[发明专利]一种基于虚拟轨迹控制的采煤机自适应截割方法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟轨迹控制的采煤机自适应截割方法，属于采煤机截割轨迹控制方法。该方法设定虚拟截割轨迹为采煤机的截割轨迹，使采煤机启动后滚筒沿着设定的虚拟轨迹进行截割，在采煤机运行过程中，实时计算采煤机的实际截割轨迹与虚拟轨迹之间的误差S，当误差S大于实际开采需要控制的最大误差S₀时，通过采煤机控制系统自动控制采煤机的截割轨迹即调整采煤机的截割滚筒高度，实现基于虚拟轨迹控制的采煤机自适应截割，从而解决了现有采煤机截割轨迹被动调整的问题。该方法能够将采区的地质信息和采煤机的截割轨迹进行融合，能够实现采煤机截割轨迹的主动调整，降低设备损耗和故障率，使采煤机的截割效果更好，提高回采率及煤炭的质量。

主权项

一种基于虚拟轨迹控制的采煤机自适应截割方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）根据GIS得到的采区顶底板曲线、截割煤层的厚度及其变化、煤层夹矸地质条件，虚拟采煤机靠近顶板的虚拟截割轨迹a，靠近底板的虚拟截割轨迹b，在GIS三维坐标系中虚拟截割轨迹a的系列坐标记为（X_a,Y_a,Z_a）,虚拟截割轨迹b的系列坐标记为（X_b,Y_b,Z_b）；（2）根据各煤矿的勘探煤层厚度h、以及该煤矿设定的开采回采率标准K，计算出实际开采控制的最大误差S₀:S₀=h×(1‑K);（3）设定虚拟截割轨迹为采煤机的截割轨迹，使采煤机启动后滚筒沿着设定的虚拟轨迹进行截割；（4）在采煤机上设置与采煤机控制系统相连的基于GIS的采煤机定位及姿态监控系统；（5）当采煤机运行截割时，通过基于GIS的采煤机定位及姿态监控系统实时监控采煤机在GIS三维坐标系中的坐标以及采煤机的运动姿态，同时通过采煤机在GIS三维坐标系中的坐标和采煤机运动姿态之间的关系得出采煤机靠近顶板的实际截割轨迹a₁、采煤机靠近底板的实际截割轨迹b₁,其中：在GIS三维坐标系中实际截割轨迹a₁的实时坐标记为（X_a1,Y_a1,Z_a1）、实际截割轨迹b₁的实时坐标记为（X_b1,Y_b1,Z_b1）；（6）将采煤机实际截割轨迹的实时坐标和采煤机的虚拟截割轨迹系列坐标进行匹配，寻找出在水平位置重合度最高的坐标，具体做法如下：a.将实际截割轨迹实时坐标的X、Y值与虚拟截割轨迹系列坐标的X、Y值分别进行比较:b.根据靠近顶板的实际截割轨迹a₁的实时坐标（X_a1,Y_a1,Z_a1）与靠近顶板的虚拟截割轨迹a的系列坐标（X_a,Y_a,Z_a）计算出两者坐标在X、Y轴之间的差值S_ax、S_ax：S_ax=|X_a1‑X_a|   S_ay=|Y_a1‑Y_a|；c.虚拟截割轨迹a的系列坐标（X_a,Y_a,Z_a）中寻找出匹配点的坐标（X_0a,Y_0a,Z_0a），使X、Y轴之间的差值S_ax、S_ay同时取得最小差值:S_ax min=|X_a1‑X_0a|   S_ay min=|Y_a1‑Y_0a|，最小差值S_ax min、S_ay min匹配点的坐标（X_0a,Y_0a,Z_0a）即为采煤机靠近顶板的虚拟截割轨迹a与采煤机靠近底板的实时截割轨迹a₁在水平位置上重合度最高的坐标；同理可得到在GIS三维坐标系中虚拟截割轨迹b系列坐标中匹配点的坐标（X_0b,Y_0b,Z_0b），使X、Y轴之间的差值S_bx、S_by同时取得最小差值：S_bx min=|X_b1‑X_0b|   S_by min=|Y_b1‑Y_0b|，最小差值S_bx min、S_by min匹配点的坐标（X_0b,Y_0b,Z_0b）即为采煤机靠近底板的虚拟截割轨迹b与采煤机靠近底板的实时截割轨迹b₁在水平位置上重合度最高的坐标；（7）通过基于GIS的采煤机定位及姿态监控系统中的计算机计算出采煤机的实际截割轨迹和虚拟截割轨迹之间的误差S：计算出实际截割轨迹a₁和虚拟截割轨迹a之间的误差S_az：S_az=|Z_a1‑Z_0a|；计算出实际截割轨迹b₁和虚拟截割轨迹b之间的误差S_bz：S_bz=|Z_b1‑Z_0b|；则实际截割轨迹和虚拟截割轨迹之间的误差S为顶底板的实际截割轨迹和虚拟轨迹之间的误差之和：S=S_az+S_bz；当采煤机的实际截割轨迹和虚拟截割轨迹之间的误差S小于实际开采控制的最大误差S₀时，采煤机截割轨迹沿虚拟轨迹继续截割，循环执行步骤（5）‑（7）；当采煤机的实际截割轨迹和虚拟截割轨迹之间的误差S大于实际开采控制的最大误差S₀时，需要调整采煤机的截割轨迹，计算机将误差信息传递给采煤机控制系统；采煤机控制系统接收到的误差信息后，对采煤机的截割轨迹进行调整，调整直至采煤机的实际截割轨迹和虚拟截割轨迹之间的误差S小于实际开采需要控制的最大误差S₀。