【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿安全生产，具体为一种采运装备时空推进健康状态评估系统及方法。
技术介绍
1、为了实现煤炭安全、高效、绿色的开采，煤矿智能化建设，特别是煤矿采运装备的智能化建设，得到了广泛关注。煤矿采运装备是煤矿生产的核心设备，其启动频繁、运行重负荷且所处工作环境复杂多变。对煤矿采运装备进行全面健康状态评估，同时对推进截割进行预测和调整，以指导实际工作面的推进开采，是提高采运装备使用寿命及煤矿开采效率的必经之路。
2、如：中国专利技术专利申请号：202010102878.1公开了面向采运装备时空运动学的煤层顶底板路径虚拟规划方法，其通过unity3d软件建立固有煤层顶底板；利用物理引擎实现采运装备和煤层顶底板的真实接触，构建采运装备和煤层顶底板的时空运动学关系，利用mesh组件动态生成单循环煤层顶底板，刮板输送机和液压支架随着采煤机的引领进行协同推进；利用matlab和机器学习算法对煤层顶底板轨迹进行预测，并利用无人机携带探测设备对下循环煤层顶底板轮廓进行探测，并对离散点连续化处理；将无人机探测的数据与预测的数据进行融合得到下循环煤层顶底板虚拟规划路径；通过该现有技术，能够避免对煤层顶底板的轨迹预测的盲目性，实现对下循环煤层顶底板的预测和工作路径的规划。
3、再如：中国专利技术专利申请号：202110875556.5公开了一种基于数字孪生的采煤机虚实交互系统及其构建方法，实现对于采煤机实时工作状态数据分析及装备健康状态评估与预测，并基于孪生模型以及迭代算法实现采煤机截割动作超前仿真模拟与截割轨迹优化，利用
4、又如：中国专利技术专利申请号：202111416994.1公开了一种采煤机健康状态评估方法，包括以下步骤：对采集的采煤机状态数据中各个监测参数间进行综合相关系数计算，将低于预设阈值的监测参数作为参与评估的指标；分别根据层次分析法与熵权法获得各个指标的静态权重向量，通过变权公式得到动态权重向量，并结合灰色聚类得出评估向量q；将待评估监测参数数据输入到训练好的xgboost模型，获得xgboost模型采煤机状态的评估概率向量r；将评估向量q和评估概率向量r进行加权融合，得到综合评估向量qr；根据综合评估向量qr获得每种采煤机状态对应的概率大小。该现有技术在评估过程中考虑了采煤机工况因素及运行数据的影响，将经验模型及人工智能模型相结合，相互弱化了两种算法的使用限制，增强了评估结果的合理性。
5、然而，上述现有技术均存在如下问题：（1）对采运装备健康状态的评估中不包括对截割工况的判断和预测，没能考虑实际截割过程中遇到煤岩异构包裹体等复杂工况的截割，与实际脱离，因此对采运装备推进截割的评估不够全面；（2）单从几何角度或煤层角度出发对工作面截割推进路径进行规划，没能将装备运行的位姿和性能信息与煤层信息深度融合，不能因地制宜的对综采推进路径进行动态预测规划。
6、为此，提出本申请。
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种采运装备时空推进健康状态评估系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种采运装备时空推进健康状态评估系统，包括：虚实交互模块、虚拟装备健康状态评估模块和虚拟时空推进路径规划模块；
4、所述虚实交互模块以实际装备运行数据为基础，构建与其一致的虚拟数据；
5、所述虚拟装备健康状态评估模块以所述虚拟数据为基础，对综采工作进行过程中采运装备运行健康状态进行综合评估及路径规划信号预警；
6、所述虚拟时空推进路径规划模块以所述综合评估及所述路径规划信号预警为前提，对未采煤层预测和截割路径预测规划及预演，以空间位姿运动学进行推进路径规划，再结合采运装备实时运行状态及煤层数据，实现推进截割路径动态推进截割。
