煤矿井下开采工作面三维模型还原方法技术

本发明专利技术公开了一种矿井下开采工作面三维模型还原方法，S1，通过对采煤机、刮板运输机和液压支架的动作部件进行扫描测量，获取所述采煤机、刮板运输机和液压支架的数字化信息；S2，在仿真软件中，根据实际开采工作面建立三维虚拟空间模型；S3，在液压支架的底座、连杆、尾梁、顶梁以及护帮板上安装倾角传感器，对液压支架姿态信息进行采集；S4，主控计算机和支架控制器实时接收各倾角传感器、红外发射和红外接收装置、压力传感器、位移传感器、轴编码器、位置编码器和电流检测装置所采集的数据；S5，将驱动数据与三维虚拟空间模型中的虚拟设备驱动数据点进行绑定，从而实时反映煤矿井下实际开采工作面的真实状态。采工作面的真实状态。采工作面的真实状态。

【技术实现步骤摘要】
煤矿井下开采工作面三维模型还原方法


[0001]本专利技术涉及煤炭开采自动化
，尤其是涉及煤矿井下开采工作面三维模型还原方法。

技术介绍

[0002]煤矿井下的无人化开采是煤炭行业发展的必然趋势，其不仅可以提高煤炭开采效率，也为煤矿井下安全生产提供了重要保障。但要实现这一目标，仍然面临诸多难点，其中对煤矿井下开采工作面设备状态的感知并实时反馈，是该目标中的一项重要环节。目前，开采工作面多采用视频监控系统，通过传回的视频信息实现对开采工作面运行状况的检测。然而，煤矿井下环境复杂，光线较弱，并且煤炭开采过程中粉尘、水雾较大，导致监控设备捕捉到的视觉信息清晰度较差，从而影响工作人员对工作面情况的判断与监控。同时，由于开采工作面较长且需要检测的关键信息较多，需要安装足够多的摄像头才能满足监控要求，这不仅提高了成本，也为后期清理维护带来了额外的工作量。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种煤矿井下开采工作面三维模型还原方法，以实现工作人员对开采工作面的远程监控。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：本专利技术所述煤矿井下开采工作面三维模型还原方法，包括下述步骤：S1，通过对采煤机、刮板运输机和液压支架的动作部件进行扫描测量，获取所述采煤机、刮板运输机和液压支架的数字化信息；利用Unity3D开发平台数据仿真软件对采煤机、刮板运输机和液压支架的各动作部件进行三维还原，绘制出采煤机、刮板运输机和液压支架的三维仿真模型；按照采煤机、刮板运输机和液压支架的装配规则及动作规则进行拼接，为各个所述动作部件提供相应的数据点接口，用以数据驱动各个动作部件；S2，在Unity3D开发平台数据仿真软件中，根据实际开采工作面建立三维虚拟空间模型，在所述三维虚拟空间模型的坐标系中，依据所述实际开采工作面的需求添加虚拟液压支架数量，并按照实际开采工作面采煤机、刮板运输机和液压支架的实际空间位置进行摆放；依据采煤机、刮板运输机和液压支架之间的相互依赖关系对逻辑结构进行设计，用以满足后续数据驱动时的动作需求；S3，在液压支架的底座、连杆、尾梁、顶梁以及护帮板上安装倾角传感器，对液压支架姿态信息进行采集；在液压支架的立柱上安装红外接收装置，通过与红外发射装置配合确定采煤机所在位置对应的液压支架编号；在液压支架立柱底端安装压力传感器对顶梁压力进行检测；在所述底座中的推移千斤顶内部安装位移传感器，用以检测推溜和移架距离；在采煤机机身和左右摇臂之间安装轴编码器，用以测量摇臂与采煤机机身之间的夹角；在采煤机机身中间部位安装红外发射装置，通过其与所述红外接收装置相互配合确定采煤机位置；在采煤机和刮板运输机连接处安装位置编码器，用以测量采煤机在刮板运输机所提
