基于采煤机绝对运动轨迹的刮板输送机动态校直方法

摘要

一种基于采煤机绝对运动轨迹的刮板输送机动态校直方法，属于综采工作面刮板输送机动态校直方法。利用安装在采煤机上的定位装置，对采煤机沿刮板输送机运行轨迹进行实时监测，由信号处理电路解析出采煤机在设定的空间坐标系下沿刮板输送机运行时的动态位置数据，拟合出其在地理空间坐标系下的绝对运动轨迹曲线与这一刀的目标参考运动轨迹，再由微控制器根据目标参考轨迹与工作面煤层地形得出下一刀的目标轨迹，计算出每个液压支架的推移距离；微控制器经输出电路控制电液控制系统，电液控制系统控制各支架控制器，推移千斤顶推溜，使刮板输送机达到直线要求。此采煤机定位装置检测综采工作面在地理空间坐标系中的方位，实现综采工作面的调伪倾斜。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿综采工作面刮板输送机动态校直方法，特别是一种 基于采煤机绝对运动轨迹的刮板输送机动态校直方法。

背景技术

目前，世界上主要的煤炭生产国，工作面大部分都是采用长臂采煤法， 即以液压支架电液控制、采煤机与液压支架联动为特征的综采工作面。在煤 矿生产过程中，实现综采工作面正常高效生产的方法是综采工作面“三直一 平”：液压支架、割过的煤壁、刮板输送机分别保持在一条直线上。

综采工作面刮板输送机既是采煤机的运行导轨，又是液压支架的支点； 刮板输送机直是工作面“三直”中的基础，是关键。刮板输送机直则割出的 工作面才能直；如果工作面不直，则刮板输送机也必然是弯曲的，反之亦然。 刮板输送机弯曲将导致链子受力不均，链子和链槽之间磨损加剧而造成刮板 歪斜，严重者则拉断刮板，弯曲严重时可能使采煤机掉道。因此刮板输送机 直能有效防止采煤机身啃顶咬地，并保证了采煤机顺利进刀切割煤壁，从而 确保了工作面直。

由于电液控制液压支架每一次推移不可避免的存在积累误差，造成工作 面出现弯曲，带来煤炭生产中一系列问题，例如采煤机沿刮板输送机通行困 难，刮板输送机负荷增大，磨损加剧，设备故障率增加，工作面生产效率降 低等问题。

目前必须进行人工校直，其方法为：在综采工作面两端拉一根绳子作为 基准，由人工进行判断，当工作面出现局部出现弯曲时，由人工操作液压支 架进行推溜校正。但这种状况与自动化程度的工作面极不相称。

发明专利“综采工作面液压支架和刮板输送机自动调直方法和系统” (201310058049.8)中采用安装在液压支架上的行程传感器来测量两个液压 支架之间的相对位置，以指定液压支架为基准，来调直指定范围内的液压支 架，使行程传感器的读数为零；但是行程传感器存在误差，在液压支架调直 的过程中，误差不断累计无法消除。所以即使传感器读数为零也不能确定液 压支架处于调直状态；并且在调直的时候没有基准方位，即在调直的过程中 液压支架与工作面不平行出现夹角，也不能检测出来，使工作面倾斜。并且 此发明也不适用于需要调斜的工作面。

发明专利“综采工作面弯曲检测装置和矫直方法及系统” (200910215616.X)中采用惯性敏感元件和水平倾角传感器组合或三轴惯性 传感器和双轴倾角传感器组合的惯性导航系统，对采煤机沿刮板输送机运行 轨迹和姿态进行实时检测；但由于惯性导航系统存在累计误差和该装置中没 有消除累计误差的装置。所以不能准确检测采煤机的运行轨迹，则进行工作 面调直时就不能达到校直状态。

发明专利“综采面刮板输送机机身自动调直装置及控制方法” (201110053172.1)中通过超声波传感器实时监测支架推移千斤顶的位移，再 以目标支架的推移千斤顶的位移为基准，拟合出刮板输送机的直线度，并与 理论直线度相比较得出误差，再通过支架控制器调整刮板输送机的直线度； 但其中支架推移过程中存在误差，不能使支架保持在理想的直线上，所以即 使控制推移千斤顶，使其误差为零，也不能使刮板输送机达到理论直线度要 求。

发明内容

本发明目的是提供一种基于采煤机绝对运动轨迹的刮板输送机动态校直 方法，解决综采工作面刮板输送机因没有基准而无法检测工作面弯曲的问题， 使综采工作面实现校直自动化。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：该校直方法包括：综采工 作面刮板输送机动态校直方法和综采工作面调伪倾斜时刮板输送机动态校直 的方法；