7、优选的，所述虚实交互模块包括：实际数据单元、虚实交互单元和虚拟数据单元，所述实际数据单元用于采集实际装备运行数据，所述虚拟数据单元包括虚拟采运装备及运动和虚拟煤层，所述虚实交互单元以所述实际装备运行数据为基础构建所述虚拟采运装备及运动和虚拟煤层。
8、优选的，所述实际装备运行数据包括：矿区地质勘探数据、钻孔点数据、工作面两巷揭露数据、绝对地质高程值、装备运行位姿数据、装备运行性能数据和截割数据，所述装备运行位姿数据包括：采煤机位置、采煤机速度、左右滚筒高度、机身偏航角、横滚角、俯仰角、左右截割电流、左右牵引电流、刮板输送机的反演轨迹、支架支护高度、支架顶梁倾角、支架俯仰角、支架倾斜角、支架推溜行程、支架立柱压力、工艺段标号、工作面推进序号与矿压。
9、优选的，所述虚拟装备健康状态评估模块包括：综合评估单元和路径规划信号预警单元；所述综合评估单元用于对综采工作进行过程中采运装备运行健康状态进行综合评估，所述采运装备运行健康状态包括：采运装备的运行状态及工况、截割路径、截割煤层和截割方案；所述路径规划信号预警单元将所述综合评估单元的评估结果归纳为保守截割、激进截割、平稳截割三种切割模式。
10、优选的，所述虚拟时空推进路径规划模块以所述虚拟装备健康状态评估模块的综合评估结果为前提，以空间位姿运动学为基础，以地质煤层特征参数为推进目标，以刮板输送机中部槽推进极限为约束，规划刮板输送机每节中部槽的推进位姿及各中部槽间排布位姿，将每节中部槽每次推进空间坐标相连得到中部槽推进路径曲线，将推进每一刀中部槽垂直于水平面方向的坐标与上一刀做差，得到上一刀采煤机摇臂截割卧底量值，再通过采煤机摇臂调节与卧底量关系得到采煤机推进摇臂调节角度方案，完成推进规划。
11、本专利技术还提出一种采运装备时空推进健康状态评估方法，包括如下步骤：
12、s100、采集实际装备运行数据并对其进行处理；
13、s200、基于所述实际装备运行数据，构建虚拟采运装备及运动和虚拟煤层，并对所述虚拟采运装备及运动进行健康状态评估；
14、s300、针对健康状态评估结果，进行相应的路径规划，所述路径规划以矿区煤岩体出现的规律为依据进行预测，以装备间推进几何位置关系为基础进行规划；
15、s400、根据健康状态评估结果，为矿区挑选保守截割、激进截割、平稳截割这三种切割方式中的一种。
16、优选的，所述步骤s100具体为：以开采工艺为依据，将所述实际装备运行数据划分为煤层数据及性能数据两大类，按照数据统计分析、绘图，得到所述实际装备运行数据呈现的一般规律特征。
17、优选的，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种采运装备时空推进健康状态评估系统，其特征在于：包括：虚实交互模块、虚拟装备健康状态评估模块和虚拟时空推进路径规划模块；
2.根据权利要求1所述的采运装备时空推进健康状态评估系统，其特征在于：所述虚实交互模块包括：实际数据单元、虚实交互单元和虚拟数据单元，所述实际数据单元用于采集实际装备运行数据，所述虚拟数据单元包括虚拟采运装备及运动和虚拟煤层，所述虚实交互单元以所述实际装备运行数据为基础构建所述虚拟采运装备及运动和虚拟煤层。
3.根据权利要求2所述的采运装备时空推进健康状态评估系统，其特征在于：所述实际装备运行数据包括：矿区地质勘探数据、钻孔点数据、工作面两巷揭露数据、绝对地质高程值、装备运行位姿数据、装备运行性能数据和截割数据，所述装备运行位姿数据包括：采煤机位置、采煤机速度、左右滚筒高度、机身偏航角、横滚角、俯仰角、左右截割电流、左右牵引电流、刮板输送机的反演轨迹、支架支护高度、支架顶梁倾角、支架俯仰角、支架倾斜角、支架推溜行程、支架立柱压力、工艺段标号、工作面推进序号与矿压。
