[發明專利]一種用于復雜條件工作面的綜采裝備智能控制方法及系統

在審

• 申請號: 202010178157.9
• 申請日: 2020-03-14
• 公開（公告）號: CN111173510A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 任懷偉;周杰;文治國;趙國瑞;杜毅博;鞏師鑫;韓哲
• 申請（專利權）人: 天地科技股份有限公司
• 主分類號: E21C35/24
• 分類號: E21C35/24;E21D23/12;E21F13/06;E21F17/18
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1.一種用于復雜條件工作面的綜采裝備智能決策控制方法及系統，其特征在于：包括綜采裝備全位姿測量系統、礦壓監測系統、虛擬仿真系統、分析決策系統和分布式控制系統；綜采裝備全位姿測量系統測量全面描述裝備實時運行狀態的15個必要參數；礦壓監測系統采集并分析采煤工作面礦壓數據；虛擬仿真系統加載礦壓監測系統監測得到的沿工作面方向的礦壓數據并隨時間更新，根據綜采裝備全位姿測量系統所得數據驅動裝備三維模型模擬真實開采過程；分析決策系統計算復雜地質條件引起的裝備位置異常偏移、方向隨機傾斜和預測圍巖（頂板、煤壁和底板）變形、冒落及片幫等情況，并基于已知工藝方法和歷史數據學習結果給出自動消除位姿誤差和圍巖變化的控制策略，確定下一割煤循環控制參數；分布式控制系統進行全流程協同管控，向采煤機、液壓支架和刮板輸送機發送設備狀態信息及操作參數，實施綜采裝備系統的綜合決策控制。

2.根據權利要求1所述的綜采裝備智能決策控制方法，其特征在于：將工作面綜采裝備運行過程的空間位姿和圍巖地質參數、礦壓數據融合在一起，沿時間維度形成裝備運行的空間場模型及應力場模型，兩場數據疊加確定某一時刻圍巖形態、工作面采高、冒頂片幫及直線度、仰俯及上竄下滑等裝備狀態，并判斷是否正常；基于恢復正常狀態、提升裝備運行效率和適應性目標，超前計算得出液壓支架支護阻力、最佳移架時間、采煤機割煤速度和采高、護幫板收放時間、頂板下沉量、刮板輸送機推移距離和上竄下滑量等運行控制參數；且每一截割循環完成后，均根據實際數據自動重新修正模型和更新預測計算數據，保證預設控制和實際地質條件的吻合度，提升工作面運行質量。

3.根據權利要求1所述的綜采裝備全位姿測量系統，其特征在于：在工作面全局坐標系下安設統一測量系統；通過慣性導航裝置、傾角和位移傳感器、圖像分析方法同時獲取描述裝備自身及相互空間約束、位姿關系的最少參數集：包括采煤機三個轉動傾角和搖臂高度；液壓支架底座傾角，頂梁傾角，支架高度，推移距離，護幫狀態；刮板輸送機水平彎曲，底板起伏，扭轉角度；裝備間3個相對位姿，包括采煤機滾筒和支架護幫板距離，采煤機距刮板輸送機機頭距離，刮板輸送機中部槽與支架推桿的夾角。

4.根據權利要求1所述的礦壓監測系統，其特征在于：除具有工作面礦壓數據采集功能之外，還具有基于深度學習或專家特征庫的復雜地質條件工作面礦壓數據分析與預測功能，與裝備位姿數據共同計算后續開采控制參數。

5.根據權利要求1所述的虛擬仿真系統，其特征在于：采用模塊化思想開發，具有基于真實數據驅動的運動仿真模塊、場景生成模塊、仿真場景以及反饋控制模塊；

全位姿測量系統通過底層數據接口進入實時數據庫進行存儲及分析，接口參數與仿真模型驅動參數一一對應；該模塊過濾偏差較大且不滿足實際工況的數據，存儲可靠數據，完成裝備運行狀態協同仿真和推演計算、驅動虛擬模型運動；并可生成歷史數據變動趨勢、設備關鍵參數時移曲線等；場景生成模塊在接收運動仿真指令后，通過數據接口采集地質條件及礦壓監測系統數據對井下三維地質環境進行重構，并將重構的場景數據傳入仿真場景中；裝備運行數據和地質環境數據在分析決策系統的支持下生成仿真場景，并進行分析預測；將決策結果通過虛擬鏈路傳回反饋控制模塊完成圖形界面顯示，并通過數據接口對工作面實際裝備實現反饋控制。

6.根據權利要求1所述的分析決策系統，其特征在于：作為整個系統后臺運行服務的核心；基于真實數據和虛擬仿真對井下特定工作場景、設備對象、工藝流程進行建模，運行綜采裝備智能決策控制方法，完成井下綜采裝備控制參數的優化和決策。

7.根據權利要求1所述的分布式控制系統，其他特征在于：包括中央主控制器和應用程序擴展接口模塊，采煤機、液壓支架和刮板輸送機的控制器及編解碼模塊；基于井下工業以太網建立數據鏈路層、協議層和應用層的整體架構，連接上述設備，完成控制信號傳輸、接口通信和分布式協調控制。

8.根據權利要求7所述的分布式控制系統，其他特征在于：具有數據鏈路層、協議層和應用層的三層架構，分別對應系統信號傳輸、接口通信和控制功能；其中，協議層系統接口可兼容多種通信協議，能夠與不同廠家的設備通過其編解碼模塊進行信息交換；應用層具有API（應用程序擴展接口），通過調用函數庫中的底層控制命令實現對不同廠商硬件的統一控制。