一种综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法技术

本发明专利技术提供了一种综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法，所述方法包括以下步骤：依次计算每个支架对应的基线高度；获取左、右滚筒高度数据，结合每个支架对应的基线高度，计算每个支架对应的顶板坐标和底板坐标，计算每个支架对应的顶板坐标和底板坐标；按支架排列顺序，将各个支架的顶板坐标顺次连接以形成完整刀顶板线，将各个支架的底板坐标顺次连接以形成完整刀底板线；重复执行上述步骤，直至获得已采区对应的一系列完整刀顶板线和完整刀底板线；将各个完整刀顶板线顺次连接以获得已采区的顶板线，将各个完整刀底板线顺次连接以获得已采区的底板线；基于已采区的顶板线和底板线，构建已采区的空间几何形状。构建已采区的空间几何形状。构建已采区的空间几何形状。

【技术实现步骤摘要】
一种综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法


[0001]本专利技术涉及采煤工作面数据智能分析领域，具体的说，涉及了一种综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法。

技术介绍

[0002]随着煤炭开采技术及装备的快速发展，综采工作面经历了机械化
→
自动化
→
智能化开采。当前综采工作面的综采成套设备(包括采煤机、支架和刮板机等)智能化工作，有赖于识别生产作业过程中各个工艺过程，基于综采成套设备的工作过程数据进行工艺过程识别是实现综采成套设备智能化的基础。虽然，煤矿采煤过程中的信息化水平有一定基础，已形成了一部分生产数据，但，这些生产数据的数据质量并不完善，且对于这些生产数据的分析，形成加速综采设备智能化的分析算法模型相对较少。
[0003]当前阶段，虽在综采成套设备的工作过程中已引入了部分自动控制程序，但实际工作中，仍在很大程度上依靠现场操作人员的手动控制和调整；手动控制过程依赖操作人员的经验和对现场实际情况的判断，存在过程控制的波动性较大、工艺参数不能直接记录等问题，不利于技术的沉淀和迭代优化。
[0004]已采区三维空间几何形状构建，对于开采过程的回溯分析，探寻可进行工艺改进的点至关重要，也是与勘探阶段绘制的煤层三维分布形状图的对比，进行智能截割规划和预测的关键。但是，目前尚无法根据采煤机位置和姿态等监测数据进行已采区空间形状估算，对已采区的估计和截割规划主要依靠人工经验，存在不确定性大、对人工依赖大等问题，与煤矿的少人化、无人化目标相悖。
[0005]为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]本专利技术第一方面提供一种综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]读取采煤机倾角数据和当前完整刀的基点高度，利用已构建的基线计算模型，依次计算每个支架对应的基线高度；
[0010]获取左、右滚筒高度数据，结合每个支架对应的基线高度，计算每个支架对应的顶板坐标和底板坐标；
[0011]按支架排列顺序，将各个支架的顶板坐标顺次连接以形成完整刀顶板线，将各个支架的底板坐标顺次连接以形成完整刀底板线；
[0012]根据采煤机俯仰角数据、完整刀的截深数据和当前完整刀的基点高度，获得下一个完整刀的基点高度；
[0013]重复执行上述步骤，直至获得已采区对应的一系列完整刀顶板线和完整刀底板线；
[0014]将各个完整刀顶板线顺次连接以获得已采区的顶板线，将各个完整刀底板线顺次连接以获得已采区的底板线；
[0015]基于已采区的顶板线和底板线，构建已采区的空间几何形状。
[0016]本专利技术第二方面提供一种综采设备作业过程中已采区顶底板形状估算设备，所述设备包括存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的综采设备作业过程中已采区顶底板形状估算程序，所述综采设备作业过程中已采区顶底板形状估算程序被所述处理器执行时实现如上述的综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法的步骤。
[0017]本专利技术相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步：
[0018]1)本专利技术依靠综采成套设备上传的监测数据，跟随采煤机的割煤过程，根据采煤机位置、左右滚筒高度和俯仰角、倾角等姿态数据，在采煤机作业的过程中自动、实时地估算已采区顶板和底板坐标，从而构建已采区三维空间形状并不断更新，为进一步实现工作面的智能截割规划和预测等提供基础；
[0019]在现有的数据采集条件下提升综采成套设备工艺管理的数字化和信息化水平，从而可实现对采煤工艺更深入、更精确的分析和管理；
[0020]2)本专利技术以完整刀切分为基础，采用逐完整刀循环计算的方式，在每个完整到刀内利用采煤机位置、倾角和左右滚筒高度的数据计算该完整刀的顶板和底板坐标，然后采用俯仰角数据和完整刀截深得到下一个完整刀的基点高度，从而对当前完整刀的基点高度进行更新，提高支架对应的基线高度的计算精度；
[0021]3)针对一个完整刀过程中采煤机往往存在折返的现象，所引起的同一个支架号对应的顶板坐标和底板坐标可能有多个的问题，本专利技术将顶底板坐标按支架号进行聚合，基于聚合后的顶底板坐标得到完整刀的顶板线和底板线，从而提高完整刀的顶板线和底板线的精确度。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的已采区顶底板形状估算方法流程图一；
