本发明涉及煤矿井下自动化采煤方法，尤其是涉及基于上位机规划的自动化采煤方法。

背景技术：

煤炭开采已经历了炮采、普采、综采几个阶段，目前处于自动化开采阶段，正在向智能化开采阶段迈进。自动化开采过程中，采煤机自动化是整个控制技术的核心，可以说，采煤机自动化的水平代表了自动化开采的整体水平。

目前自动化采煤工作面，采煤机自动化采煤基本上都是以记忆截割为主，记忆截割分两个步骤：第1步：由人工操纵采煤机进行示范刀，采煤机记录示范刀过程中截割参数，称为学习阶段；第2步：采煤机按照记忆的截割参数自动调整滚筒高度以保持与示范刀一致，实现自动割煤。虽然在一些进口采煤机或国内一些高端采煤机上，可以通过采煤机顺槽端头站对采煤机记忆的截割参数进行修改和编辑(称为高级记忆截割)，但该记忆截割的本质没有改变，都是由采煤机按预先存储的截割参数进行自主调节来实现自动割煤。

从记忆截割的实现原理可以看出，记忆截割过程中采煤机的截割参数是由示范刀决定的，然而，人工在示范刀过程中又不可能预知后续截割过程中工作面顶、底板的变化。实际上，记忆截割是建立在工作面顶、底板条件不变或变化很小的假设上的，当工作面条件变化复杂以及示范刀与后续刀的工作面顶、底板情况变化较大时，记忆截割的适应性就会变差，需要频繁地进行人工示范刀，或者根本无法使用。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种基于上位机规划的自动化采煤方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述基于上位机规划的自动化采煤方法，包括工作面三维探测系统、采煤机精确定位系统、上位机、支持远控功能的采煤机；按照下述步骤进行：

第一步、上位机通过工作面三维探测系统获取工作面顶板、底板情况；

第二步、上位机通过采煤机精确定位系统获取采煤机在工作面三维空间中的坐标进行精确定位当前工作推进形状；

第三步、上位机根据工作面三维探测结果和工作面推进形状生成当前和下一刀工作面顶板、底板变化曲线；

第四步、操作人员对规划曲线进行修正、确认；

第五步、上位机通过采煤机精确定位系统获取采煤机在工作面上的位置，根据规划曲线生成采煤机上、下滚筒高度和采煤机速度参数；

第六步、上位机通过远程控制接口远程调节采煤上、下滚筒高度和采煤机速度；

第七步、上位机检测指令执行情况，根据执行结果对下一指令进行动态调整，实现闭环控制；

第八步、上位机将采煤机上、下滚筒高度和在运输机上的位置信息发送到工作面三维探测系统，进行动态修正；

第九步、循环第五步-第七步，实现对一个完整刀的规划采煤截割；

第十步、循环第一步-第九步，实现对整个工作面的规划采煤截割。

所述工作面三维探测系统由安装在工作面和两巷的检波传感器、安装在顺槽的用于信号采集的监控主站和安装在地面上用于信号分析处理的计算机组成；工作面三维探测系统用于对工作面前方待采区域的顶板、底板的起伏、褶曲、构造情况进行实时探测，生成工作面三维数字模型。

所述采煤机精确定位系统为安装在采煤机机身上的惯性导航模块，所述惯性导航模块随采煤机运动过程中，实时监测采煤机的方位、速率、加速度数据，通过与煤机编码器相结合，测算出采煤机在工作面上的行走轨迹 。

所述上位机用于对工作面三维数字模型、采煤机行走轨迹进行可视化显示，根据所述工作面三维数字模型和采煤机行走轨迹生成下一刀的采煤机规划截割曲线，为操作人员提供可视化编辑界面以修改截割曲线，并控制采煤机按所述截割曲线自动运行。

本发明优点体现在以下方面：

1、对地质条件适应性强：由于采用了工作面三维实时探测手段，上位机所生成的规划曲线是随着工作面的推进而动态更新的，因此能够及时反映工作面最新的顶、底板变化情况，与现有的记忆截割相比，规划截割解决了记忆截割存在的一旦学习完成后记忆数据一成不变的问题。

