權(quán)利要求書： 1.一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法，其特征在于，包括：

在Unity3D創(chuàng)建的虛擬環(huán)境下，選擇配套綜采工作面的煤機(jī)裝備型號，并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，再建立基于物理引擎的虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備與虛擬煤層間的虛擬接觸模型；其中，所述配套綜采工作面的煤機(jī)裝備包括采煤機(jī)、液壓支架及刮板輸送機(jī)；虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備包括虛擬采煤機(jī)、虛擬液壓支架及虛擬刮板輸送機(jī)；

采集煤機(jī)裝備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、煤層與煤機(jī)裝備間的摩擦系數(shù)變化，使虛擬刮板輸送機(jī)受到的作用力規(guī)律與井下刮板輸送機(jī)相一致，建立虛擬環(huán)境與井下環(huán)境的數(shù)字孿生關(guān)系；

通過將虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備相對煤層底板、相對預(yù)設(shè)參考物的位姿數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出，對虛擬刮板輸送機(jī)的機(jī)頭相對于虛擬運(yùn)輸巷位置基準(zhǔn)的變化進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)預(yù)設(shè)評判等級確定刮板輸送機(jī)上竄下滑的程度，并產(chǎn)生警報(bào)信號進(jìn)行預(yù)警；

虛擬煤層是在虛擬環(huán)境下，根據(jù)實(shí)時(shí)探測得到的煤層數(shù)據(jù)，利用Mesh組件中的MeshFilter和MeshRender組件進(jìn)行實(shí)時(shí)的煤層網(wǎng)格構(gòu)建與渲染建立的煤層模型；虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備與虛擬煤層間的虛擬接觸模型是在虛擬煤層底板上安裝Mesh Collider物理組件，依次在虛擬刮板輸送機(jī)各中部槽、液壓支架上安裝Box Collider和CapsuleCollider物理組件，實(shí)現(xiàn)虛擬采煤機(jī)與虛擬刮板輸送機(jī)之間接觸模型的建立和虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備自適應(yīng)鋪設(shè)在虛擬煤層上的接觸型模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法，其特征在于，上竄下滑的評判等級為：

當(dāng)刮板輸送機(jī)處于非蛇行狀態(tài)時(shí)，機(jī)頭位置變化量大小，分為三個(gè)等級，虛擬環(huán)境下，機(jī)頭位置變化量在第一閾值范圍時(shí)，綜采工作面上竄下滑的程度較低，屬于輕度上竄下滑；機(jī)頭位置變化量在第二閾值范圍時(shí)，此時(shí)已經(jīng)影響正常的煤礦開采，需要停機(jī)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)斜處理，屬于中度上竄下滑；機(jī)頭位置變化量在第三閾值范圍時(shí)，屬于重度上竄下滑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法，其特征在于，在選擇配套綜采工作面的煤機(jī)裝備型號，并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置的步驟中，對綜采工作面煤機(jī)裝備的質(zhì)量、液壓支架運(yùn)行時(shí)與刮板輸送機(jī)彎曲時(shí)的阻力、初始摩擦系數(shù)，通過虛實(shí)轉(zhuǎn)換比例在Unity3D環(huán)境下進(jìn)行設(shè)置；

其中，虛實(shí)轉(zhuǎn)換比例是在虛擬環(huán)境下與實(shí)際環(huán)境中配套綜采工作面的煤機(jī)裝備長度、質(zhì)量的比例尺，在Unity3D中的比例尺為100:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法，其特征在于，煤機(jī)裝備的相關(guān)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)是指采煤機(jī)的牽引速度、滾筒轉(zhuǎn)速、牽引功率、牽引電流、機(jī)身俯仰角，刮板輸送機(jī)的鏈速，中部槽的彎曲角；

所述煤層與煤機(jī)裝備間的摩擦系數(shù)變化是指由于工作面常有淋水以及降塵灑水步驟，使煤層與煤機(jī)裝備間的摩擦系數(shù)進(jìn)一步降低。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法，其特征在于，虛擬刮板輸送機(jī)受到的作用力規(guī)律是指刮板輸送機(jī)在工作面開采過程中受到的采煤機(jī)行走輪的牽引力、采煤機(jī)的重力、導(dǎo)向滑靴和平滑靴的壓力和摩擦力、液壓支架的推溜和拉架力的作用、煤堆重力的作用，并將各類力的表現(xiàn)形式通過C#腳本的形式作用給各自的作用對象。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法，其特征在于，虛擬環(huán)境與井下環(huán)境的數(shù)字孿生關(guān)系是根據(jù)煤礦井下的綜采工作面煤機(jī)裝備與煤層的相關(guān)數(shù)據(jù)在虛擬環(huán)境下建立一一映射的虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備與虛擬煤層。

