一种综采工作面设备找直方法与流程

1.本发明属于井下工作面开采技术领域，尤其涉及一种综采工作面设备找直方法。


背景技术：

2.长壁开采工艺被认为是地下煤炭开采的最有效方法。通常，在煤层中掘进相距几百米的平行巷道至数公里处。开采过程中，采煤机在巷道之间沿着刮板运输机导轨来回移动，从裸露的工作面切出1m左右宽度的煤片，随后，切割下来的煤被刮板运输机、皮带运输机等输送到地面。大型液压支架可防止顶板塌陷到采煤机和工作区域上。当采煤机前进通过接缝时，支撑随之而来，使残留的煤层塌陷到顶板支撑后面的空隙中。先前开采的区域不再由顶板支架支撑。随着持续开采，液压支架推动刮板运输机向前推移，尽量保持和工作面平行，以使采煤机尽可能发挥最大采煤效能，同时，当工作面向前推进一段距离后，液压支架也需要向前移动，此过程被称之为“推溜拉架”。当前，液压支架推动刮板运输机向前移动时，由于销钉打滑、地面起伏以及传感器测量误差等各种因素，导致刮板运输机的实际推进距离和设计值不符，最终导致刮板运输机弯曲，采煤机切割效率下降，更严重的无法正常走行。该问题也是长壁开采面临的主要问题。


