基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于虚拟现实的采煤机远程控制方法，包括步骤：一、采煤机开采工况监控系统搭建：搭建采煤机开采工况监控系统；采煤机开采工况监控系统包括声音强度检测装置、下位监控装置和上位监控机；二、三维建模型；三、煤层开采与开采过程同步模拟：采用采煤机沿工作面推进方向由后向前对待开采煤层进行开采，对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下：采煤机实际开采工况信息检测及同步上传、截割工况诊断、采煤机调高判断、采煤机截割高度调整和采煤机开采工况同步模拟。本发明方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，能自动实时对采煤机调高进行远程控制，并能对采煤机开采工况进行同步模拟。
【专利说明】
基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤矿开采技术领域，尤其是涉及一种基于虚拟现实的采煤机调高远程 控制方法。
【背景技术】
[0002] 虚拟现实技术汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人一机接口技术、传 感器技术、高度并行实时计算技术和人的行为学研究等多项关键技术，是模拟仿真技术的 最新、最高层次，已广泛应用于军事、航空、教育、医学、工业和娱乐等众多领域。
[0003] 现有技术领域中，综采工作面采煤机控制大多采用人工现场控制的方式，由于现 场工作环境恶劣复杂，现场操作人员常常不能及时了解采煤机的运行工况，因而对采煤机 的控制有一定的滞后性和不准确性。目前，较为成熟的综采工作面监控系统大多只能做到 对井下工况进行监视，无法进行实时控制，更无法针对不同工况做出判断和给出一定的控 制策略。
[0004] 将虚拟现实技术引入综采工作面采煤机控制过程，能够大幅度提高综采工作面采 煤机控制的自动化水平，但是由于井下综采工作面环境极其复杂，现有技术还不能做到井 下综采工作面的完全自动和智能控制，对采煤机运行状态和综采工况的判断必须辅助一定 的人工因素。总之，目前的综采工作面采煤机控制无法完全做到自动化和智能化控制，现有 的控制系统和方法容易产生事故，影响生产。
[0005] 综采工作面全称为综合机械化回采工作面，是指以拥有液压支架、大功率刮板输 送机、双滚筒采煤机等机械的回采工作面。综采工作面开采过程中，采煤机截割高度的控制 (简称采煤机调高)至关重要，截割高度控制不当，采煤机将会截割到顶底板或断层，造成采 煤机损坏、故障或安全事故。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于虚拟 现实的采煤机调高远程控制方法，其方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，能 自动实时对采煤机调高进行远程控制，并能对采煤机开采工况进行同步模拟。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于虚拟现实的采煤机调 高远程控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0008] 步骤一、采煤机开采工况监控系统搭建:对待开采煤层进行开采之前，先搭建采煤 机开采工况监控系统；
[0009] 所述采煤机开采工况监控系统包括声音强度检测装置、安装在采煤机上的下位监 控装置和布设在上位监控室内的上位监控机，所述声音强度检测装置包括多个沿工作面长 度方向由左至右布设的声音强度检测单元，多个所述声音强度检测单元均布设在工作面支 架上，所述下位监控装置与上位监控机进行双向通信；
[0010] 所述采煤机为双滚筒采煤机，所述双滚筒采煤机包括采煤机机身、两个分别安装 在所述采煤机机身左右两侧的截割部、两个分别安装在所述采煤机机身左右两侧的行走机 构和两个分别对两个所述行走机构进行牵引的牵引部;每个所述截割部均包括铰接在所述 采煤机机身上的摇臂、安装在所述摇臂前端的截割滚筒和对所述截割滚筒进行驱动的截割 电机，所述截割电机与所述截割滚筒进行传动连接;两个所述截割部的截割滚筒分别为上 截割滚筒和位于所述上截割滚筒下方的下截割滚筒;每个所述牵引部均包括一个牵引电 机，所述牵引电机与其所牵引的行走机构进行传动连接；