所述的综采工作面刮板输送机动态校直方法步骤为：

(1)、由采煤机定位装置可监测出采煤机在地理空间坐标系下的实时绝 对坐标；

(2)、由采煤机的一系列实时坐标拟合出在地理空间坐标系下采煤机沿刮 板输送机的绝对运行轨迹线；并根据液压支架在工作面的布置获得其推溜点 在轨迹线上的位置坐标；

(3)、将拟合出的采煤机绝对运行轨迹线投影到水平面上，得到采煤机投 影轨迹线；在投影轨迹线上找到离工作面投影线最远的点作为目标参考轨迹 的基准点D；

(4)、根据工作面煤层地形条件，通过目标参考轨迹的基准点，得出目标 参考轨迹，将目标参考轨迹沿工作面推进方向平移H距离，得到下一刀的目 标参考轨迹，所述的H距离为液压支架默认推移位移；

(5)、经计算得推溜点到目标参考轨迹的距离d_i，为使刮板输送机推移到 下一刀的目标参考轨迹的位置，液压支架沿工作面推进方向在推溜点向前推 移的距离为d＝H-d_i；

(6)、将计算得出的液压支架向前推移距离，经数据传输电路传给支架控 制器，控制推溜液压缸的推移，实现对刮板输送机直线度的调整，即实现综 采工作面的推进和校直。

所述的综采工作面调伪倾斜时刮板输送机动态校直的方法的步骤为：

(1)、由采煤机定位装置检测出采煤机在地理空间坐标系下实时坐标，并 拟合出其绝对运行轨迹线；

(2)、将采煤机的绝对运行轨迹投影到工作面底板平面上，得到投影轨迹 线G；由采煤机定位装置检测出投影轨迹线G在地理空间坐标系下的方位W₁， 其所需要的调整到在地理空间坐标系下的方位W₂；

(3)、在投影线G上找到离工作面投影线最远的点作为目标参考轨迹的基 准点(M)；根据工作面煤层地形条件，通过目标参考轨迹的基准点M，得出目 标参考轨迹；

(4)、在综采工作面上，以目标参考轨迹的一端为旋转中心，将目标参考 轨迹旋转；并且使另一端的旋转位移为H距离，得到方位为W₁′旋转直线， 即为下一刀的目标参考轨迹线，所述的H距离为液压支架默认推移位移；

(5)、经计算得推溜点到目标参考轨迹线的距离为d，即为液压支架推移 刮板输送机的位移；并有CPU微控制单元将得到的位移，经数据传输电路传 给支架控制器，控制推溜液压缸的推移，实现综采工作面的调斜和校直；

(6)、重复步骤(3)-(5)，直到综采工作面在地理空间坐标下的方位为W₂。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明中由UWB消除惯性导航元件的 累计误差，所述的UWB中文为超宽带，是一种无载波通信技术，即利用纳秒 至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，能准确定位采煤机在空间坐标系下 的位置，并能拟合出其沿刮板输送机的运行轨迹，不必依靠液压支架的直线 度来调整刮板输送机的弯曲，可直接检测出刮板输送机的弯曲度，实现刮板 输送机的校直；校直的刮板输送机负荷减小，减少磨损；降低设备故障率； 提高工作面生产效率；改变必须人工校直的落后方式，提高自动化；利用安 装在采煤机上的定位装置，对采煤机沿刮板输送机运行轨迹进行实时监测， 由信号处理电路解析出采煤机在设定的空间坐标系下沿刮板输送机运行时的 动态位置数据，拟合出其在地理空间坐标系下的绝对运动轨迹曲线与这一刀 的目标参考运动轨迹，再由CPU微控制器单元根据目标参考轨迹与工作面煤 层地形条件得出下一刀的目标轨迹，进而计算出每个液压支架的推移距离。 CPU微控制器单元经数据输出电路把每个液压支架的推移距离发送给全工作 面电液控制系统，全工作面电液控制系统传给各液压支架的支架控制器，控 制推移千斤顶推溜，使刮板输送机达到直线要求。此采煤机定位装置还可以 检测综采工作面在地理空间坐标系中的方位，可实现综采工作面的调伪倾斜。

