[发明专利]一种支撑综采工作面地理环境及装备的虚拟规划方法

说明书

一种支撑综采工作面地理环境及装备的虚拟规划方法，所述虚拟规划方法是根据不同采煤地理环境及装备条件，利用三机选型设计与方法模块在综采装备选型数据库中选出三机具体型号输入装备模块，构建模拟三机真实行为的数字化三机装备；利用数字化煤层在虚拟环境下生成虚拟煤层模型，提取煤层曲面特征数据，转化为装备运行截割路径；将数字化装备模型导入软件中，利用采煤参数模型进行虚拟仿真并实时记录规划数据，完成性能参数优化，达到指导生产的目的。本方法解决了企业迫切需求快速选择配套装备、以及对预选装备方案的工作状况进行可视化预演与规划，达到了综采虚拟仿真的全生命周期的多样性设计和最优设计。

技术领域

本发明涉及一种在虚拟环境下建立数字化综采工作面的实现方法，尤其是一种在虚拟现实仿真引擎Unity3d下建立一种与真实综采工作面装备及地理环境完全一致的综采选型与预演规划方法与系统。

背景技术

数字双胞胎模型（Digital Twin）指的是以数字化方式在虚拟空间呈现物理对象，即以数字化方式为物理对象创建虚拟模型，充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，模拟其在现实环境中的行为特征，从而反映相对应实体装备的全生命周期过程。通俗来说，指的是以数字化方式拷贝一个物理对象，模拟对象在现实环境中的行为，实现整个过程的虚拟化和数字化，从而解决过去的问题或精准预测未来。

西门子公司具体将该理论应用在无人化工厂上，将实际加工生产过程的所有元素全部数字化。之后在数字化层面，再将生产过程中所有的环节全部通过模拟仿真分析出来，还可预测实际投入生产后将会发生什么，从而防止在实际生产或投产过程中发生诸多问题后所造成的投资损失。目前，煤矿装备领域VR研究的数字化设计能力还比较低，VR技术还不能对综采工作面进行全面虚拟规划。

在综采项目的选型设计阶段往往需要综合考虑地质地形和煤炭赋存条件、工作面参数和设备配套以及布置要求等众多的限制因素，因此综采装备选型周期长、难度大，煤矿企业迫切需求快速选择配套装备、以及对预选装备方案的工作状况进行预演与规划，提前发现装备运行中可能出现的各种问题，在众多方案中选择最优。

因此，将所有的综采装备元素全部数字化，然后在数字化层面，将生产过程中所有的环节全部都模拟仿真并且分析出来，预测实际装备投入生产后将会发生什么，可以防止在实际生产发生诸多问题后所造成的损失。在设计选型阶段就可以看到整个生产过程，规划操作细节和策略，提高效率，预测可能出现的问题，对整个系统进行优化，一开始就尽可能的检验一切，在虚拟环境中仿真和验证整个生产过程，将选型设计与工艺规划集成到一起，进行在线评估和数字化规划。在此综采装备主要是指“综采工作面三机”，即采煤机、刮板输送机和液压支架。

现有技术中，申请号为201510774205.X的“一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析系统与方法”，该发明包括地质数据库、开采方案构建模块、地质环境分析模块、数字样机分析模块以及设备性能评估模块；还包括一种利用该系统分析方法：根据地质数据库建立矿区地理信息系统；将各煤层开采方案转换为地质环境中综采设备的推进路径及坐标数据，将截割工艺方案转换为综采设备运行参数，并将所述综采设备运行参数与推进路径及坐标关联；沿着推进路径提取局部地理环境信息及关联的设备运行参数，转换为载荷及边界条件施加于综采设备的数字三维模型进行运行仿真及性能分析，进行综合性能评估；该发明能根据复杂的地质环境对综采设备的性能进行全面可靠、有效的分析并对综采设备进行性能评估及预警。

申请号为201711010586.X的“一种基于透明工作面的采煤方法和系统”，该发明提供一种基于透明工作面的采煤方法，通过煤层震波CT检测、巷探、钻探等技术手段，构建工作面智能化开采模型；在采煤机机身安装高精度惯性导航系统获得采煤机的三维空间绝对定位和行进轨迹，结合工作面光纤微震信号和采煤机微震信息，拟合修正三维信息系统；实现采煤机滚筒基于截割模板的智能化控制和液压支架的智能化直线度控制；通过三维虚拟现实系统将工作面的情况实时反映到地面调度指挥中心，实现工作面少人或无人化开采，提高煤矿的智能化开采水平。