【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿，涉及激光雷达工作面监测，具体涉及一种采煤工作面回采进尺与起伏曲线获取方法。
技术介绍
1、人开采技术作为煤矿智能化的最终目标受到业界的广泛关注，要想实现工作面开采无人化，首先就需要对井下开采工作面环境做全方位的监测和感知。
2、工作面推进进尺与工作面起伏作为回采工作面的重要空间参数指标，对回采作业的进度控制和回采截割曲线设计具有重要意义；现阶段，大部分煤矿受制于环境和采煤工艺影响，仍是以人工工作面地质写实的方式来测量工作面起伏、以数刀数估计进尺的方式来统计工作面进尺，这种方式大大增加了井下工作量，同时，人工测量与估计的方式存在明显的测量误差。
3、因此，有必要设计一种新的方法，用于实现工作面空间参数的实时监测以及工作面起伏与进尺的智能化采集，为煤矿无人开采提供数据保障。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种采煤工作面回采进尺与起伏曲线获取方法，以解决现有技术中心工作面推进进尺与工作面起伏中人工测量工作量大、误差明显的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
3、一种采煤工作面回采进尺与起伏曲线获取方法，包括以下步骤：
4、步骤1、沿采煤工作面长度方向，在液压支架系统顶部等间隔布设多个激光雷达探头，每个激光雷达探头均经井下防爆交换机与井下处理终端相连，所述激光雷达探头在启动后能够实时采集和传送点云数据给井下处理终端；
5、
6、步骤3、启动所有激光雷达探头，获得各激光雷达探头时间同步后的点云数据；
7、步骤4、以位于液压支架系统头端的激光雷达探头作为参考激光雷达探头，其余雷达探头作为待配准激光雷达探头；
8、步骤5，将步骤2获取的环境参数、步骤3得到的点云数据和步骤4确定的参考激光雷达探头的编号均输入服务器；
9、步骤6，启动采煤机进行当前刀的煤壁截割，在截割过程中服务器对相邻两个激光雷达探头的点云数据进行两两配准，得到所有相邻激光雷达探头之间的变换矩阵ti，其中，i为正整数且i≤n-1，从得到的所有变换矩阵ti中提取平移向量ti，然后对得到的所有平移向量ti中沿开采工作面推进方向的位移量进行平均化处理，得到采煤机当前刀割煤的回采进尺d；
10、步骤7，采煤机完成当前刀的截割并移动至液压支架系统尾端对应位置后，通过矩阵连乘变换得到所有激光雷达探头的规范配准变换矩阵；
11、步骤8，从得到的所有规范激光雷达探头的配准变换矩阵中抽取每个激光雷达探头的平移向量ti投影到xoz平面上，得到采煤工作面中全部激光雷达探头的xoz投影坐标；
12、步骤9，对得到的全部激光雷达探头的xoz投影坐标进行二次样条差值，得到工作面起伏曲线。
13、本专利技术还具有以下技术特征：
14、具体的，步骤2所述的环境参数包括激光雷达探头的初始安装高度、激光雷达探头到煤壁的初始距离范围和激光雷达探头的平均安装间距。
15、更进一步的，所述步骤6具体包括：
16、步骤6.1，启动采煤机进行当前刀的煤壁截割，在截割过程中，当采煤机经过激光雷达探头li所在位置后，激光雷达探头li随所在的液压支架沿开采工作面推进方向向前推进并顶住煤壁；
17、步骤6.2，服务器获取相邻两个激光雷达探头li与激光雷达探头li+1的点云数据，通过icp配准得到配准矩阵ti，从配准矩阵ti中提取平移向量ti，进而得到激光雷达探头li在当次截割中的推进距离δyi；
18、所述配准矩阵其中，ti为相邻两个激光雷达探头的点云数据的平移向量，且δxi为第i个激光雷达探头沿开采工作面长度方向的位移量；δyi为第i个激光雷达探头沿开采工作面推进方向的位移量，δzi为第i个激光雷达探头沿竖直方向的位移量；
19、步骤6.3，对得到的所有平移向量ti中沿开采工作面推进方向的位移量进行平均化处理，得到采煤机当前刀割煤的回采进尺d。
20、更进一步的，所述采煤机当前刀割煤的回采进尺d通过下式确定：
21、
22、式中：
23、d为采煤机当前刀割煤的回采进尺，单位为米：
24、n为激光雷达探头的总数；
25、δyi为第i个激光雷达探头沿开采工作面推进方向的位移量，其中，i为正整数且i≤n-1。
26、更进一步的，步骤8中所述的规范配准变换矩阵如下：
27、
28、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
29、本专利技术方法借助布设的多个激光雷达探头能够持续采集工作面的实时数据，为工作面地质写实工作提供基础数据，降低井下地质工作者劳动强度；与人工工作面地质写实工作周期约3天/次相比，采用本专利技术方法能够做到采煤机每截割一刀进行一次地质写实，每天约20次，并且只需每周对硬件设备进行一次例行维护，据此可推算出，应用本专利技术所述方法，可使采煤工作面地质写实工作的工作效率可提高60倍，现场工作人员下井次数减少50％；采用本专利技术方法能够获取当前时刻或任意时间段内的工作面回采进尺；现测量精度高、误差小。
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1.一种采煤工作面回采进尺与起伏曲线获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的采煤工作面回采进尺与起伏曲线获取方法，其特征在于，步骤2所述的环境参数包括激光雷达探头的初始安装高度、激光雷达探头到煤壁的初始距离范围和激光雷达探头的平均安装间距。
3.如权利要求1所述的采煤工作面回采进尺与起伏曲线获取方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：
4.如权利要求3所述的采煤工作面回采进尺与起伏曲线获取方法，其特征在于，所述采煤机当前刀割煤的回采进尺D通过下式确定：
5.如权利要求3所述的采煤工作面回采进尺与起伏曲线获取方法，其特征在于，步骤8中所述的规范配准变换矩阵如下：
【技术特征摘要】
1.一种采煤工作面回采进尺与起伏曲线获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的采煤工作面回采进尺与起伏曲线获取方法，其特征在于，步骤2所述的环境参数包括激光雷达探头的初始安装高度、激光雷达探头到煤壁的初始距离范围和激光雷达探头的平均安装间距。
3.如权利要求1所述的采煤工作...
【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，巩泽文，苟丙荣，霍雨佳，代振华，王博，
申请(专利权)人：西安煤科透明地质科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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