技术实现要素：

3.鉴于此，本发明的目的在于，提供一种综采工作面设备找直方法。
4.为了达到上述目的，进而采取的技术方案如下：
5.一种综采工作面设备找直方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.综采工作面利用惯性导航系统纯惯性工作状态下的误差方程以及惯性元件的误差模型，建立状态方程，根据外部观测信息的种类及其误差模型建立系统的量测方程，通过卡尔曼滤波技术估计系统的各种误差，进行方位、姿态补偿，实现初始对准和寻北定向，从而测量出三机一架的位置、方位角和水平姿态角信息，结合精确推溜阀和电液控换向阀准确的对三机一架进行相对位置的精确动作；
7.集控中心接收位置信息，下发动作信息，控制器接收动作指令，下发动作指令；
8.电液控换向阀执行动作指令，精确推溜阀控制推溜精度；
9.控制器接收形成传感器反馈数据，上传反馈数据；
10.集控中心校对数据。
11.优选地，工作面测量三机一架使用惯性导航系统、减震装置以及ups，惯性导航系统包括三轴光纤陀螺仪组件、加速度计部件和线路板模块，加速度计部件采用石英挠性加速度计，三轴光纤陀螺仪正交安装于台体上，构成三轴光纤陀螺仪组件，石英挠性加速度计正交安装于加速度计部件上，加速度计部件与三轴光纤陀螺仪组件通过机械接口固连，线路板模块包括系统解算板、加速度计数据采集板和电源模块，三轴光纤陀螺仪组件与系统解算板连通，加速度计部件与加速度计数据采集板连接，电源模块为线路板模块提供电能。
12.优选地，所述惯性导航系统包括用于积分的导航计算机、用于给积分运算定时的
精密时钟、测量比力加速度用的加速度计组台、用于作为所算位置的一个函数而进行的重力加速度计算而留于导航计算机中的重力模型软件，以及为了定义作为速度计算一部分的加速度计三元组的角度方向所用的姿态基准，姿态基准是由驻留于导航计算机中的软件积分函数提供的，其输入来自一个有三轴的惯性角速度传感器，角速度传感器和加速度计三元组安装在一个公用的台体上，该构架装在ins的底盘上。
13.优选地，导航计算机中的基本函数有将角速率变换为姿态的积分函数，使用姿态数据将测得的加速度值转换到适当的导航坐标系中，再将它积分成矢量速度的函数，还有将导航系矢量速度积分成位置的函数。
14.本发明的有益效果是：
15.惯性导航系统设备面向自动化智能煤矿，可以实现三机一架自动定位定向功能，能够自主、实时、高精度的提供三机一架的位置、方位角和水平姿态角等信息，惯性导航系统设备能够为煤机操纵控制系统提供更加精确的信息，更加适用于煤机井下无人化作业，通过自动的误差校正能够保证煤机长时间连续精准工作，提高井下作业的自主性、安全性，可靠性。
附图说明
16.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
17.图1为本发明中惯性导航系统设备的工作原理图；
18.图2为水平姿态角误差曲线；
19.图3为方位角误差曲线；
20.图4为本发明中采煤机的坐标系示意图。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
22.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
23.一种综采工作面设备找直方法，其特征在于，包括以下步骤：
24.综采工作面利用惯性导航系统纯惯性工作状态下的误差方程以及惯性元件的误差模型，建立状态方程，根据外部观测信息的种类及其误差模型建立系统的量测方程，通过卡尔曼滤波技术估计系统的各种误差，进行方位、姿态补偿，实现初始对准和寻北定向，从而测量出三机一架的位置、方位角和水平姿态角信息，结合精确推溜阀和电液控换向阀准确的对三机一架进行相对位置的精确动作；根据图1所示，ax、ay、az为石英挠性加速度计测量得到的载车运动线加速度信息。gx、gy、gz为光纤陀螺测量得到的设备运动角速度信息，经过误差补偿和坐标转换后，依据捷联系统在地理坐标系中的机械编排方程，采用四元数
算法计算设备的实时姿态和方位，采用卡尔曼滤波技术估计方位和姿态误差，并进行修正，同时将估计出的陀螺和加速度计误差传送给惯性测量单元进行误差补偿；
25.集控中心接收位置信息，下发动作信息，控制器接收动作指令，下发动作指令；
26.电液控换向阀执行动作指令，精确推溜阀控制推溜精度；
27.控制器接收形成传感器反馈数据，上传反馈数据；
28.集控中心校对数据。
29.工作面测量三机一架使用惯性导航系统、减震装置以及ups，惯性导航系统包括三轴光纤陀螺仪组件、加速度计部件和线路板模块，加速度计部件采用石英挠性加速度计，三轴光纤陀螺仪正交安装于台体上，构成三轴光纤陀螺仪组件，石英挠性加速度计正交安装于加速度计部件上，加速度计部件与三轴光纤陀螺仪组件通过机械接口固连，线路板模块包括系统解算板、加速度计数据采集板和电源模块，三轴光纤陀螺仪组件与系统解算板连通，加速度计部件与加速度计数据采集板连接，电源模块为线路板模块提供电能。