[0011] 所述下位监控装置包括对所述采煤机的位置进行实时检测的采煤机位置检测单 元、对所述采煤机的运行姿态进行实时检测的采煤机运行姿态检测单元、两个分别对两个 所述截割电机的工作电流进行实时检测的截割电流检测单元、两个分别对两个所述牵引电 机的工作电流进行实时检测的牵引电流检测单元以及安装在所述采煤机机身内的电气控 制系统和摇臂调高液压系统，所述电气控制系统包括控制器，所述摇臂调高液压系统由控 制器进行控制且其与控制器连接，所述控制器与上位监控机进行双向通信;所述采煤机位 置检测单元、采煤机运行姿态检测单元、两个所述截割电流检测单元和两个所述牵引电流 检测单元均与控制器连接，多个所述声音强度检测单元均与控制器进行通信;两个所述截 割电流检测单元分别为对所述上截割滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的上滚筒 截割电流检测单元和对所述下截割滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的下滚筒截 割电流检测单元；
[0012] 步骤二、三维建模:采用上位监控机且调用三维仿真软件，分别建立所述待开采煤 层的三维模型和所述采煤机的三维模型；
[0013] 步骤三、煤层开采与开采过程同步模拟:采用所述采煤机沿工作面推进方向由后 向前对所述待开采煤层进行开采；
[0014] 对所述待开采煤层的任一个工作面进行开采过程中，均采用所述采煤机沿工作面 长度方向由后向前对当前工作面进行开采;并且，采用所述采煤机对当前工作面的任一个 开采位置进行开采时，均采用步骤一中所述采煤机开采工况监控系统对采煤机的实际开采 工况进行自动监控，并采用所述上位监控机对此时采煤机的开采工况进行同步模拟；
[0015] 采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下：
[0016] 步骤301、采煤机实际开采工况信息检测及同步上传:采用采煤机位置检测单元和 采煤机运行姿态检测单元分别对此时所述采煤机的位置和运行姿态进行实时检测，并通过 控制器将所检测信息均同步传送至上位监控机；同时，采用两个所述截割电流检测单元分 别对当前开采位置开采过程中两个所述截割电机的工作电流进行实时检测，采用牵引电流 检测单元对当前工作面开采过程中牵引工作电机的工作电流进行实时检测，并通过控制器 将所检测的电流值均同步传送至上位监控机;并且，采用声音强度检测装置对当前工作面 开采过程中的声音强度进行实时检测，并通过控制器将所检测的声音强度值均同步传送至 上位监控机；
[0017] 所述牵引工作电机为两个所述牵引电机中牵引所述采煤机沿当前工作面的长度 方向由后向前移动的牵引电机；
[0018] 步骤302、截割工况诊断:采用上位监控机对当前开采位置所述采煤机的截割工况 进行诊断，过程如下：
[0019] 步骤3021、截割电流分析及截割状态判断：调用截割电流比较模块，对步骤301中 两个所述截割电流检测单元所检测的电流值分别进行分析，并根据分析结果对两个所述截 割滚筒的截割状态分别进行判断；
[0020] 其中，调用所述截割电流比较模块对所述上滚筒截割电流检测单元所检测的电流 值Is进行分析时，将电流值I s与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述上截割滚筒的 截割电机的工作电流值IsQ进行比较，并根据比较结果，对此时所述上截割滚筒是否处于异 常截割状态进行判断：
，判断为此时所述上截割滚筒处于异常截 割状态；否则，判断为此时所述上截割滚筒处于正常截割状态;其中，cj为预先设定的截割 电流变化判断阈值且cj = 0.5~1;
[0021] 调用所述截割电流比较模块对所述下滚筒截割电流检测单元所检测的电流值Ix 进行分析时，将电流值Ix与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述下截割滚筒的截割 电机的工作电流值1x0进行比较，并根据比较结果，对此时所述下截割滚筒是否处于异常截 割状态进行判断：