說明書： 一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視覺三維重建技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法。

背景技術(shù)

刮板輸送機(jī)上竄下滑是困擾綜采工作面正常工作的問題之一，這個(gè)問題極大的阻礙了綜采工作面“智能化”的推進(jìn)，嚴(yán)重威脅了煤礦的安全生產(chǎn)，并對煤礦開采效率也產(chǎn)生了很大的影響，因而亟需對刮板輸送機(jī)上竄下滑的實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)防與控制進(jìn)行有效的研究。

現(xiàn)有的技術(shù)中，申請?zhí)枮镃N201710410717.7提出了一種防止綜采工作面輸送機(jī)上竄下滑的方法。具體步驟如下：(1)工作面運(yùn)輸順槽要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求掘進(jìn)；(2)轉(zhuǎn)載機(jī)嚴(yán)格按照設(shè)備中心進(jìn)行鋪設(shè)；(3)工作面機(jī)頭、機(jī)尾嚴(yán)格控制相互超前距離；(4) 工作面輸送機(jī)沿煤壁要推直。

申請?zhí)枮镃N201410103912.1提出了一種運(yùn)輸機(jī)上竄下滑自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括運(yùn)輸機(jī)、工作面液壓支架和中心計(jì)算機(jī)；通過在機(jī)頭上安裝機(jī)頭激光測距儀，在機(jī)尾上安裝機(jī)尾測距儀，將機(jī)頭測距儀和機(jī)尾測距儀連接到中心計(jì)算機(jī)上，并將該中心計(jì)算機(jī)連接于工作面液壓支架，用于根據(jù)機(jī)頭測距儀和機(jī)尾測距儀的測量數(shù)據(jù)控制所述工作面液壓支架的推溜行程。

上述方法中，對距離的測量、刮板輸送機(jī)的直線度、傳感器的精度等有著嚴(yán)格的要求，但是由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜、空間狹窄、光線昏暗等條件的限制，使得在對上述方法中提出的要求的實(shí)現(xiàn)比較困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法，針對在煤礦井下對刮板輸送機(jī)上竄下滑進(jìn)行相關(guān)研究比較困難的問題，實(shí)現(xiàn)在虛擬研究平臺(tái)上對刮板輸送機(jī)上竄下滑是否發(fā)生、原因機(jī)理以及預(yù)防控制等相關(guān)研究。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法，包括：

在Unity3D創(chuàng)建的虛擬環(huán)境下，選擇配套綜采工作面的煤機(jī)裝備型號，并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，在建立虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備與虛擬煤層間的虛擬接觸模型；其中，所述配套綜采工作面的煤機(jī)裝備包括采煤機(jī)、液壓支架及刮板輸送機(jī)；虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備包括虛擬采煤機(jī)、虛擬液壓支架及虛擬刮板輸送機(jī)；

采集煤機(jī)裝備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、煤層與煤機(jī)裝備間的摩擦系數(shù)變化，使虛擬刮板輸送機(jī)受到的作用力規(guī)律與井下刮板輸送機(jī)相一致，建立虛擬環(huán)境與井下環(huán)境的數(shù)字孿生關(guān)系；

通過將虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備相對煤層底板、相對預(yù)設(shè)參考物的位姿數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出，對虛擬刮板輸送機(jī)的機(jī)頭相對于虛擬運(yùn)輸巷位置基準(zhǔn)的變化進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)預(yù)設(shè)評判等級確定刮板輸送機(jī)上竄下滑的程度，并產(chǎn)生警報(bào)信號進(jìn)行預(yù)警。

其中，上竄下滑的評判等級為：

當(dāng)刮板輸送機(jī)處于非蛇行狀態(tài)時(shí)，機(jī)頭位置變化量大小，分為三個(gè)等級，虛擬環(huán)境下，機(jī)頭位置變化量在第一閾值范圍時(shí)，綜采工作面上竄下滑的程度較低，屬于輕度上竄下滑；機(jī)頭位置變化量在第二閾值范圍時(shí)，此時(shí)已經(jīng)影響正常的煤礦開采，需要停機(jī)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)斜處理，屬于中度上竄下滑；機(jī)頭位置變化量在第三閾值范圍時(shí)，屬于重度上竄下滑。