2、对采煤机自动化水平要求较低：由于采用了上位机规划截割，复杂的控制逻辑由上位机承担，采煤机在系统中的角色仅作为一个执行机构存在，能够接收上位机发送的指令并反馈执行结果即可。

3、控制过程可视：上位机提供有显示器和人机交互接口，上位机能够将规划曲线、采煤机的控制参数、采煤机的执行过程和结果等以图形化的方式显示出来，操作人员可通过图形化的方式修改规划曲线，修改后的效果立即呈现在显示界面上，实现整个自动化过程的可视化。

附图说明

图1是本发明的流程框图。

图2是本发明基于上位机规划的自动化采煤系统组成示意图。

图3是本发明所述工作面的规划采煤截割过程原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1-3所示，本发明所述基于上位机规划的自动化采煤方法，包括工作面三维探测系统、采煤机精确定位系统、上位机、支持远控功能的采煤机（例如由天地科技上海采掘装备有限公司产的MG300/720-AWD3型交流电牵引采煤机）；按照下述步骤进行：

第一步、上位机通过工作面三维探测系统获取工作面顶板、底板情况；

第二步、上位机通过采煤机精确定位系统获取采煤机在工作面三维空间中的坐标进行精确定位当前工作推进形状；

第三步、上位机根据工作面三维探测结果和工作面推进形状生成当前和下一刀工作面顶板、底板变化曲线（规划曲线）；

第四步、操作人员对规划曲线进行修正、确认；即操作人员对规划曲线的关键参数进行确认，对异常情况进行识别、处理，保障系统正常运行；

第五步、上位机通过采煤机精确定位系统获取采煤机在工作面上的位置，根据规划曲线生成采煤机上、下滚筒高度和采煤机速度参数；

第六步、上位机通过远程控制接口远程调节采煤上、下滚筒高度和采煤机速度；

第七步、上位机检测指令执行情况，根据执行结果对下一指令进行动态调整，实现闭环控制；

第八步、上位机将采煤机上、下滚筒高度和在运输机上的位置信息发送到工作面三维探测系统，进行动态修正；

第九步、循环第五步-第七步，实现对一个完整刀的规划采煤截割；

第十步、循环第一步-第九步，实现对整个工作面的规划采煤截割。

所述工作面三维探测系统由安装在工作面和两巷的检波传感器、安装在顺槽的用于信号采集的监控主站和安装在地面上用于信号分析处理的计算机组成；工作面三维探测系统用于对工作面前方待采区域的顶板、底板的起伏、褶曲、构造情况进行实时探测，生成工作面三维数字模型。

所述采煤机精确定位系统为安装在采煤机机身上的惯性导航模块，所述惯性导航模块随采煤机运动过程中，实时监测采煤机的方位、速率、加速度数据，通过与煤机编码器相结合，测算出采煤机在工作面上的行走轨迹 。

所述上位机用于对工作面三维数字模型、采煤机行走轨迹进行可视化显示，根据所述工作面三维数字模型和采煤机行走轨迹生成下一刀的采煤机规划截割曲线，为操作人员提供可视化编辑界面以修改截割曲线，并控制采煤机按所述截割曲线自动运行。

本发明方法中的名词解释

1、规划曲线：采煤机在下一刀截割过程中，上、下滚筒与工作面顶板、底板切割点的连线，主要用于生成采煤机滚筒高度。

2、上位机：安装在井下顺槽集控中心内的计算与运行在该计算机上的自动化控制软件的统称。

3、工作面三维探测系统：通过槽波、地震等技术实现的对回采工作面的顶板、底板信息进行实时探测的系统，能够将工作面顶底板起伏、褶曲、构造等探测出来并形成三维数字模型。

4、工作面推进形状：工作面在推进方向上的弯曲形状，能够反映出工作面每一个支架的总体推进量。

5、采煤机精确定位系统：能够对采煤机在工作面三维空间内的绝对坐标进行定位，主要用于测量工作面推进形状。