复杂起伏变化煤层工作面采煤机自适应截割路径优化方法与流程

技术特征：
1.一种复杂起伏变化煤层工作面采煤机自适应截割路径优化方法，其特征在于，包括：s100，建立综采工作面的空间直角坐标系；s200，实时获取综采工作面的每一个液压支架的位姿倾角数据和采煤机上、下滚筒截割高度数据；并根据综采工作面两侧已掘巷道顶、底板变化情况，在所述空间直角坐标系下，获取综采工作面走向方向的煤层顶、底板的第一变化态势曲线；s300，基于所述位姿倾角数据，获取综采工作面倾向方向的已采煤层顶、底板高度数据和液压支架的采高；并基于所述煤层顶、底板的第一变化态势曲线，得到综采工作面走向方向的煤层俯仰角度；s400，建立综采工作面倾向方向上的煤层变化态势预测模型组和采煤机滚筒高度预测模型；其中，所述煤层变化态势预测模型组是基于所述已采煤层顶、底板高度数据和液压支架的采高对神经网络模型进行学习得到的；所述采煤机滚筒高度预测模型是基于所述采煤机上、下滚筒截割高度数据对神经网络模型进行学习得到的；s500，构建采煤机上、下滚筒截割高度的自适应优化模型；其中，所述自适应优化模型的优化目标为最小化所述采煤机上、下滚筒截割高度与所述工作面倾向方向待采煤层顶、底板高度之间的高度之差的平方根和；或者，所述优化目标为最小化所述采煤机上、下滚筒截割高度与所述工作面倾向方向待采煤层顶、底板高度之间的高度之差的绝对值和；所述自适应优化模型的约束条件包括采煤机上、下滚筒运行上、下限约束，综采工作面倾向方向上的煤层变化态势预测模型组约束，综采工作面走向方向的煤层俯仰角度约束，采煤机滚筒高度预测模型约束；s600，基于所述采煤机上、下滚筒截割高度自适应优化模型，对综采工作面未来时刻待采煤层进行截割路径优化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立综采工作面的空间直角坐标系，包括：以三个平面构成所述空间直角坐标系的基准平面，所述三个平面分别为综采工作面运输大巷所在水平平面、综采工作面运输大巷竖向中心对称平面和综采工作面进风巷道竖向中心对称平面；以所述三个平面的交点为坐标原点o，并以综采工作面进风巷道至回风巷道方向为x轴正方向，运输大巷至工作面切眼方向为y轴正方向，垂直向上的方向为z轴正方向。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位姿倾角数据包括液压支架顶梁沿工作面倾向方向的倾斜角、液压支架底座沿工作面倾向方向的倾斜角；所述基于所述位姿倾角数据，获取综采工作面倾向方向的已采煤层顶、底板高度数据，包括：基于所述液压支架顶梁沿工作面倾向方向的倾斜角以及液压支架底座沿工作面倾向方向的倾斜角，获取综采工作面倾向方向的已采煤层顶、底板的第二变化态势曲线；在所述空间直角坐标系中，对所述已采煤层顶、底板的第二变化态势曲线进行数据离散化处理，获取总数量为液压支架个数的已采煤层顶、底板高度数据。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述位姿倾角数据还包括液压支架顶梁沿工作面走向方向的俯仰角、液压支架前连杆沿工作面走向的俯仰角、以及液压支架底座沿
工作面走向的俯仰角；所述基于所述位姿倾角数据，获取综采工作面倾向方向的液压支架的采高，包括：基于所述液压支架顶梁沿工作面走向方向的俯仰角、液压支架前连杆沿工作面走向的俯仰角、以及液压支架底座沿工作面走向的俯仰角，计算所述液压支架的采高。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述煤层顶、底板的第一变化态势曲线，得到综采工作面走向方向的煤层俯、仰角度，包括：以采煤机截距为间距，对所述煤层顶、底板的第一变化态势曲线进行等距离散化，获取综采工作面走向方向不同推进距离上的煤层顶、底板高度数据；基于所述综采工作面走向方向不同推进距离上的煤层顶、底板高度数据，获取综采工作面走向方向的煤层俯、仰角度。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述综采工作面倾向方向上的煤层变化态势预测模型组通过如下公式表示：其中，f1、f2和f3分别为综采工作面倾向方向的液压支架的采高预测模型、煤层顶板高度预测模型、煤层底板高度预测模型；h为综采工作面所有液压支架采高向量；r为综采工作面倾向方向的煤层顶板高度向量；b为综采工作面倾向方向的煤层底板高度向量；t为采样时间；k为超前预测步数。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采煤机上、下滚筒截割高度自适应优化模型通过如下公式表示：化模型通过如下公式表示：其中，n为工作面液压支架总数；i为工作面倾向方向布置的第i个监测点；x
u
为采煤机上滚筒高度预测值向量；x
d
为采煤机下滚筒高度预测值向量；f为采煤机滚筒高度预测模型；h(i)为综采工作面倾向方向第i个监测点的液压支架的采高；r(i)为工作面倾向方向煤层顶板第i个监测点的高度；b(i)为综采工作面倾向方向煤层底板第i个监测点的高度；δd为液
压支架最大抬底高度；t为采样时间。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述采煤机上、下滚筒截割高度自适应优化模型，对综采工作面未来时刻待采煤层进行截割路径优化，包括：确定所述采煤机滚筒高度预测模型和所述综采工作面倾向方向煤层变化态势预测模型组的输出的参数的长度；基于所述采煤机上、下滚筒截割高度自适应优化模型，对综采工作面未来时刻待采煤层进行截割路径优化。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采煤机上、下滚筒截割高度数据的获取方法，包括：以相邻液压支架的中心距为间距，在整个综采工作面中按照等距采集采煤机截割一刀煤过程中的上、下滚筒高度数据；其中，所述采煤机上、下滚筒截割高度数据的数量为液压支架个数。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时获取综采工作面的每一个液压支架的位姿倾角数据和采煤机上、下滚筒截割高度数据，包括：获取所述位姿倾角数据和获取所述采煤机上、下滚筒截割高度数据的采集频率和采集时间均对应。

技术总结
本申请提供了一种复杂起伏变化煤层工作面采煤机自适应截割路径优化方法，包括：实时获取综采工作面的每一个液压支架的位姿倾角数据和采煤机上、下滚筒截割高度数据；获取综采工作面走向方向的煤层顶、底板的第一变化态势曲线；获取综采工作面倾向方向的已采煤层顶、底板高度数据和液压支架的采高；并基于所述煤层顶、底板的第一变化态势曲线，得到综采工作面走向方向的煤层俯仰角度；建立综采工作面倾向方向上的煤层变化态势预测模型组和采煤机滚筒高度预测模型；构建采煤机上、下滚筒截割高度的自适应优化模型。同时考虑到工作面倾向方向的倾斜角度变化和走向方向的仰俯角度变化，实现复杂条件综采工作面的采煤机自适应跟随煤层截割。应跟随煤层截割。应跟随煤层截割。


技术研发人员：巩师鑫 任怀伟 赵国瑞 杜毅博 文治国 杜明 周杰 韩哲 李帅帅
受保护的技术使用者：中煤科工开采研究院有限公司
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/4/15