其中，在選擇配套綜采工作面的煤機(jī)裝備型號，并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置的步驟中，對綜采工作面煤機(jī)裝備的質(zhì)量、液壓支架運(yùn)行時(shí)與刮板輸送機(jī)彎曲時(shí)的阻力、初始摩擦系數(shù)，通過虛實(shí)轉(zhuǎn)換比例在Unity3D環(huán)境下進(jìn)行設(shè)置；

其中，虛實(shí)轉(zhuǎn)換比例是在虛擬環(huán)境下與實(shí)際環(huán)境中配套綜采工作面的煤機(jī)裝備長度、質(zhì)量的比例尺，在Unity3D中的比例尺為100:1。

其中，虛擬煤層是在虛擬環(huán)境下，根據(jù)實(shí)時(shí)探測得到的煤層數(shù)據(jù)，利用Mesh組件中的MeshFilter和MeshRender組件進(jìn)行實(shí)時(shí)的煤層網(wǎng)格構(gòu)建與渲染建立的煤層模型；虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備與虛擬煤層間的虛擬接觸模型是在虛擬煤層底板上安裝Mesh Collider 物理組件，依次在虛擬刮板輸送機(jī)各中部槽、液壓支架上安裝Box Collider和Capsule Collider物理組件，實(shí)現(xiàn)虛擬采煤機(jī)與虛擬刮板輸送機(jī)之間接觸模型的建立和虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備自適應(yīng)鋪設(shè)在虛擬煤層上的接觸型模型。

其中，煤機(jī)裝備的相關(guān)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)是指采煤機(jī)的牽引速度、滾筒轉(zhuǎn)速、牽引功率、牽引電流、機(jī)身俯仰角，刮板輸送機(jī)的鏈速，中部槽的彎曲角；

所述煤層與煤機(jī)裝備間的摩擦系數(shù)變化是指由于工作面常有淋水以及降塵灑水步驟，使煤層與煤機(jī)裝備間的摩擦系數(shù)進(jìn)一步降低。

其中，虛擬刮板輸送機(jī)受到的作用力規(guī)律是指刮板輸送機(jī)在工作面開采過程中受到的采煤機(jī)行走輪的牽引力、采煤機(jī)的重力、導(dǎo)向滑靴和平滑靴的壓力和摩擦力、液壓支架的推溜和拉架力的作用、煤堆重力的作用，并將各類力的表現(xiàn)形式通過C#腳本的形式作用給各自的作用對象。

其中，虛擬環(huán)境與井下環(huán)境的數(shù)字孿生關(guān)系是根據(jù)煤礦井下的綜采工作面煤機(jī)裝備與煤層的相關(guān)數(shù)據(jù)在虛擬環(huán)境下建立一一映射的虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備與虛擬煤層。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法，在創(chuàng)建研究刮板輸送機(jī)上竄下滑的環(huán)境方面，擺脫了井下惡劣環(huán)境的限制，在獲得煤層的數(shù)據(jù)、配套的綜采工作面煤機(jī)裝備及其相關(guān)參數(shù)、煤層與煤機(jī)裝備間的摩擦因數(shù)的情況下，對刮板輸送機(jī)上竄下滑進(jìn)行研究；在數(shù)據(jù)輸出方面，擺脫了對傳感器數(shù)目、精度的要求，在Unity3D中，可以將綜采工作面煤機(jī)裝備的位置坐標(biāo)、中部槽的彎曲角度、液壓支架推移機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、采煤機(jī)對刮板輸送機(jī)的作用力、各中部槽受到的彎曲阻力等以XML文件的形式將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出；實(shí)現(xiàn)了研究環(huán)境的可視化，當(dāng)工作面推進(jìn)過程中出現(xiàn)煤機(jī)裝備的位置變化問題需要進(jìn)行查看時(shí)，通過鼠標(biāo)與鍵盤等輸出設(shè)備對相關(guān)位置進(jìn)行局部視野縮放以進(jìn)行相關(guān)檢查；刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架的相關(guān)參數(shù)變化也會(huì)實(shí)時(shí)顯示在運(yùn)行界面上；本方法實(shí)現(xiàn)了整個(gè)虛擬綜采工作面運(yùn)行的參數(shù)化，綜采工作面煤機(jī)裝備的質(zhì)量、液壓支架運(yùn)行時(shí)與刮板輸送機(jī)彎曲時(shí)的一些阻力、摩擦系數(shù)可以在Unity3D的相關(guān)模塊下進(jìn)行設(shè)置。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明提供的一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法中虛擬模型構(gòu)建示意圖。

