[发明专利]一种煤矿综采工作面采煤机与地质模型的耦合系统

说明书

本发明提供了一种煤矿综采工作面采煤机与地质模型的耦合系统，通过在采煤机上安装惯导编码器组合定位装置、煤岩层界线识别装置和GITP模块，利用测量机器人传导大地坐标实时标定惯导编码器组合定位装置，获取准确的采煤机空间位置和姿态，通过煤岩层界线识别装置获取煤岩层界线数据，同时，结合地质工程揭露、交接或检修班测量的煤层数据动态更新煤层三维地质模型；利用预测截割线服务计算未来N刀的最优预测截割线，结合GITP模块约束采煤机的截割路径，建立了基于统一大地坐标系的采煤机和煤层三维地质模型高度耦合的空间关系，为实现基于精确定位和三维动态地质模型的自适应割煤提供了实用化解决方案，提高了煤矿综采工作面的智能化开采水平。

技术领域

本发明涉及煤矿智能开采与矿山装备技术领域，特别是涉及一种煤矿综采工作面采煤机与地质模型的耦合系统。

背景技术

综采工作面是煤矿生产的第一现场，工作环境比较恶劣，安全隐患较多，因此，建设智能化矿山的根本任务是建设少人或无人的智能化综采工作面。目前，随着国家全面推动煤矿智能化技术的变革，各地在智能化综采工作面建设方面做了大量工作，但还存在以下问题：

一是以“一键启停、记忆割煤”为主的采煤模式中，采煤机没有与工作面地质模型相关联，无法根据煤层空间形态的变化而动态调整采煤机的姿态，因此，这种采煤方式的实用性受到影响；

二是采用澳大利亚的LASC系统的采煤方式在实际运行过程中，因为惯导漂移等原因导致系统计算的累计误差会越来越大，即使建立了在截割面的端头端尾对惯导进行校正的系统，其操作复杂，智能化程度也较低。同时，LASC系统的空间数据计算是采用的相对坐标计算，没有与基于钻孔等大地坐标数据建立的三维动态地质模型相关联，其实用性也受到很大的影响。

综上所述，采煤机作为综采工作面的核心设备，煤层作为开采对象，如果不能实现采煤机与煤层地质模型空间变化之间的高度耦合，则难以实现采煤机自适应截割的智能化综采工作面建设目标，同时，若煤层地质模型更新不及时，其实用化也必然受限。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种煤矿综采工作面采煤机与地质模型的耦合系统，以提高煤矿综采工作面的智能化开采水平。

为了解决上述问题，本发明公开了一种煤矿综采工作面采煤机与地质模型的耦合系统，包括通过网络设备实现连接的设备端、服务端和空间数据库端，其中：

所述设备端包括采煤机、测量机器人、惯导编码器组合定位装置、GITP模块和煤岩层界线识别装置。所述测量机器人用于传导大地坐标实时标定所述惯导编码器组合定位装置的位置；所述煤岩层界线识别装置安装在所述采煤机上，用于在所述采煤机行进过程中获取当前截割面的煤层顶板、底板的煤岩层界线数据；所述惯导编码器组合定位装置安装在所述采煤机上，用于获取所述采煤机的实时大地坐标位置和姿态信息；所述GITP模块安装在所述采煤机上，用于通过所述服务端获取预测截割线数据，根据所述预测截割线数据来调节所述采煤机的滚筒高度，按最优预测截割线自适应割煤；

所述服务端用于通过所述测量机器人传导大地坐标实时标定所述惯导编码器组合定位装置的位置，还用于根据所述惯导编码器组合定位装置的大地坐标和所述采煤机的设备参数计算所述采煤机的实时位置和姿态信息，还用于计算所述采煤机的滚筒的截割轨迹，还用于根据所述煤岩层界线识别装置计算所述采煤机在割煤时截割面的煤层顶板、底板的煤岩层界线数据，还用于根据最新的煤岩层界线数据和最新的地质工程揭露、交接或检修班测量的煤层数据动态更新地质模型，并通过预测截割线计算服务与所述地质模型无缝耦合计算未来N刀的所述最优预测截割线；

所述空间数据库端用于存储测量控制点、所述设备参数、所述地质模型、所述截割轨迹、所述煤岩层界线和所述预测截割线。

可选的，所述服务端用于提供大地坐标标定服务、截割轨迹计算服务、煤岩层界线计算服务、地质模型更新服务和预测截割线计算服务，其中：