1，判断为此时所述下截割滚筒处于异常截割状 态;否则，判断为此时所述下截割滚筒处于正常截割状态；
[0022] 步骤3022、截割工况初步诊断:根据步骤3021中两个所述截割滚筒的截割状态判 断结果，对当前开采位置所述采煤机的工况进行初步诊断：当步骤3021中判断得出两个所 述截割滚筒均处于正常截割状态时，诊断为此时所述采煤机的截割工况为正常截割状态， 进入步骤303;否则，进入步骤3023;
[0023] 步骤3023、牵引电流分析及牵引状态判断：调用牵引电流比较模块，对步骤301中 所述牵引电流检测单元所检测的电流值Iq与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述 下截割滚筒牵引工作电机的工作电流最大值I#进行比较，并根据比较结果对所述采煤机的 牵引状态进行判断
，判断为此时所述采煤机处于异常牵引状 态；否则，判断为此时所述采煤机处于正常牵引状态;其中，CQ为预先设定的牵引电流变化 判断阈值且cq = 0.2;
[0024] 步骤3024、声音强度分析及声音异常判断:根据步骤301中所述声音强度检测装置 所检测的声音强度值，对当前开采位置是否出现声音异常进行诊断：当声音强度检测装置 中多个所述声音强度检测单元所检测的声音强度值均小于Y〇时，判断为此时未出现声音异 常，且诊断为此时所述采煤机的截割工况为正常截割状态，进入步骤303;否则，判断为此时 出现声音异常，进入步骤3025;其中，Y〇 = 80dB~120dB;
[0025] 步骤3025、截割工况进一步诊断:根据步骤3023中所述采煤机的牵引状态判断结 果，并结合步骤3024中得出的声音异常判断结果，对当前开采位置所述采煤机的截割工况 进行进一步诊断：当步骤3023中所述采煤机的牵引状态判断结果为此时所述采煤机处于异 常牵引状态且步骤3024中得出的声音异常判断结果为此时出现声音异常时，诊断为此时所 述采煤机的截割工况为截割到顶板和/或底板;否则，当步骤3023中所述采煤机的牵引状态 判断结果为此时所述采煤机处于正常牵引状态且步骤3024中得出的声音异常判断结果为 此时出现声音异常时，诊断为此时所述采煤机的截割工况为截割到断层；
[0026]步骤303、采煤机调高判断：采用上位监控机且根据步骤302中得出的截割工况诊 断结果，判断是否需对当前开采位置所述采煤机的截割高度进行调整：当步骤302中得出此 时所述采煤机的截割工况为正常截割状态时，判断为无需对所述采煤机的截割高度进行调 整；否则，当步骤302中得出此时所述采煤机的截割工况为截割到断层或者截割到顶板和/ 或底板时，判断为需对所述采煤机的截割高度进行调整，进入步骤304;
[0027]步骤304、采煤机截割高度调整:根据步骤302中得出的截割工况诊断结果，采用上 位监控机对控制器进行控制，并通过控制器控制所述摇臂调高液压系统对所述采煤机的所 述上截割滚筒和/或所述下截割滚筒的截割高度分别进行调整。
[0028]步骤305、采煤机开采工况同步模拟:根据步骤304中的采煤机截割高度调整结果， 并结合步骤301中所述采煤机位置检测单元和采煤机运行姿态检测单元所检测信息，所述 上位监控机调用所述三维仿真软件且利用步骤二中所建立的所述待开采煤层的三维模型 和所述采煤机的三维模型，对此时所述采煤机的开采工况进行模拟。
[0029] 上述基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征是:步骤一中多个所述声 音强度检测单元呈均匀布设。
[0030] 上述基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征是:步骤301中通过控制器 将采煤机位置检测单元和采煤机运行姿态检测单元所检测信息、两个所述截割电流检测单 元所检测电流值、牵引电流检测单元所检测电流值和声音强度检测装置所检测的声音强度 值均同步传送至上位监控机时，所述上位监控机调用数据采集模块且按照预先设定的采样 频率f Q对采煤机位置检测单元、采煤机运行姿态检测单元、牵引电流检测单元和两个所述 截割电流检测单元所检测信息同步进行采集，并将所采集信息同步传送至上位监控机;其 中，fo = 2Hz ~4Hz ;