4.根据权利要求1所述的采运装备时空推进健康状态评估系
5.根据权利要求1所述的采运装备时空推进健康状态评估系统，其特征在于：所述虚拟时空推进路径规划模块以所述虚拟装备健康状态评估模块的综合评估结果为前提，以空间位姿运动学为基础，以地质煤层特征参数为推进目标，以刮板输送机中部槽推进极限为约束，规划刮板输送机每节中部槽的推进位姿及各中部槽间排布位姿，将每节中部槽每次推进空间坐标相连得到中部槽推进路径曲线，将推进每一刀中部槽垂直于水平面方向的坐标与上一刀做差，得到上一刀采煤机摇臂截割卧底量值，再通过采煤机摇臂调节与卧底量关系得到采煤机推进摇臂调节角度方案，完成推进规划。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的采运装备时空推进健康状态评估系统的评估方法，其特征在于：包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的采运装备时空推进健康状态评估系统的评估方法，其特征在于：所述步骤S100具体为：以开采工艺为依据，将所述实际装备运行数据划分为煤层数据及性能数据两大类，按照数据统计分析、绘图，得到所述实际装备运行数据呈现的一般规律特征。
8.根据权利要求7所述的采运装备时空推进健康状态评估系统的评估方法，其特征在于：所述步骤S200具体包括：
9.根据权利要求8所述的采运装备时空推进健康状态评估系统的评估方法，其特征在于：所述步骤S203中：
10.根据权利要求9所述的采运装备时空推进健康状态评估系统的评估方法，其特征在于：所述步骤S300具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种采运装备时空推进健康状态评估系统，其特征在于：包括：虚实交互模块、虚拟装备健康状态评估模块和虚拟时空推进路径规划模块；
2.根据权利要求1所述的采运装备时空推进健康状态评估系统，其特征在于：所述虚实交互模块包括：实际数据单元、虚实交互单元和虚拟数据单元，所述实际数据单元用于采集实际装备运行数据，所述虚拟数据单元包括虚拟采运装备及运动和虚拟煤层，所述虚实交互单元以所述实际装备运行数据为基础构建所述虚拟采运装备及运动和虚拟煤层。
3.根据权利要求2所述的采运装备时空推进健康状态评估系统，其特征在于：所述实际装备运行数据包括：矿区地质勘探数据、钻孔点数据、工作面两巷揭露数据、绝对地质高程值、装备运行位姿数据、装备运行性能数据和截割数据，所述装备运行位姿数据包括：采煤机位置、采煤机速度、左右滚筒高度、机身偏航角、横滚角、俯仰角、左右截割电流、左右牵引电流、刮板输送机的反演轨迹、支架支护高度、支架顶梁倾角、支架俯仰角、支架倾斜角、支架推溜行程、支架立柱压力、工艺段标号、工作面推进序号与矿压。
4.根据权利要求1所述的采运装备时空推进健康状态评估系统，其特征在于：所述虚拟装备健康状态评估模块包括：综合评估单元和路径规划信号预警单元；所述综合评估单元用于对综采工作进行过程中采运装备运行健康状态进行综合评估，所述采运装备运行健康状态包括：采运装备的运行状态及工况、截割路径、截割煤层和截割方案；所述路径规划信号预警单元将所述综合评估单元的评估结果归纳为保守...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈思远，李娟莉，翟德华，霍鹏飞，董梦瑶，杨贵平，曹永爱，梁发明，
申请(专利权)人：晋能控股煤业集团同忻煤矿山西有限公司，
类型：发明
国别省市：
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