數(shù)據(jù)及輔助校準(zhǔn)(慣導(dǎo)、雷達(dá)的精準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng))建立數(shù)據(jù)樣本庫(kù),并根據(jù)設(shè)備姿態(tài)及輔助測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行優(yōu)化修正。模型修正路線如圖6所示。

圖6 基于地質(zhì)模型及設(shè)備感知的開(kāi)采模型修正技術(shù)路線

4 基于模型的采煤機(jī)自適應(yīng)截割方法

在規(guī)劃截割模型建立的基礎(chǔ)上,利用礦井地質(zhì)模型,實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采技術(shù)的截割模型自適應(yīng)截割方法。采煤機(jī)規(guī)劃截割關(guān)鍵技術(shù)包括調(diào)高技術(shù)、調(diào)速技術(shù)和控制技術(shù)。

4.1 基于規(guī)劃截割的調(diào)高技術(shù)

利用地質(zhì)建模預(yù)先構(gòu)建精細(xì)化頂?shù)装鍞?shù)字高程模型,利用采煤機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)感知系統(tǒng),監(jiān)測(cè)采煤機(jī)位置和姿態(tài),計(jì)算出滾筒當(dāng)前截割邊界點(diǎn),并與頂?shù)装鍞?shù)字高程模型進(jìn)行疊置分析,最終確定滾筒高度調(diào)整值。得到的滾筒調(diào)整值下發(fā)至采煤機(jī)控制器進(jìn)行存儲(chǔ)并發(fā)出相應(yīng)控制指令,實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒高度的自動(dòng)調(diào)整。規(guī)劃截割調(diào)高技術(shù)路線如圖7所示。

圖7 規(guī)劃截割調(diào)高技術(shù)路線

4.2 基于規(guī)劃截割的調(diào)速技術(shù)

根據(jù)透明地質(zhì)模型融合大數(shù)據(jù)智能分析決策系統(tǒng),規(guī)劃得到的截割曲線,結(jié)合采煤機(jī)22道采煤工藝,預(yù)先設(shè)定不同工藝段的采煤機(jī)運(yùn)行速度及折返點(diǎn)位置,并通過(guò)程序設(shè)定提前減速機(jī)制,控制采煤機(jī)在折返位置減速換向。因人為干擾或其他因素導(dǎo)致采煤機(jī)退出規(guī)劃截割模式,再次進(jìn)入規(guī)劃截割模式后,采煤機(jī)程序通過(guò)速度比較自動(dòng)調(diào)速至該工藝段設(shè)定速度,從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)規(guī)劃截割速度的自動(dòng)調(diào)整。規(guī)劃截割調(diào)速技術(shù)路線如圖8所示。

圖8 規(guī)劃截割調(diào)速技術(shù)路線

4.3 采煤機(jī)規(guī)劃截割控制

通過(guò)建立的采煤工作面地質(zhì)數(shù)據(jù)模型,結(jié)合工作面多種傳感器進(jìn)行大數(shù)據(jù)決策分析,形成規(guī)劃截割曲線,將規(guī)劃截割曲線下發(fā)至采煤機(jī)控制系統(tǒng),由采煤機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)規(guī)劃截割曲線進(jìn)行自動(dòng)截割。規(guī)劃截割曲線下發(fā)調(diào)試如圖9所示。

圖9 規(guī)劃截割曲線下發(fā)調(diào)試

采煤機(jī)根據(jù)折返點(diǎn)位置進(jìn)行規(guī)劃減速、停機(jī)、反向等動(dòng)作。執(zhí)行過(guò)程可通過(guò)規(guī)劃截割顯示系統(tǒng)界面實(shí)時(shí)查看,如圖10所示。

圖10 采煤機(jī)規(guī)劃截割顯示界面

通過(guò)調(diào)試的實(shí)際截割數(shù)據(jù)、地質(zhì)規(guī)劃數(shù)據(jù)、人工干預(yù)數(shù)據(jù),以采煤機(jī)行進(jìn)編碼器讀數(shù)作為三機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制點(diǎn),實(shí)現(xiàn)截割工藝段轉(zhuǎn)向點(diǎn)的判定誤差控制2 cm以內(nèi),大幅提高測(cè)量精度。如圖11所示,利用慣性導(dǎo)航和激光雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù),準(zhǔn)確標(biāo)定綜采設(shè)備在地質(zhì)模型中的定位,標(biāo)定精度達(dá)到5 cm以內(nèi)。本方法實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)截割軌跡的實(shí)時(shí)檢測(cè),采煤機(jī)規(guī)劃的截割軌跡曲線與采煤機(jī)實(shí)際的截割軌跡曲線基本一致,說(shuō)明該方法對(duì)規(guī)劃的采煤機(jī)調(diào)高軌跡具有良好的自動(dòng)調(diào)整效果。

5 結(jié)論

基于煤礦地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)探測(cè)和綜采設(shè)備智能感知信息,構(gòu)建了一種基于地質(zhì)模型及設(shè)備感知的采煤機(jī)自適應(yīng)截割方法。通過(guò)綜采設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)實(shí)時(shí)獲取的設(shè)備開(kāi)采數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)與地質(zhì)模型的交互融合,通過(guò)布置于工作面的激光雷達(dá),實(shí)現(xiàn)自主感知工作面地質(zhì)條件變化下采煤機(jī)截割軌跡動(dòng)態(tài)規(guī)劃,根據(jù)調(diào)整策略,修正電液控推移曲線和采煤機(jī)截割曲線,實(shí)現(xiàn)工作面直線度的實(shí)時(shí)分析和適時(shí)修正,從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自適應(yīng)調(diào)高控制。同時(shí),智能控制系統(tǒng)的“自動(dòng)分析、提前預(yù)測(cè)、預(yù)知、預(yù)判”功能,全面提升智能開(kāi)采技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的自適應(yīng)截割能力,具有很強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。研究結(jié)果對(duì)煤礦綜采工作面智能化開(kāi)采具有一定借鑒作用,并且對(duì)煤礦綜采工作面安全、高效生產(chǎn)具有重要影響。