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基于高精度三维动态地质模型的采煤机自适应智能截割技术研究

侯运炳 张弘 毛善君 孙振明 李梅 陈华州

侯运炳, 张弘, 毛善君, 孙振明, 李梅, 陈华州. 基于高精度三维动态地质模型的采煤机自适应智能截割技术研究[J]. 矿业科学学报, 2023, 8(1): 26-38. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.01.003
引用本文: 侯运炳, 张弘, 毛善君, 孙振明, 李梅, 陈华州. 基于高精度三维动态地质模型的采煤机自适应智能截割技术研究[J]. 矿业科学学报, 2023, 8(1): 26-38. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.01.003
Hou Yunbing, Zhang Hong, Mao Shanjun, Sun Zhenming, Li Mei, Chen Huazhou. Adaptive intelligent cutting technology of the shearer based on the high-precision three-dimensional dynamic geological model[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2023, 8(1): 26-38. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.01.003
Citation: Hou Yunbing, Zhang Hong, Mao Shanjun, Sun Zhenming, Li Mei, Chen Huazhou. Adaptive intelligent cutting technology of the shearer based on the high-precision three-dimensional dynamic geological model[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2023, 8(1): 26-38. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.01.003

基于高精度三维动态地质模型的采煤机自适应智能截割技术研究

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.01.003
基金项目: 

国家重点研发计划 2017YFC0804303

详细信息
    作者简介:

    侯运炳(1962—),男,陕西安康人,二级教授,博士生导师,主要从事数字矿山、智能采矿、尾砂固结排放技术、能源经济与政策等方面的研究工作。Tel:13051090099,E-mail:houyunbing2000@163.com

    通讯作者:

    张弘(1993—),男,山西平顺人,博士,主要从事智能采矿技术的研究工作。Tel:18801302683,E-mail:18801302683@163.com

  • 中图分类号: TD823.97

Adaptive intelligent cutting technology of the shearer based on the high-precision three-dimensional dynamic geological model

  • 摘要: 采煤机使用“记忆截割”技术割煤时,需要进行人工领刀,且对煤层赋存条件要求较高,当煤层起伏较大时需要频繁示教领刀。“记忆截割”技术仅针对下一刀煤层顶板截割路径进行优化,在采煤机推进方向无法根据煤层的赋存形态对采煤机俯仰采路线进行精确规划与控制。本文基于采煤机自适应智能截割理念,设计了综采工作面采煤机智能截割系统运行模式,利用煤层精细化物探数据构建工作面高精度三维地质模型,而后利用地质模型对采煤机的未来截割路径进行规划,并在开采过程中根据工作面揭露的最新地质资料动态修正高精度三维地质模型。将高精度三维动态地质模型与采煤机开采规划算法耦合,提出可自适应煤层变化的采煤机开采控制基线规划算法,实现对采煤机推进方向的俯仰采控制与牵引方向的截割控制,以及地质模型更新、开采基线规划与采煤机滚筒调整之间的高效协作。设计了智能截割系统内滚筒调整参量的计算服务接口,以及智能截割系统与采煤机控制系统间的通讯协议,实现了采煤机滚筒基于规划截割路径的精准控制。实践表明,采煤机智能截割系统适用于底板倾角各种变化程度的煤层,采煤机截割线更好地贴合煤层顶、底板线,节约资源,提高生产效率。
  • 图  1  综采工作面规划截割系统运行流程

    Figure  1.  Operation flow chart of planning cutting system in fully mechanized working face

    图  2  底板推进路径示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of the advancing path of the floor

    图  3  煤层底板开采控制点数据格网模型

    Figure  3.  Data grid model of coal seam floor mining control point

    图  4  刮板输送机垂直弯曲度示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of the vertical curvature of AFC

    图  5  底板控制点格网示意图

    Figure  5.  Diagram of floor control point grid

    图  6  异常点修正可选区间示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of the optional range of outlier correction

