[發明專利]一種基于虛擬軌跡控制的采煤機自適應截割方法

有效

• 申請號: 201410069346.7
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN103835719A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 劉萬里;趙勇濤;李威;王世博;李昂;李曉陽;葛兆亮;張智喆
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C35/24
• 分類號: E21C35/24;E21C25/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種基于虛擬軌跡控制的采煤機自適應截割方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）根據GIS得到的采區頂底板曲線、截割煤層的厚度及其變化、煤層夾矸地質條件，虛擬采煤機靠近頂板的虛擬截割軌跡a，靠近底板的虛擬截割軌跡b，在GIS三維坐標系中虛擬截割軌跡a的系列坐標記為（X_a,Y_a,Z_a）,虛擬截割軌跡b的系列坐標記為（X_b,Y_b,Z_b）；

（2）根據各煤礦的勘探煤層厚度h、以及該煤礦設定的開采回采率標準K，計算出實際開采控制的最大誤差S₀:

S₀=h×(1-K);

（3）設定虛擬截割軌跡為采煤機的截割軌跡，使采煤機啟動后滾筒沿著設定的虛擬軌跡進行截割；

（4）在采煤機上設置與采煤機控制系統相連的基于GIS的采煤機定位及姿態監控系統；

（5）當采煤機運行截割時，通過基于GIS的采煤機定位及姿態監控系統實時監控采煤機在GIS三維坐標系中的坐標以及采煤機的運動姿態，同時通過采煤機在GIS三維坐標系中的坐標和采煤機運動姿態之間的關系得出采煤機靠近頂板的實際截割軌跡a₁、采煤機靠近底板的實際截割軌跡b₁,

其中：在GIS三維坐標系中實際截割軌跡a₁的實時坐標記為（X_a1,Y_a1,Z_a1）、實際截割軌跡b₁的實時坐標記為（X_b1,Y_b1,Z_b1）；

（6）將采煤機實際截割軌跡的實時坐標和采煤機的虛擬截割軌跡系列坐標進行匹配，尋找出在水平位置重合度最高的坐標，具體做法如下：

a.將實際截割軌跡實時坐標的X、Y值與虛擬截割軌跡系列坐標的X、Y值分別進行比較:

b.根據靠近頂板的實際截割軌跡a₁的實時坐標（X_a1,Y_a1,Z_a1）與靠近頂板的虛擬截割軌跡a的系列坐標（X_a,Y_a,Z_a）計算出兩者坐標在X、Y軸之間的差值S_ax、S_ax：

S_ax=|X_a1-X_a|???S_ay=|Y_a1-Y_a|；

c.虛擬截割軌跡a的系列坐標（X_a,Y_a,Z_a）中尋找出匹配點的坐標（X_0a,Y_0a,Z_0a），使X、Y軸之間的差值S_ax、S_ay同時取得最小差值:

S_ax?_min=|X_a1-X_0a|???S_ay?_min=|Y_a1-Y_0a|，

最小差值S_ax?_min、S_ay?_min匹配點的坐標（X_0a,Y_0a,Z_0a）即為采煤機靠近頂板的虛擬截割軌跡a與采煤機靠近底板的實時截割軌跡a₁在水平位置上重合度最高的坐標；

同理可得到在GIS三維坐標系中虛擬截割軌跡b系列坐標中匹配點的坐標（X_0b,Y_0b,Z_0b），使X、Y軸之間的差值S_bx、S_by同時取得最小差值：

S_bx?_min=|X_b1-X_0b|???S_by?_min=|Y_b1-Y_0b|，

最小差值S_bx?_min、S_by?_min匹配點的坐標（X_0b,Y_0b,Z_0b）即為采煤機靠近底板的虛擬截割軌跡b與采煤機靠近底板的實時截割軌跡b₁在水平位置上重合度最高的坐標；

（7）通過基于GIS的采煤機定位及姿態監控系統中的計算機計算出采煤機的實際截割軌跡和虛擬截割軌跡之間的誤差S：

計算出實際截割軌跡a₁和虛擬截割軌跡a之間的誤差S_az：

S_az=|Z_a1-Z_0a|；

計算出實際截割軌跡b₁和虛擬截割軌跡b之間的誤差S_bz：

S_bz=|Z_b1-Z_0b|；

則實際截割軌跡和虛擬截割軌跡之間的誤差S為頂底板的實際截割軌跡和虛擬軌跡之間的誤差之和：

S=S_az+S_bz；

當采煤機的實際截割軌跡和虛擬截割軌跡之間的誤差S小于實際開采控制的最大誤差S₀時，采煤機截割軌跡沿虛擬軌跡繼續截割，循環執行步驟（5）-（7）；

當采煤機的實際截割軌跡和虛擬截割軌跡之間的誤差S大于實際開采控制的最大誤差S₀時，需要調整采煤機的截割軌跡，計算機將誤差信息傳遞給采煤機控制系統；

采煤機控制系統接收到的誤差信息后，對采煤機的截割軌跡進行調整，調整直至采煤機的實際截割軌跡和虛擬截割軌跡之間的誤差S小于實際開采需要控制的最大誤差S₀。