圖3是本發(fā)明提供的一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法中虛擬接觸模型的構(gòu)建示意圖。

圖4是本發(fā)明提供的一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法中虛擬刮板輸送機(jī)受力來源及作用形式示意圖。

圖5是本發(fā)明提供的一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法中虛擬刮板輸送機(jī)上竄下滑預(yù)防控制的分析示意圖。

圖6是本發(fā)明提供的一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法中依據(jù)方法構(gòu)建的系統(tǒng)界面示意圖。

圖7是本發(fā)明提供的一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法中刮板輸送機(jī)上竄下滑的受力分析模型示意圖。

圖8是本發(fā)明提供的一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法中補(bǔ)充試驗(yàn)得到的機(jī)頭位置曲線圖。

圖9是本發(fā)明提供的一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法中煤層底板的曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

參閱圖1，本發(fā)明提供了一種針對刮板輸送機(jī)上竄下滑問題的預(yù)警方法，包括：

在Unity3D創(chuàng)建的虛擬環(huán)境下，選擇配套綜采工作面的煤機(jī)裝備型號，并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，在建立虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備與虛擬煤層間的虛擬接觸模型；其中，所述配套綜采工作面的煤機(jī)裝備包括采煤機(jī)、液壓支架及刮板輸送機(jī)；虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備包括虛擬采煤機(jī)、虛擬液壓支架及虛擬刮板輸送機(jī)；

采集煤機(jī)裝備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、煤層與煤機(jī)裝備間的摩擦系數(shù)變化，使虛擬刮板輸送機(jī)受到的作用力規(guī)律與井下刮板輸送機(jī)相一致，建立虛擬環(huán)境與井下環(huán)境的數(shù)字孿生關(guān)系；

通過將虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備相對煤層底板、相對預(yù)設(shè)參考物的位姿數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出，對虛擬刮板輸送機(jī)的機(jī)頭相對于虛擬運(yùn)輸巷位置基準(zhǔn)的變化進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)預(yù)設(shè)評判等級確定刮板輸送機(jī)上竄下滑的程度，并產(chǎn)生警報(bào)信號進(jìn)行預(yù)警。

上竄下滑的評判等級為：

當(dāng)刮板輸送機(jī)處于非蛇行狀態(tài)時(shí)，機(jī)頭位置變化量大小，主要分為三個(gè)等級。具體是指在虛擬環(huán)境下，機(jī)頭位置變化量在0~0.05dm時(shí)，此時(shí)，綜采工作面上竄下滑的程度較低，屬于輕度上竄下滑；機(jī)頭位置變化量在0.05~0.2dm時(shí)，此時(shí)已經(jīng)影響正常的煤礦開采，需要停機(jī)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)斜處理，屬于中度上竄下滑；機(jī)頭位置變化量>0.2dm時(shí)，有很大的可能已經(jīng)發(fā)生生產(chǎn)事故，屬于重度上竄下滑。

如圖2所示，根據(jù)選定的綜采工作面煤機(jī)裝備的型號，建立的與實(shí)際綜采工作面煤機(jī)裝備相等價(jià)的綜采工作面煤機(jī)裝備，根據(jù)實(shí)時(shí)探測得到的煤層數(shù)據(jù)，利用Mesh組件中的MeshFilter和MeshRender組件進(jìn)行實(shí)時(shí)的煤層網(wǎng)格構(gòu)建與渲染建立的煤層模型，由此實(shí)現(xiàn)虛擬模型的構(gòu)建；

如圖3所示，虛擬煤層是在虛擬環(huán)境下，根據(jù)實(shí)時(shí)探測得到的煤層數(shù)據(jù)，利用Mesh組件中的MeshFilter和MeshRender組件進(jìn)行實(shí)時(shí)的煤層網(wǎng)格構(gòu)建與渲染建立的煤層模型；虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備與虛擬煤層間的虛擬接觸模型是在虛擬煤層底板上安裝Mesh Collider 物理組件，依次在虛擬刮板輸送機(jī)各中部槽、液壓支架上安裝Box Collider和Capsule Collider物理組件，實(shí)現(xiàn)虛擬采煤機(jī)與虛擬刮板輸送機(jī)之間接觸模型的建立和虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備自適應(yīng)鋪設(shè)在虛擬煤層上的接觸型模型。