[0031] 步骤3024中判断为此时出现声音异常时，所述上位监控机还需调用声音异常持续 判断模块对此后连续N个采样时刻所述声音强度检测装置所检测的声音强度值分别进行分 析，并根据分析结果得出此时的声音异常诊断结果：当此后连续N个采样时刻所述声音强度 检测装置所检测的声音强度最大值均不小于Y〇时，得出此时的声音异常诊断结果为此时出 现声音异常，进入步骤3025;否则，得出此时的声音异常诊断结果为此时未出现声音异常， 且诊断为所述采煤机的截割工况为正常截割状态，进入步骤303;
[0032]其中Ν为正整数且Ν= 12~80, fo的取值越大，Ν的取值越大；任一个采样时刻所述 声音强度检测装置所检测的声音强度最大值为该采样时刻多个所述声音强度检测单元所 检测声音强度值的最大值。
[0033] 上述基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征是:步骤二中采用所述采 煤机对所述待开采煤层中位于最后侧的工作面进行开采过程中，先采用两个所述截割电流 检测单元对当前工作面的煤层开采过程中两个所述截割电机的工作电流分别进行检测，并 采用牵引电流检测单元对当前工作面的煤层开采过程中所述牵引工作电机的工作电流进 行检测，且通过控制器将所检测的电流值均同步传送至上位监控机;所述上位监控机将此 时所接收电流值中所述上滚筒截割电流检测单元所检测的电流值作为电流值I sQ，将此时所 接收电流值中所述下滚筒截割电流检测单元所检测的电流值作为电流值1x0,并将此时所接 收电流值中所述牵引工作电机的工作电流最大值作为工作电流最大值I#。
[0034] 上述基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征是：步骤3025中完成截割 工况进一步诊断后，还需进行截割工况细化诊断；
[0035]其中，当步骤3025中诊断得出此时所述采煤机的截割工况为截割到顶板和/或底 板时，还需根据步骤3021中两个所述截割滚筒的截割状态判断结果进行截割工况细化诊 断：当步骤3021中判断得出所述上截割滚筒的截割状态为异常截割状态且所述下截割滚筒 的截割状态为正常截割状态时，诊断为此时所述采煤机截割到顶板；当步骤3021中判断得 出所述下截割滚筒的截割状态为异常截割状态且所述上截割滚筒的截割状态为正常截割 状态时，诊断为此时所述采煤机截割到底板；当步骤3021中判断得出所述上截割滚筒和所 述下截割滚筒的截割状态均为异常截割状态时，诊断为此时所述采煤机截割到顶板和底 板；
[0036]当步骤3024中诊断得出此时所述采煤机的截割工况为截割到断层时，还需根据步 骤3021中两个所述截割滚筒的截割状态判断结果进行截割工况细化诊断：当步骤3021中判 断得出所述上截割滚筒的截割状态为异常截割状态且所述下截割滚筒的截割状态为正常 截割状态时，诊断为此时所述采煤机截割到正断层；当步骤3021中判断得出所述下截割滚 筒的截割状态为异常截割状态且所述上截割滚筒的截割状态为正常截割状态时，诊断为此 时所述采煤机截割到逆断层。
[0037] 上述基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征是:步骤304中对所述采煤 机的所述上截割滚筒和/或所述下截割滚筒的截割高度分别进行调整时，根据步骤302中得 出的截割工况细化诊断结果进行调整：当诊断得出此时所述采煤机截割到底板时，通过控 制器控制所述摇臂调高液压系统对所述下截割滚筒的截割高度进行向上调整，直至所述下 截割滚筒移至所述底板上方；当诊断得出此时所述采煤机截割到顶板时，通过控制器控制 所述摇臂调高液压系统对所述上截割滚筒的截割高度进行向下调整，直至所述下截割滚筒 移至所述顶板下方；当诊断得出此时所述采煤机截割到顶板和底板时，通过控制器控制所 述摇臂调高液压系统对所述上截割滚筒的截割高度进行向下调整并对所述下截割滚筒的 截割高度进行向上调整，直至所述下截割滚筒移至所述底板上方且所述下截割滚筒移至所 述底板上方；当诊断得出此时所述采煤机截割到正断层时，通过控制器控制所述摇臂调高 液压系统对所述上截割滚筒与所述下截割滚筒的截割高度分别进行向上调整；当诊断得出 此时所述采煤机截割到逆断层时，通过控制器控制所述摇臂调高液压系统对所述上截割滚 筒与所述下截割滚筒的截割高度分别进行向下调整。