    图  7  异常点修正方法

    Figure  7.  Outlier correction method

    图  8  单一异常点修正方法

    Figure  8.  Correction method of single outlier

    图  9  约束区间特殊情况

    Figure  9.  Constraint scope special case

    图  10  连续2个异常点的修正方法

    Figure  10.  Correction method for two consecutive outliers

    图  11  连续3个异常点的修正方法

    Figure  11.  Correction method for three consecutive outliers

    图  12  连续4个异常点的修正方法

    Figure  12.  Correction method for four consecutive outliers

    图  13  顶板规划截割路径生成示意图

    Figure  13.  Schematic diagram of roof plan cutting path generation

    图  14  综采工作面底板俯仰采基线

    Figure  14.  Fully mechanized working face floor pitching baseline

    图  15  综采工作面底板数据格网及底板截割路径

    Figure  15.  Floor data grid and floor cutting path of fully mechanized working face

    图  16  综采工作面顶、底板截割路径

    Figure  16.  Cutting line of roof and floor of fully mechanized working face

    图  17  智能化综采工作面采煤规划截割路径(绿线)

    Figure  17.  Intelligent fully mechanized working face planning cutting path(green line)

    表  1  采煤机调整数据请求状态点

    Table  1.   Shearer adjustment data request status points

    PLC地址(Base 1) 协议地址(Base 0,十六进制) 描述 注释
    4x19098 0x4a99 数据调整状态 状态位功能定义如下:
    Bit 0 =1,数据被拒绝
    Bit 1 =1,数据被使用
    Bit 2 =1,调整数据请求
    Bit 3 保留位
    Bit 4 保留位
    Bit 15 保留位
    下载: 导出CSV

    表  2  滚筒调整参量数据点

    Table  2.   Drum adjustment parameter data point

    PLC地址(Base 1) 协议地址(Base 0,十六进制) 描述 注释
    4x10100 0x2773 数据完成标记 上位机调整参量写入完成后,该寄存器值由0x0100改为0x0101
    4x10101 0x2774 调整参量对应刀号
    4x10102 0x2775 调整点0数据索引 从机头开始设置控制点,起始索引为0,后续每个点+1
    4x10103 0x2776 机头侧滚筒卧底调整量 1=1 mm,为后滚筒时调整量
    4x10104 0x2777 机头侧滚筒采高调整量 1=1 mm,为前滚筒时调整量
    4x10105 0x2778 机尾侧滚筒卧底调整量 1=1 mm,为后滚筒时调整量
    4x10106 0x2779 机尾侧滚筒采高调整量 1=1 mm,为前滚筒时调整量
    4x10107 0x2780 调整点1数据索引 从机头开始设置控制点,起始索引为0,后续每个点+1
    4x10108 0x2781 机头侧滚筒卧底调整量 1=1 mm,为后滚筒时调整量
    4x10109 0x2782 机头侧滚筒采高调整量 1=1 mm,为前滚筒时调整量
    4x10110 0x2783 机尾侧滚筒卧底调整量 1=1 mm,为后滚筒时调整量
    4x10111 0x2784 机尾侧滚筒采高调整量 1=1 mm,为前滚筒时调整量
    4x***** 0x**** 调整点n数据索引 工作面煤壁宽度决定调整控制点个数,后续设置为0
    4x14582 0x38f5 调整点897数据索引 从机头开始设置控制点,起始索引为0,后续每个点+1,允许最大索引为897,超出上限将导致调整参量失效
    4x14583 0x38f6 机头侧滚筒卧底调整量 1=1 mm,为后滚筒时调整量
    4x14584 0x38f7 机头侧滚筒采高调整量 1=1 mm,为前滚筒时调整量
    4x14585 0x38f8 机尾侧滚筒卧底调整量 1=1 mm,为后滚筒时调整量
    4x14586 0x38f9 机尾侧滚筒采高调整量 1=1 mm,为前滚筒时调整量
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-02
  • 修回日期:  2022-10-14
  • 刊出日期:  2023-02-28

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