[发明专利]基于煤层地理信息系统的采煤机姿态控制方法

摘要

本发明公开了一种基于煤层煤层地理信息系统的采煤机姿态控制方法，该方法包括：建立采煤机下滚筒截割卧底调整量与采煤机姿态信息中翻滚角变化量关联模型；建立工作面煤层地理信息系统，得到沿采煤机推进方向的煤层顶板曲线和煤层底板曲线；找出煤层底板曲线上的斜率变化点，实现煤层底板曲线的分段线性化；采用融合地质环境信息的采煤机定位技术获取采煤机实时位置和姿态信息，利用采煤机下滚筒截割卧底调整量与采煤机姿态信息中翻滚角变化量关联模型，计算出采煤机下滚筒卧底调整量，从而控制采煤机姿态。该方法将采煤机姿态控制与煤层倾角识别有效结合，可使采煤机姿态中的翻滚角与煤层倾角保持一致。

主权项

1.一种基于煤层地理信息系统的采煤机姿态控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)根据长壁综采工作面采煤机、液压支架和刮板输送机三机技术参数和配套关系，建立采煤机下滚筒截割卧底调整量与采煤机姿态信息中翻滚角变化量关联模型，即Δγ＝arctan(Δh/d)，Δh为采煤机下滚筒截割卧底调整量，Δγ为采煤机姿态信息中翻滚角变化量，d为采煤机截割一刀时工作面推进距离；2)利用钻探、巷探以及精细物探数据建立工作面煤层地理信息系统，工作面煤层地理信息系统包括煤层顶底板曲面，顶底板曲面以三维栅格存储，煤层地理信息系统坐标系以煤层底板开采起始位置处为坐标原点，X轴方向沿工作面方向，Y轴方向沿工作面推进方向，Z轴的方向与采煤机重力加速度的方向相反；3)以采煤机下滚筒卧底最小可控调整量δh为控制参数，找出煤层底板曲线上的斜率变化点，实现煤层底板曲线的分段线性化，具体步骤如下：31)在工作面煤层地理信息系统中沿Y轴做截面，提取沿工作面推进方向的煤层底板曲线，以采煤机截割一刀时工作面推进距离d为间距，在提取煤层底板曲线上用插值算法获取n个数据点，分别为A1、A2......An，同时获取A1‑An各个数据点的YZ平面坐标，其中，煤层底板曲线起始点为第一个数据点A1，煤层底板曲线末尾点为最后一个数据点An；32)将第一个数据点A1作为煤层底板曲线的第一个斜率变化点，最后一个数据点An做为煤层底板曲线的最后一个斜率变化点，以第一个斜率变化点作为第二个斜率变化点的计算参考点，计算第一个斜率变化点和与第一个斜率变化点相邻的第二个数据点A2的连线的斜率k12，并以斜率k12作延长线计算出第三个数据点A3的坐标预测值，如果第三个数据点A3的坐标预测值与真实值之差的绝对值小于δh，则继续计算第二个数据点A2和与第二个数据点A2相邻的第三个数据点A3的连线的斜率k23，并以斜率k23作延长线计算出第四个数据点A4的坐标预测值，依次类推，直至某一个数据点的坐标预测值与真实值之差的绝对值大于等于δh，则将该数据点作为煤层底板曲线的第二个斜率变化点，然后按照上述计算方法，以上一个确定的斜率变化点作为下一个斜率变化点的计算参考点，依次确定煤层底板曲线上的其余各个斜率变化点；33)根据得到的煤层底板曲线上的所有斜率变化点构成煤层底板的分段线性化曲线；4)采用融合地质环境信息的采煤机定位技术获取采煤机实时位置和姿态信息，根据采煤机实时位置信息确定采煤机所在的煤层底板的分段线性化曲线的直线段，并由该直线段斜率的反正切值得到煤层倾角α，根据采煤机实时姿态信息中的翻滚角γ，利用采煤机下滚筒截割卧底调整量与采煤机姿态信息中翻滚角变化量关联模型，计算出采煤机下滚筒卧底调整量Δh＝d tan(γ‑α)，从而控制采煤机姿态，使采煤机翻滚角与煤层倾角保持一致。