供的轨道上行走距离；通过电流检测装置检测采煤机和刮板运输机的工作电流；S4，主控计算机和支架控制器实时接收所述各倾角传感器、红外发射和红外接收装置、压力传感器、位移传感器、轴编码器、位置编码器和电流检测装置所采集的数据并进行去噪、计算处理，从而得到用来驱动三维虚拟空间模型的驱动数据；S5，将所述驱动数据与三维虚拟空间模型中的虚拟采煤机、虚拟刮板运输机和虚拟液压支架相应驱动数据点进行绑定；当煤矿井下实际开采工作面进行动作时，所述主控计算机和各支架控制器实时将驱动数据反馈给三维虚拟空间模型，控制所述三维仿真模型中相应的虚拟采煤机、虚拟刮板运输机和虚拟液压支架进行同样的动作，从而实时反映煤矿井下实际开采工作面的真实状态。
[0005]所述三维虚拟空间模型所需的数据点如下：a、采煤机位置数据点：所述红外接收装置等间距分别安装在每台液压支架上，间距设定为，当编号为的所述液压支架接收到采煤机发射的红外信号后，对采煤机位置编码器所采集的脉冲数置零；所述采煤机继续行走，采煤机位置编码器开始对脉冲进行计数，利用齿轮间的传动比计算出采煤机在刮板运输机上行走的距离，此时采煤机的位置为；当第台液压支架的支架控制器接收到采煤机发射的红外信号时，采煤机位置编码器脉冲数重置并继续行走计数，计算获得采煤机位置；b、推溜数据点和移架数据点：支架位移传感器采集得到推移千斤顶在每个时刻推出去的长度，通过求取前后两个时刻的差值获取所述推移千斤顶的推移量；1，当差值大于零时，进行推溜操作；如果前一时刻的差值小于零，将当前差值减去一个间隙误差，作为当前时刻液压支架所对应刮板运输机部位向前移动的长度；如果前一时刻的差值大于零，直接将当前时刻差值作为当前时刻液压支架所对应刮板运输机部位向前移动的长度；2，当差值小于零时，进行移架操作；如果前一时刻的差值为大于零，将当前差值绝对值减去一个间隙误差，作为当前时刻液压支架向前移动的长度；如果前一时刻的差值小于零，直接将当前时刻差值的绝对值作为当前时刻液压支架向前移动的长度；c、采煤机摇臂倾角数据点：通过安装在采煤机机身与摇臂间的轴编码器，采集前后摇臂与机身间的夹角信息和；d、采煤机上采高数据点和卧底量数据点：通过安装在采煤机机身上的倾角传感器获取机身相对于水平面的倾角；当已知摇臂长度为、滚筒半径为、采煤机机身相对于刮板运输机底部高度时，利用前后摇臂与机身夹角和时，计算采煤机上采高为，采煤机后滚筒卧底量为；
e、顶板压力数据点：利用安装在液压支架立柱内部的压力传感器，获取顶板压力值；f、液压支架连杆、尾梁、顶板和护帮板的倾角数据点：利用安装在液压支架连杆、尾梁、顶梁以及护帮板上安装倾角传感器，获取所述连杆、尾梁、顶板和护帮板的倾斜角度；g、刮板运输机电流数据点：该数据点的类型为布尔型，当检测到电流值时为真，否则为零；h、采煤机电流数据点：该数据点为类型为布尔型，当检测到电流值时为真，否则为零。
[0006]在所述三维仿真模型中，所述采煤机位置数据点用来驱动采煤机在刮板运输机所提供轨道上的运行状态；所述推溜数据点用来驱动每台液压支架所对应刮板运输机部分的运动状态；所述移架数据点用来驱动液压支架的运动状态；所述采煤机摇臂数据点用来驱动采煤机前后摇臂的姿态；所述采煤机上采高数据点和卧底量数据点用来驱动采煤机轨迹，同时卧底量数据点还用来驱动每台液压支架的抬底高度；所述顶板压力数据点用来驱动液压支架的颜色，当压力大于设定值时，液压支架图形颜色为红色；所述液压支架连杆、尾梁、顶板和护帮板的倾角数据点用来驱动液压支架各动作部件的运动信息；所述采煤机电流数据点用来驱动采煤机滚筒的转动，当数据为真时滚筒转动，否则静止；所述刮板运输机电流数据点用来驱动刮板运输机的工作状态，当数据为真时开始转动，否则静止。