[0038] 上述基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征是:步骤一中所述采煤机 开采工况监控系统还包括对所述采煤机中所述截割滚筒截割煤壁的声音进行实时采集的 录音单元，所述录音单元与控制器连接；
[0039] 步骤305中对此时所述采煤机的开采工况进行模拟时，采用由上位监控机进行控 制的语音播放器对录音单元所采集的声音进行同步播放。
[0040] 上述基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征是:步骤一中所述下位监 控装置还包括对所述采煤机的牵引速度进行实时检测的牵引速度检测单元，所述牵引速度 检测单元与上位监控机连接；
[0041] 步骤301中进行采煤机截割电流与牵引电流检测及同步上传时，还需采用牵引速 度检测单元对所述采煤机的牵引速度进行实时检测，并通过控制器将牵引速度检测单元所 检测信息同步传送至上位监控机。
[0042]上述基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征是:步骤一中所述采煤机 运行姿态检测单元包括对所述采煤机机身与工作面长度方向之间的夹角进行实时检测的 第一角度检测单元、对所述采煤机机身与工作面推进方向之间的夹角进行实时检测的第二 角度检测单元和对两个所述摇臂与所述工作面之间的夹角分别进行实时检测的第三角度 检测单元，所述第一角度检测单元、所述第二角度检测单元和所述第三角度检测单元均与 控制器连接；
[0043] 步骤305中对此时所述采煤机的开采工况进行模拟时，采用上位监控机对牵引速 度检测单元所检测信息进行同步显示。
[0044] 上述基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征是:步骤二中采用所述采 煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，采用步骤一中所述采煤机开采工况监控 系统进行采煤机自动调高控制后，均采用上位监控机对当前开采位置所述采煤机中两个所 述截割滚筒的截割高度进行记录;待当前工作面开采完成后，根据所记录的当前工作面开 采过程中各开采位置所述采煤机中两个所述截割滚筒的截割高度信息，采用上位监控机得 出当前工作面开采过程中所述采煤机中两个所述截割滚筒的截割轨迹。
[0045] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0046] 1、方法步骤简单、设计合理且实现简便，投入成本低。
[0047] 2、煤层开采过程中能自动对采煤机的调高进行远程控制，自动化和智能化程度 高，控制过程安全、可靠。
[0048] 3、采用上位监控机同步对各开采位置处采煤机的截割工况分别进行自动诊断，实 时性好，能在数秒内做出截割工况诊断结果，自动化和智能化程度高。
[0049] 4、所采用的截割工况诊断方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，主要 包括截割电流分析及截割状态判断、截割工况初步诊断、牵引电流分析及牵引状态判断、声 音强度分析及声音异常判断和截割工况进一步诊断五个步骤，并且从截割电流、牵引电流 和声音强度三个方面进行综合诊断，能有效保证诊断结果的准确性和可靠性。
[0050] 同时，能对当前状态下采煤机是否切割到顶板、底板或断层分别进行简便、快速且 准确诊断，同时能对切割到的断层为逆断层或正断层进行准确诊断，智能化程度高。
[0051] 5、调高控制方案设计合理，根据截割工况诊断结果，采取对应的采煤机调高控制 方案，适应性强，能满足采煤机不同工况下的调高控制要求。
[0052] 6、将虚拟现实技术应用于综采工作面，上位监控机为一个虚拟控制平台，能实现 对采煤机进行远程监控，并且能对采煤机的实际开采工况进行远程实时再现。
[0053] 7、使用效果好且实用价值高，不仅能对井下采煤机工况进行实时监测，同时能对 各开采位置采煤机的截割工况进行简便、快速且准确诊断，并对自动采取对应的调高控制 方案以对采煤机调高进行自动、实时控制，并且能实现对采煤机进行远程监控，同时能对采 煤机的实际开采工况进行远程实时再现，经济效益显著。