在選擇配套綜采工作面的煤機(jī)裝備型號，并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置的步驟中，對綜采工作面煤機(jī)裝備的質(zhì)量、液壓支架運(yùn)行時(shí)與刮板輸送機(jī)彎曲時(shí)的阻力、初始摩擦系數(shù)，通過虛實(shí)轉(zhuǎn)換比例在Unity3D環(huán)境下進(jìn)行設(shè)置；

其中，虛實(shí)轉(zhuǎn)換比例是在虛擬環(huán)境下與實(shí)際環(huán)境中配套綜采工作面的煤機(jī)裝備長度、質(zhì)量的比例尺，在Unity3D中的比例尺為100:1。

其中，煤機(jī)裝備的相關(guān)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)是指采煤機(jī)的牽引速度、滾筒轉(zhuǎn)速、牽引功率、牽引電流、機(jī)身俯仰角等，刮板輸送機(jī)的鏈速，中部槽的彎曲角；

所述煤層與煤機(jī)裝備間的摩擦系數(shù)變化是指由于工作面常有淋水以及降塵灑水步驟，使煤層與煤機(jī)裝備間的摩擦系數(shù)進(jìn)一步降低。

如附圖4所示，虛擬刮板輸送機(jī)受到的作用力規(guī)律是指刮板輸送機(jī)在工作面開采過程中受到的采煤機(jī)行走輪的牽引力、采煤機(jī)的重力、導(dǎo)向滑靴和平滑靴的壓力和摩擦力、液壓支架的推溜和拉架力的作用、煤堆重力的作用，并將各類力的表現(xiàn)形式通過C#腳本的形式作用給各自的作用對象。

其中，虛擬環(huán)境與井下環(huán)境的數(shù)字孿生關(guān)系是根據(jù)煤礦井下的綜采工作面煤機(jī)裝備與煤層的相關(guān)數(shù)據(jù)在虛擬環(huán)境下建立一一映射的虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備與虛擬煤層。

如附圖5所示，通過將虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備相對煤層底板、相對參考物的位姿數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出，根據(jù)上竄下滑的評判等級確定刮板輸送機(jī)上竄下滑的程度，當(dāng)刮板輸送機(jī)發(fā)生上竄或者下滑現(xiàn)象時(shí)，根據(jù)上竄下滑量的等級給出相應(yīng)的提示，當(dāng)?shù)燃夁^高時(shí)預(yù)示著安全事故的發(fā)生，系統(tǒng)會(huì)滾動(dòng)跳出嚴(yán)重警告的字眼等提示；以刮板輸送機(jī)上竄下滑的理論分析為依據(jù)，在虛擬環(huán)境下對其進(jìn)行多因素分析，以驗(yàn)證理論分析結(jié)果及確定各因素影響的優(yōu)先級等分析過程；根據(jù)所獲得的刮板輸送機(jī)上竄下滑的原因機(jī)理，對工作面推進(jìn)過程中的相關(guān)因素進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測與控制，以達(dá)到對刮板輸送機(jī)上竄下滑預(yù)防控制的目的。

如附圖6所示為依據(jù)本發(fā)明方法構(gòu)建的系統(tǒng)界面的主要內(nèi)容，包括啟停按鈕、滾動(dòng)提示條、刮板輸送機(jī)形態(tài)檢測面板、上竄下滑程度監(jiān)測面板、參數(shù)設(shè)置面板。

下面通過實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做出進(jìn)一步的說明。

選擇液壓支架型號為：ZY11000/18/38D，采煤機(jī)型號為：MG400/920-WD，刮板輸送機(jī)型號為：SGZ800/1050，分別建立虛擬環(huán)境下的虛擬模型。為了對其更方便的研究，在Unity3D中將底座群代替液壓支架群，通過對刮板輸送機(jī)中部槽施加均勻力來代替采煤機(jī)截割煤壁對刮板輸送機(jī)施加的作用力，利用某煤礦探測得到的煤層數(shù)據(jù)建立虛擬煤層底板模型。整個(gè)參數(shù)配置過程如表1所示。



