[發明專利]一種用于無人化采煤工作面的截割路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201610265198.5
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN106089201B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 盧新明;李旭健;尹紅;彭延軍
• 申請（專利權）人: 山東科技大學;山東藍光軟件有限公司
• 主分類號: E21C35/24
• 分類號: E21C35/24
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 王連君

技術領域

本發明屬于采煤自動化技術領域，具體涉及一種用于無人化采煤工作面的截割路徑規劃方法。

背景技術

無人化采煤工作面是指在工作面安全專家系統的保護下，通過有線或無線方式遠程控制關鍵生產設備，監測其工況。利用采煤機的自主定位與自動導航技術、煤巖自動識別技術、液壓支架電液控制技術、刮板輸送機自動推移技術、工作面自動監控監測技術、井下高速雙向通訊技術和計算機集中控制技術等自動完成割煤、移架、移刮板輸送機和頂板支護等生產流程，動態優化作業程序，實現工作面生產過程自動化、采煤工藝智能化、工作面管理信息化以及操作的無人化，僅當設備出現故障時，維修人員才會到達工作面，從而確保高產、高效和安全生產。

目前，實現無人化采煤工作面的主要技術途徑有兩種：刨煤機綜采機組和滾筒式采煤機綜采機組。其中，刨煤機綜采機組由刨煤機、刮板輸送機和液壓支架組成，適用于薄煤層或中厚偏薄煤層開采，對煤的硬度要求較低，而且只能用于地質條件變化不大的煤層。滾筒式采煤機綜采機組由滾筒式采煤機、刮板輸送機和液壓支架組成，適用于厚煤層開采，對煤層硬度、厚度、地質條件的適應能力強。德國、法國、俄羅斯、比利時等國廣泛采用刨煤機綜采機組，而我國主要采用滾筒式采煤機綜采機組，所以本發明主要針對后者。

截割路徑規劃是無人化采煤工作面的核心技術，目前的截割路徑控制方式有2種：

(1)采煤機機尾滾筒隨機截割

工作面需設置1名操作人員，負責完成頂滾筒的割煤，尾滾筒根據控制器的設定自動完成割煤。

該工藝必須有操作人員跟機作業。在采煤較高、采煤機速度較快時，人員跟機操作困難、安全隱患多、勞動強度大，采煤機的割煤能力不能充分發揮。

(2)采煤機記憶截割

首先由采煤機司機人工控制滾筒高度完成整個工作面的首次循環截割，同時記錄下在工作面上采樣點相應的搖臂傾角，然后采煤機轉入記憶截割狀態，采煤機自動跟蹤相應點記錄的搖臂傾角，從而實現滾筒的自動調高。如果在截割的過程中，發現滾筒高度無法跟蹤實際的頂底板煤巖界面，則需要人工控制滾筒高度，同時進行軌跡記憶，然后跟蹤新的軌跡，作為下一次截割時滾筒調高的工作程序。這種方法是一種同時可以人工干預的自動化操縱方式，司機可任意調整搖臂的位置而不受記憶數據限制。

與本發明最近似的實現方案是其中的“采煤機記憶截割”，即，通過操作人員手動進行示范性割煤，在此過程中，采煤機自動記憶截割路徑。在后續割煤過程中，采煤機根據該路徑自動完成截割。

“采煤機記憶截割”存在以下缺點：

1.煤巖識別問題

盡管記憶截割方法回避了煤巖界面識別難題，利用頂底板的幾何形狀的連續性和簡單的外推的推理方法，來預測采煤機前方的頂底板形狀。但是記憶截割法適合于地質條件好、煤層比較平整的礦井，對于地質條件不好的采煤工作面，該方法受到了嚴重的限制。而且，示范性截割的準確性依賴于操作人員的工作經驗，需要操作人員根據經驗判斷煤巖界面和矸石并調整截割路徑，存在滯后性，且受到工作面惡劣環境的限制。

2.多次學習、頻繁交互

在記憶截割的過程中，如果發現滾筒高度與實際的頂底板煤巖界面不符，則需要人工調整滾筒高度，同時進行軌跡記憶，然后跟蹤新的軌跡，作為下一次截割時滾筒調高的工作程序。在整個截割過程中，需要多次學習、頻繁交互。

3.生產效率低

傳統記憶截割未考慮采煤機行程和截割軌跡優化問題，因而影響生產效率。

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種用于無人化采煤工作面的截割路徑規劃方法，提高了生產效率，為采煤工作面的真正無人化奠定了基礎。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于無人化采煤工作面的截割路徑規劃方法，按照如下步驟進行：

步驟1：計算采煤機的兩個滾筒的截割范圍

根據采煤機的機身長度、搖臂長度、兩個滾筒的有效截割直徑以及搖臂傾角的變化范圍計算出采煤機的兩個滾筒的截割范圍；

步驟2：基于煤層精準三維模型切分煤層

根據采煤機的截割深度把煤層精準三維模型從切眼開始到停采線為止切分成若干片煤壁；

步驟3：將每片煤壁劃分為若干刀

根據每片煤壁的頂底板曲線以及通過步驟1計算出的兩個滾筒截割范圍，將每片煤壁劃分為若干刀；