[0054]综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，能自动实时 对采煤机调高进行远程控制，并能对采煤机开采工况进行同步模拟。
[0055]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0056]图1为本发明的方法流程框图。
[0057]图2为本发明截割工况诊断过程的方法流程框图。
[0058]图3为本发明采煤机开采工况监控系统的电路原理框图。
[0059] 附图标记说明：
[0060] 1-下位监控装置； 1-1 一采煤机位置检测单元；
[0061 ] 1-2-采煤机运行姿态检测单元；
[0062] 1-3-截割电流检测单元；1-4 一牵引电流检测单元；
[0063] 1-5 一控制器； 1-6-牵引速度检测单兀；
[0064] 1-7一录音单元； 2-上位监控机；
[0065] 3-声音强度检测装置。
【具体实施方式】
[0066] 如图1所示的一种基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，包括以下步骤：
[0067] 步骤一、采煤机开采工况监控系统搭建:对待开采煤层进行开采之前，先搭建采煤 机开采工况监控系统；
[0068] 如图3所示，所述采煤机开采工况监控系统包括声音强度检测装置3、安装在采煤 机上的下位监控装置1和布设在上位监控室内的上位监控机2,所述声音强度检测装置3包 括多个沿工作面长度方向由左至右布设的声音强度检测单元，多个所述声音强度检测单元 均布设在工作面支架上，所述下位监控装置1与上位监控机2进行双向通信；
[0069] 所述采煤机为双滚筒采煤机，所述双滚筒采煤机包括采煤机机身、两个分别安装 在所述采煤机机身左右两侧的截割部、两个分别安装在所述采煤机机身左右两侧的行走机 构和两个分别对两个所述行走机构进行牵引的牵引部;每个所述截割部均包括铰接在所述 采煤机机身上的摇臂、安装在所述摇臂前端的截割滚筒和对所述截割滚筒进行驱动的截割 电机，所述截割电机与所述截割滚筒进行传动连接;两个所述截割部的截割滚筒分别为上 截割滚筒和位于所述上截割滚筒下方的下截割滚筒;每个所述牵引部均包括一个牵引电 机，所述牵引电机与其所牵引的行走机构进行传动连接；
[0070] 所述下位监控装置1包括对所述采煤机的位置进行实时检测的采煤机位置检测单 元1-1、对所述采煤机的运行姿态进行实时检测的采煤机运行姿态检测单元1-2、两个分别 对两个所述截割电机的工作电流进行实时检测的截割电流检测单元1-3、两个分别对两个 所述牵引电机的工作电流进行实时检测的牵引电流检测单元1-4以及安装在所述采煤机机 身内的电气控制系统和摇臂调高液压系统，所述电气控制系统包括控制器1-5,所述摇臂调 高液压系统由控制器1-5进行控制且其与控制器1-5连接，所述控制器1-5与上位监控机2进 行双向通信;所述采煤机位置检测单元1-1、采煤机运行姿态检测单元1-2、两个所述截割电 流检测单元1-3和两个所述牵引电流检测单元1-4均与控制器1-5连接，多个所述声音强度 检测单元3均与控制器1-5进行通信;两个所述截割电流检测单元1-3分别为对所述上截割 滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的上滚筒截割电流检测单元和对所述下截割滚 筒的截割电机的工作电流进行实时检测的下滚筒截割电流检测单元；
[0071] 步骤二、三维建模:采用上位监控机2且调用三维仿真软件，分别建立所述待开采 煤层的三维模型和所述采煤机的三维模型；
[0072] 步骤三、煤层开采与开采过程同步模拟:采用所述采煤机沿工作面推进方向由后 向前对所述待开采煤层进行开采；
[0073] 对所述待开采煤层的任一个工作面进行开采过程中，均采用所述采煤机沿工作面 长度方向由后向前对当前工作面进行开采;并且，采用所述采煤机对当前工作面的任一个 开采位置进行开采时，均采用步骤一中所述采煤机开采工况监控系统对采煤机的实际开采 工况进行自动监控，并采用所述上位监控机2对此时采煤机的开采工况进行同步模拟；
