[發明專利]一種基于工作面高精度導航模型的無人采煤路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201910291920.6
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110107295B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 劉萬里;葛世榮;王世博;伊世學
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明公開了一種基于工作面高精度導航模型的無人采煤路徑規劃方法，該方法是在建立工作面高精度導航模型基礎上進行全局采煤路徑自動規劃，包括如下步驟：(1)用一組間距為采煤機滾筒截割深度的平行平面去切割工作面導航模型，獲得沿工作面沿推進方向的煤層頂底板曲線；(2)用等弧長法在頂底板曲線上規劃出n段曲線段，計算各曲線段的法線之間的夾角θ，設定一個角度誤差閾值δ，如果θ≥δ，繼續對該曲線段進行細分，直到所有相鄰曲線段的夾角皆小于δ；(3)根據采煤機幾何參數和運動方式，以最大回采率和最小割巖率為優化目標，規劃出無人采煤最優化路徑。優點：解決了傳統記憶截割的煤巖識別、多次學習、頻繁交互等難題，有效提高工作面自動化水平。

技術領域

本發明涉及無人采煤路徑規劃方法，尤其是一種基于工作面高精度導航模型的無人采煤路徑規劃方法，屬于煤礦自動化/無人化開采技術領域。

背景技術

煤礦無人化開采是國際煤炭開采領域共同追求的前沿技術，是減少人員傷亡、保障安全生產的重要手段也是我國煤礦實現安全、高效、綠色開采的有效途徑。目前，由于煤巖界面識別的世界性難題還沒有解決，國內外的綜采工作面主要采用記憶截割與人工干預相結合的調高方式，已在地質條件簡單的綜采工作面實現了自動化調高。但我國大部分綜采工作面的地質條件非常復雜(如煤層起伏變化大，存在斷層、褶皺等危險地質構造)，導致基于記憶截割的采煤機自動調高控制方法在煤層結構復雜的綜采工作面難以實現自動化/無人化開采，具體表現為：

(1)記憶截割是基于采煤機位置傳感器和計算機記憶的“示教跟蹤”式控制方法，首先人工操作采煤機使滾筒沿工作面隨煤層高低起伏完成首次循環截割，并記錄和存儲對應的割煤軌跡，然后采煤機按存儲的程序自動跟蹤相應點記錄參數來完成自動調高。記憶截割利用頂底板的幾何形狀的連續性和漸進的推理方法，來預測采煤機前方的頂底板形狀，當在工作面推進方向上的煤層傾角發生變化時，依照記憶截割控制模式，在后續的截割過程中將導致采煤機滾筒截割到綜采工作面頂板上。而且，記憶截割的準確性依賴于操作工人的工作經驗來判斷煤巖界面來調整截割路徑，存在滯后性且受到工人經驗和工作面惡劣環境的限制。

(2)在記憶截割過程中，當遇到截割滾筒高度與實際的頂底板煤巖界面不符時，需要人工調整滾筒高度，同時要進行軌跡更新作為下一次截割時新的調高數據，這樣在整個截割過程中需要多次學習、頻繁交互、費時費力，嚴重影響自動化開采的效率。

發明內容

技術問題：本發明的目的是要克服現有技術中的不足之處，提供一種方法簡單、操作方便、能自動生成無人采煤的最優化路徑的基于工作面高精度導航模型的無人采煤路徑規劃方法。

技術方案：本發明的基于工作面高精度導航模型的無人采煤路徑規劃方法，根據綜采工作面高精度導航模型自動生成無人采煤的最優化路徑，具體步驟包括：

(1)綜合利用煤層厚度震波CT探測數據、回采巷道激光掃描三維點云數據、巷道頂部鉆孔測點數據、煤層底板等高線數據、斷層褶皺數據構建綜采工作面高精度導航模型；

(2)用一組間距為采煤機滾筒截割深度D的平行平面去切割步驟1中構建的綜采工作面高精度導航模型，獲得沿工作面沿推進方向的煤層頂底板曲線；

(3)根據煤層頂底板曲線的外部形狀特征，包括：突變點、拐點、凹凸點、斷點和尖點，對煤層頂底板曲線進行粗略的區間劃分；