30.惯性导航是通过对速度积分得到位置并对总加速度积分得到速度的过程。总加速度是指由重力加速度和被施加的非重力产生的加速度(亦即比力加速度)之和。惯性导航系统(ins)包括：用于积分的导航计算机；用于给积分运算定时的精密时钟，测量比力加速度用的加速度计组台；用于作为所算位置的一个函数而进行的重力加速度计算而留于导航计算机中的重力模型软件，以及为了定义作为速度计算一部分的加速度计三元组的角度方向所用的姿态基准。在现代ins中，姿态基准是由驻留于ins计算机中的软件积分函数提供的，其输入来自一个有三轴的惯性角速度传感器。角速度传感器和加速度计三元组安装在一个公用的台体上，该构架装在ins的底盘上，以保证每个惯性传感器之间的精确对准，这样的一种布置称之为捷联ins。因为惯性传感器牢固地固定在底盘内，所以也就牢固地固定于安装ins的载体上。
31.ins计算机中的基本函数有将角速率变换为姿态的积分函数(称之为姿态积分).使用姿态数据将测得的加速度值转换到适当的导航坐标系中，再将它积分成矢量速度的函数(称之为矢量速度积分)，还有将导航系矢量速度积分成位置的函数(称之为位置积分)。这样就有了三个积分函数，姿态函数、矢量速度函数及位置函数，每个函数的精度要求很高，以确保函数误差极小，符台惯性传感器精度的要求。
32.惯性导航系统设备安装至采煤机或刮板运输机机身，随采煤机运动或沿刮板运输机自行运动，即可测量刮板运输机的三维坐标，获得液压支架的补推位移，从而实现工作面拉直。
33.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种综采工作面设备找直方法，其特征在于，包括以下步骤：综采工作面利用惯性导航系统纯惯性工作状态下的误差方程以及惯性元件的误差模型，建立状态方程，根据外部观测信息的种类及其误差模型建立系统的量测方程，通过卡尔曼滤波技术估计系统的各种误差，进行方位、姿态补偿，实现初始对准和寻北定向，从而测量出三机一架的位置、方位角和水平姿态角信息，结合精确推溜阀和电液控换向阀准确的对三机一架进行相对位置的精确动作；集控中心接收位置信息，下发动作信息，控制器接收动作指令，下发动作指令；电液控换向阀执行动作指令，精确推溜阀控制推溜精度；控制器接收形成传感器反馈数据，上传反馈数据；集控中心校对数据。2.根据权利要求1所述的一种综采工作面设备找直系统，其特征在于，工作面测量三机一架使用惯性导航系统、减震装置以及ups，惯性导航系统包括三轴光纤陀螺仪组件、加速度计部件和线路板模块，加速度计部件采用石英挠性加速度计，三轴光纤陀螺仪正交安装于台体上，构成三轴光纤陀螺仪组件，石英挠性加速度计正交安装于加速度计部件上，加速度计部件与三轴光纤陀螺仪组件通过机械接口固连，线路板模块包括系统解算板、加速度计数据采集板和电源模块，三轴光纤陀螺仪组件与系统解算板连通，加速度计部件与加速度计数据采集板连接，电源模块为线路板模块提供电能。3.根据权利要求1所述的一种综采工作面设备找直系统，其特征在于，所述惯性导航系统包括用于积分的导航计算机、用于给积分运算定时的精密时钟、测量比力加速度用的加速度计组台、用于作为所算位置的一个函数而进行的重力加速度计算而留于导航计算机中的重力模型软件，以及为了定义作为速度计算一部分的加速度计三元组的角度方向所用的姿态基准，姿态基准是由驻留于导航计算机中的软件积分函数提供的，其输入来自一个有三轴的惯性角速度传感器，角速度传感器和加速度计三元组安装在一个公用的台体上，该构架装在ins的底盘上。4.根据权利要求3所述的一种综采工作面设备找直系统，其特征在于，导航计算机中的基本函数有将角速率变换为姿态的积分函数，使用姿态数据将测得的加速度值转换到适当的导航坐标系中，再将它积分成矢量速度的函数，还有将导航系矢量速度积分成位置的函数。

技术总结
本发明涉及一种综采工作面设备找直方法，包括以下步骤：综采工作面利用惯性导航系统纯惯性工作状态下的误差方程以及惯性元件的误差模型，建立状态方程，根据外部观测信息的种类及其误差模型建立系统的量测方程，通过卡尔曼滤波技术估计系统的各种误差，进行方位、姿态补偿，实现初始对准和寻北定向，从而测量出三机一架的位置、方位角和水平姿态角信息，结合精确推溜阀和电液控换向阀准确的对三机一架进行相对位置的精确动作。惯性导航系统能够自主、实时、高精度的提供三机一架的位置、方位角和水平姿态角等信息，更加适用于煤机井下无人化作业，通过自动的误差校正能够保证煤机长时间连续精准工作，提高井下作业的自主性、安全性，可靠性。可靠性。可靠性。


技术研发人员：李勇锋 梁泽勇 冯海 李程 张旭 段国军 刘斌 范海潮
受保护的技术使用者：山西平阳广日机电有限公司
技术研发日：2022.10.30
技术公布日：2023/9/22