优点：设定的空间坐标系，为确定综采工作面的方位提供了一个基准坐 标系，所以可知其在坐标系的方位，可实现工作面的调伪倾斜。

附图说明

图1为本发明基于采煤机绝对运动轨迹的综采工作面校直系统框图。

图2为综采工作面示意图。

图3为综采工作面在XY平面上的投影示意图。

图4为本发明基于采煤机绝对运动轨迹的综采工作面推进和校直示意图。

图5为本发明基于采煤机绝对运动轨迹综采工作面调伪倾斜示意图。

图中：1、工作面煤壁；2、11、刮板输送机；3、液压支架；4、7、采煤 机；5、UWB；6′、采煤机实际运行轨迹在水平面上的投影；8、采煤机此刻 运行的理想轨迹在水平面上的投影；8′、采煤机下一刀运行的理想轨迹在在 水平面上的投影；9、实箭头表示推溜点到投影线7的距离；10、虚箭头表示 支架要推移的距离；11、刮板输送机推移过程；12、工作面底板；13、地理 空间坐标系。

具体实施方式

实施例1：该校直方法包括：综采工作面刮板输送机动态校直方法和综采 工作面调伪倾斜时刮板输送机动态校直的方法；利用安装在采煤机上的定位 装置，对采煤机沿刮板输送机运行轨迹进行实时监测，由信号处理电路解析 出采煤机在设定的空间坐标系下沿刮板输送机运行时的动态位置数据，拟合 出其在地理空间坐标系下的绝对运动轨迹曲线与这一刀的目标参考运动轨迹 8，再由CPU微控制器单元根据目标参考轨迹与工作面煤层地形条件得出下一 刀的目标轨迹8′，进而计算出每个液压支架的推移距离。CPU微控制器单元 经数据输出电路把每个液压支架的推移距离发送给全工作面电液控制系统， 全工作面电液控制系统传给各液压支架的支架控制器，控制推移千斤顶推溜， 使刮板输送机达到直线要求。此采煤机定位装置还可以检测综采工作面在地 理空间坐标系中的方位，可实现综采工作面的调伪倾斜。

所述的综采工作面刮板输送机动态校直方法步骤为：

(1)、由采煤机定位装置可监测出采煤机在地理空间坐标系13下的实时 绝对坐标；

(2)、由采煤机的一系列实时坐标拟合出在地理空间坐标系下采煤机沿刮 板输送机的绝对运行轨迹线6；并根据液压支架在工作面的布置获得其推溜点 在轨迹线6上的位置坐标；

(3)、将拟合出的采煤机绝对运行轨迹线投影到水平面上，得到采煤机投 影轨迹线6′；在投影轨迹线上找到离工作面投影线最远的点作为目标参考轨 迹的基准点D；

(4)、根据工作面煤层地形条件，通过目标参考轨迹的基准点，得出目标 参考轨迹8，将目标参考轨迹8沿工作面推进方向平移H距离，得到下一刀的 目标参考轨迹8′，所述的H距离为液压支架默认推移位移；

(5)、经计算得推溜点到目标参考轨迹8的距离d_i，为使刮板输送机推移 到下一刀的目标参考轨迹8′的位置，液压支架沿工作面推进方向在推溜点向 前推移的距离为d＝H-d_i；

(6)、将计算得出的液压支架向前推移距离，经数据传输电路传给支架控 制器，控制推溜液压缸的推移，实现对刮板输送机直线度的调整，即实现综 采工作面的推进和校直；

所述的综采工作面调伪倾斜时刮板输送机动态校直的方法的步骤为：

(1)、由采煤机定位装置13检测出采煤机在地理空间坐标系下实时坐标， 并拟合出其绝对运行轨迹线6；

(2)、将采煤机的绝对运行轨迹6投影到工作面底板平面上，得到投影轨 迹线G；由采煤机定位装置检测出投影轨迹线G在地理空间坐标系下的方位 W₁，其所需要的调整到在地理空间坐标系下的方位W₂；

(3)、在投影线G上找到离工作面投影线最远的点作为目标参考轨迹的基 准点(M)；根据工作面煤层地形条件，通过目标参考轨迹的基准点M，得出目 标参考轨迹8；

(4)、在综采工作面上，以目标参考轨迹的一端为旋转中心，将目标参考 轨迹旋转8；并且使另一端的旋转位移为H距离，得到方位为W₁′旋转直线， 即为下一刀的目标参考轨迹线8″，所述的H距离为液压支架默认推移位移；

(5)、经计算得推溜点到目标参考轨迹线的距离为d，即为液压支架推移 刮板输送机的位移；并有CPU微控制单元将得到的位移，经数据传输电路传 给支架控制器，控制推溜液压缸的推移，实现综采工作面的调斜和校直；

(6)、重复步骤(3)-(5)，直到综采工作面在地理空间坐标下的方位为W₂。