[0023]图2是本专利技术的已采区顶底板形状估算方法流程图二；
[0024]图3是本专利技术的每个支架对应的顶板坐标和底板坐标估算方法流程图；
[0025]图4(a)是本专利技术的采煤机位置数据补齐前的示意图
[0026]图4(b)是本专利技术的采煤机位置数据补齐后的示意图；
[0027]图5(a)是本专利技术的采煤机倾角的平滑处理示意图；
[0028]图5(b)是本专利技术的采煤机俯仰角数据的平滑处理示意图；
[0029]图6是本专利技术的完整刀基线和顶底板线的计算结果示例图；
[0030]图7是本专利技术的完整刀顶、底板线的聚合示意图；
[0031]图8是本专利技术的完整刀间的顶、底板坐标平滑处理示意图。
具体实施方式
[0032]下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0033]实施例1
[0034]附图1和附图2示出了所述综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法流程图，它包括以下步骤：
[0035]读取采煤机倾角数据和当前完整刀的基点高度，利用已构建的基线计算模型、采煤机倾角数据和当前完整刀的基点高度，沿着采煤机移动轨迹，依次计算每个支架对应的基线高度；
[0036]获取左、右滚筒高度数据，结合每个支架对应的基线高度，计算每个支架对应的顶板坐标和底板坐标；
[0037]按支架排列顺序，将各个支架的顶板坐标顺次连接以形成完整刀顶板线，将各个支架的底板坐标顺次连接以形成完整刀底板线；
[0038]根据采煤机俯仰角数据、完整刀的截深数据和当前完整刀的基点高度，获得下一个完整刀的基点高度；
[0039]重复执行上述步骤，直至获得已采区对应的一系列完整刀顶板线和完整刀底板线；
[0040]根据完整刀划分结果，将各个完整刀顶板线顺次连接以获得已采区的顶板线，将各个完整刀底板线顺次连接以获得已采区的底板线；
[0041]基于已采区的顶板线和底板线，构建已采区的空间几何形状。
[0042]需要说明的是，完整刀不是一个设备，而是一个工艺过程的概念，采煤机设备左右移动割下一层煤的过程称为一个完整刀，采煤过程从时间上可划分成一个一个的完整刀。基于完整刀划分算法对相关数据进行分析，将采煤工作过程中各个完整刀的起止时间划出来，作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法，其特征在于：包括以下步骤：读取采煤机倾角数据和当前完整刀的基点高度，利用已构建的基线计算模型，依次计算每个支架对应的基线高度；获取左、右滚筒高度数据，结合每个支架对应的基线高度，计算每个支架对应的顶板坐标和底板坐标；按支架排列顺序，将各个支架的顶板坐标顺次连接以形成完整刀顶板线，将各个支架的底板坐标顺次连接以形成完整刀底板线；根据采煤机俯仰角数据、完整刀的截深数据和当前完整刀的基点高度，获得下一个完整刀的基点高度；重复执行上述步骤，直至获得已采区对应的一系列完整刀顶板线和完整刀底板线；将各个完整刀顶板线顺次连接以获得已采区的顶板线，将各个完整刀底板线顺次连接以获得已采区的底板线；基于已采区的顶板线和底板线，构建已采区的空间几何形状。2.根据权利要求1所述的综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法，其特征在于，已构建的基线计算模型为：其中，h
b,k
表示第k个支架位置处的基线高度，h
bp
表示当前完整刀的基点高度，A表示支架间距，a
i
表示第i个支架位置处的采煤机倾角数据。3.根据权利要求1所述的综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法，其特征在于，不同完整刀对应不同的基点高度，配置第一个完整刀的基点高度为0，第j+1个完整刀的基点高度h
bp,j+1
=h
bp,j
+l
截深
×
tanβ；其中，h
bp,j
表示第j个完整刀的基点高度，l
截深
表示第j个完整刀对应的推进距离，β表示j个完整刀对应的平均俯仰角。4.根据权利要求1所述的综采设备作业过程中已采区顶底板形状的估算方法，其特征在于，计算每个支架对应的顶板坐标和底板坐标时，执行：获取一个完整刀时间范围内的采煤机位置数据，根据所述采煤机位置数据计算出左滚筒对应的支架位置x
l,k
和右滚筒对应的支架位置x
r,k
；提取与所述时间戳关联的左滚筒高度数据和右滚筒高度数据，根据所述左滚筒高度数据以及每个支架对应的基线高度，获得第一备选顶底板高度，根据右滚筒高度数据以及每个支架对应的基线高度，获得第二备选顶底板高度，并对比所述第一备选顶底板高度和所述第二备选顶底板高度；若所述第一备选顶底板高度大于所述第二备选顶底板高度，则：将所述第一备选顶底板高度配置为顶板的Z坐标，并将左滚筒对应的支架位置x
l,k
作为顶板的X坐标；将所述第二备选顶底板高度配置为底板的Z
’
坐标，并将右滚筒对应的支架位置x
r,k
作为底板的X
’
坐标；若所述第一备选顶底板高度小于所述第二备选顶底板高度，则：将所述第一备选顶底板高度配置为底板的Z
’
坐标，并将左滚筒对应的支架位置x
l,k
作为底板的X
’
坐标；将所述第
二备选顶底板高度配置为顶板的Z坐标，并将右滚筒对应的支架位置x
r,k
作为顶板的X坐标；基于当前完整刀的累计推进距离，更新顶板的Y坐标和底板的Y
’
坐标；重复上述步骤，直...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈湘源，杨文明，李璞，张虎雄，曾聿赟，张幸福，孙忠诚，李春鹏，钟虓，
申请(专利权)人：郑州煤矿机械集团股份有限公司北京工业大数据创新中心有限公司郑州煤机液压电控有限公司，
类型：发明
国别省市：