[0007]本专利技术通过建立所述开采工作面三维虚拟空间模型和所述三维仿真模型，利用实际开采工作面采集的数据信息进行驱动，对实际开采工作面中的设备状态进行动态还原，有效反应了实际开采工作面中各设备的运行状态，实现工作人员对开采工作面的远程监控，满足了自动化综采工作面的需求，对煤矿井下的数字化开采具有重要意义。
附图说明
[0008]图1是本专利技术方法的流程图。
[0009]图2是本专利技术方法中用于采集液压支架状态所使用的检测传感部件的安装布置示意图。图中：标号1.1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下开采工作面三维模型还原方法，其特征在于：包括下述步骤：S1，通过对采煤机、刮板运输机和液压支架的动作部件进行扫描测量，获取所述采煤机、刮板运输机和液压支架的数字化信息；利用Unity3D开发平台数据仿真软件对采煤机、刮板运输机和液压支架的各动作部件进行三维还原，绘制出采煤机、刮板运输机和液压支架的三维仿真模型；按照采煤机、刮板运输机和液压支架的装配规则及动作规则进行拼接，为各个所述动作部件提供相应的数据点接口，用以数据驱动各个动作部件；S2，在Unity3D开发平台数据仿真软件中，根据实际开采工作面建立三维虚拟空间模型，在所述三维虚拟空间模型的坐标系中，依据所述实际开采工作面的需求添加虚拟液压支架数量，并按照实际开采工作面采煤机、刮板运输机和液压支架的实际空间位置进行摆放；依据采煤机、刮板运输机和液压支架之间的相互依赖关系对逻辑结构进行设计，用以满足后续数据驱动时的动作需求；S3，在液压支架的底座、连杆、尾梁、顶梁以及护帮板上安装倾角传感器，对液压支架姿态信息进行采集；在液压支架的立柱上安装红外接收装置，通过与红外发射装置配合确定采煤机所在位置对应的液压支架编号；在液压支架立柱底端安装压力传感器对顶梁压力进行检测；在所述底座中的推移千斤顶内部安装位移传感器，用以检测推溜和移架距离；在采煤机机身和左右摇臂之间安装轴编码器，用以测量摇臂与采煤机机身之间的夹角；在采煤机机身中间部位安装红外发射装置，通过其与所述红外接收装置相互配合确定采煤机位置；在采煤机和刮板运输机连接处安装位置编码器，用以测量采煤机在刮板运输机所提供的轨道上行走距离；通过电流检测装置检测采煤机和刮板运输机的工作电流；S4，主控计算机和支架控制器实时接收所述各倾角传感器、红外发射和红外接收装置、压力传感器、位移传感器、轴编码器、位置编码器和电流检测装置所采集的数据并进行去噪、计算处理，从而得到用来驱动三维虚拟空间模型的驱动数据；S5，将所述驱动数据与三维虚拟空间模型中的虚拟采煤机、虚拟刮板运输机和虚拟液压支架相应驱动数据点进行绑定；当煤矿井下实际开采工作面进行动作时，所述主控计算机和各支架控制器实时将驱动数据反馈给三维虚拟空间模型，控制所述三维仿真模型中相应的虚拟采煤机、虚拟刮板运输机和虚拟液压支架进行同样的动作，从而实时反映煤矿井下实际开采工作面的真实状态。2.根据权利要求1所述的煤矿井下开采工作面三维模型还原方法，其特征在于：所述三维虚拟空间模型所需的数据点如下：a、采煤机位置数据点：所述红外接收装置等间距分别安装在每台液压支架上，间距设定为，当编号为的所述液压支架接收到采煤机发射的红外信号后，对采煤机位置编码器所采集的脉冲数置零；所述采煤机继续行走，采煤机位置编码器开始对脉冲进行计数，利用齿轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国威，李权，马勇超，席亚飞，朱朋飞，李红卫，
申请(专利权)人：郑州煤矿机械集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：