表1 虛擬綜采工作面煤機(jī)裝備參數(shù)配置表

在生產(chǎn)過程中采煤機(jī)與液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)均會(huì)給刮板輸送機(jī)運(yùn)行帶來一定的影響, 液壓支架推移桿對刮板輸送機(jī)的力可視為外力的作用。在忽略液壓支架對刮板輸送機(jī)的作用力的情況下，為充分研究刮板輸送機(jī)在存在傾角的煤層底板上推進(jìn)過程中的力學(xué)行為，把刮板輸送機(jī)視為一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)整體，對刮板輸送機(jī)進(jìn)行受力分析，如附圖7所示，受力分析如下：



其中，F(xiàn)1——采煤機(jī)對刮板輸送機(jī)的作用力，采煤機(jī)上行割煤時(shí)，F(xiàn)1﹥0。

F2——煤層底板對刮板輸送機(jī)的摩擦力， 。

F3——煤層底板對刮板輸送機(jī)的支持力， 。

G——采煤機(jī)(采煤機(jī)沿中部槽行走)、刮板輸送機(jī)自重及刮板輸送機(jī)上的煤塊的重力。

θ——煤層傾角。

由以上公式可以看出，不考慮液壓支架對刮板輸送機(jī)作用力時(shí)，影響刮板輸送機(jī)上竄下滑的主要因素有煤層底板起伏情況、煤層傾角、采煤機(jī)對刮板輸送機(jī)的作用力、煤塊重力、摩擦因數(shù)，相應(yīng)的在虛擬環(huán)境下的影響因素有煤層底板起伏情況、煤層傾角、裝備與底板間摩擦因數(shù)、采煤機(jī)對刮板輸送機(jī)作用力、各中部槽虛擬運(yùn)行阻力（Drag、Angular Drag）。

為了簡化處理，將刮板輸送機(jī)運(yùn)行阻力（Drag、Angular Drag）可通過計(jì)算得到一個(gè)恒定值，在相同的底板起伏情況下對刮板輸送機(jī)上竄下滑進(jìn)行多因素分析，建立如表2所示的正交表。



表2 虛擬仿真試驗(yàn)因素水平表

根據(jù)表2的仿真試驗(yàn)因素，構(gòu)建試驗(yàn)方案及結(jié)果分析，如表3所示。



表3 試驗(yàn)方案及結(jié)果分析表

根據(jù)表3，可得方差分析表表4，從F值和臨界值的比較看，各因素均無顯著影響，相對來說A因素影響大些。為提高分析精度，只考慮因素A，把試驗(yàn)因素B、因素C都并入誤差，得到如表5所示的方差分析表。從F值和臨界值的比較來看，因素A為顯著性因素。各因素對試驗(yàn)結(jié)果影響的主次順序?yàn)锳、C、B。在綜采工作面推進(jìn)的過程中，希望刮板輸送機(jī)的上竄下滑量越小越好，因此本試驗(yàn)指標(biāo)量越小越好。對因素A、B、C分析，確定最優(yōu)水平分布為A2、B2、C2，即煤層傾角為15°、摩擦因數(shù)為0.35、采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速為40rpm。由于最優(yōu)水平分布在試驗(yàn)方案表中沒有，因而需要進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)。



表4 等水平正交試驗(yàn)方差分析表



表5 修正后的等水平正交試驗(yàn)方差分析表

在Unity3D中進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)后得到如圖8所示曲線，結(jié)合圖9所示煤層底板起伏圖，刮板輸送機(jī)在前兩次調(diào)直時(shí)出現(xiàn)了下滑現(xiàn)象，下滑量為0.1dm，系統(tǒng)界面上顯示的上竄下滑程度為中度，提示框內(nèi)容為：需要停機(jī)調(diào)整；在底板存在下坡的地形下，刮板輸送機(jī)出現(xiàn)上竄現(xiàn)象，且隨著工作面的推進(jìn)，上竄量呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢；在底板存在上坡的地形下，刮板輸送機(jī)下滑現(xiàn)象又出現(xiàn)，且比在底板無起伏時(shí)的下滑率大。以上現(xiàn)象說明了底板起伏情況對刮板輸送機(jī)上竄下滑起主要影響。

可以看出綜采工作面在推進(jìn)的過程中，需要對煤層的起伏情況有一定的預(yù)測，采煤機(jī)在截割煤壁時(shí)要根據(jù)煤層的起伏調(diào)整滾筒高度，以達(dá)到截割底板沿煤層傾向的起伏變化較小的目的，保證煤礦開采時(shí)的安全性。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。