[0074] 采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下：
[0075]步骤301、采煤机实际开采工况信息检测及同步上传:采用采煤机位置检测单元1-1和采煤机运行姿态检测单元1-2分别对此时所述采煤机的位置和运行姿态进行实时检测， 并通过控制器1-5将所检测信息均同步传送至上位监控机2;同时，采用两个所述截割电流 检测单元1-3分别对当前开采位置开采过程中两个所述截割电机的工作电流进行实时检 测，采用牵引电流检测单元1-4对当前工作面开采过程中牵引工作电机的工作电流进行实 时检测，并通过控制器1-5将所检测的电流值均同步传送至上位监控机2;并且，采用声音强 度检测装置3对当前工作面开采过程中的声音强度进行实时检测，并通过控制器1-5将所检 测的声音强度值均同步传送至上位监控机2;
[0076]所述牵引工作电机为两个所述牵引电机中牵引所述采煤机沿当前工作面的长度 方向由后向前移动的牵引电机；
[0077]步骤302、截割工况诊断：如图2所示，采用上位监控机2对当前开采位置所述采煤 机的截割工况进行诊断，过程如下：
[0078]步骤3021、截割电流分析及截割状态判断：调用截割电流比较模块，对步骤301中 两个所述截割电流检测单元1-3所检测的电流值分别进行分析，并根据分析结果对两个所 述截割滚筒的截割状态分别进行判断；
[0079] 其中，调用所述截割电流比较模块对所述上滚筒截割电流检测单元所检测的电流 值Is进行分析时，将电流值I s与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述上截割滚筒的 截割电机的工作电流值IsQ进行比较，并根据比较结果，对此时所述上截割滚筒是否处于异 常截割状态进行判断：
，判断为此时所述上截割滚筒处于异常截 割状态；否则，判断为此时所述上截割滚筒处于正常截割状态;其中，cj为预先设定的截割 电流变化判断阈值且cj = 0.5~1;
[0080] 调用所述截割电流比较模块对所述下滚筒截割电流检测单元所检测的电流值Ix 进行分析时，将电流值Ix与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述下截割滚筒的截割 电机的工作电流值I xQ进行比较，并根据比较结果，对此时所述下截割滚筒是否处于异常截 割状态进行判断
，判断为此时所述下截割滚筒处于异常截割状 态;否则，判断为此时所述下截割滚筒处于正常截割状态；
[0081] 步骤3022、截割工况初步诊断:根据步骤3021中两个所述截割滚筒的截割状态判 断结果，对当前开采位置所述采煤机的工况进行初步诊断：当步骤3021中判断得出两个所 述截割滚筒均处于正常截割状态时，诊断为此时所述采煤机的截割工况为正常截割状态， 进入步骤303;否则，进入步骤3023;
[0082] 步骤3023、牵引电流分析及牵引状态判断：调用牵引电流比较模块，对步骤301中 所述牵引电流检测单元1-4所检测的电流值Iq与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所 述下截割滚筒牵引工作电机的工作电流最大值IqM进行比较，并根据比较结果对所述采煤机 的牵引状态进行判断：
，判断为此时所述采煤机处于异常牵引状 态；否则，判断为此时所述采煤机处于正常牵引状态;其中，CQ为预先设定的牵引电流变化 判断阈值且cq = 0.2;
[0083] 步骤3024、声音强度分析及声音异常判断:根据步骤301中所述声音强度检测装置 3所检测的声音强度值，对当前开采位置是否出现声音异常进行诊断：当声音强度检测装置 3中多个所述声音强度检测单元所检测的声音强度值均小于Yo时，判断为此时未出现声音 异常，且诊断为此时所述采煤机的截割工况为正常截割状态，进入步骤303;否则，判断为此 时出现声音异常，进入步骤3025;其中，Y〇 = 80dB~120dB;
[0084] 步骤3025、截割工况进一步诊断：根据步骤3023中所述采煤机的牵引状态判断结 果，并结合步骤3024中得出的声音异常判断结果，对当前开采位置所述采煤机的截割工况 进行进一步诊断：当步骤3023中所述采煤机的牵引状态判断结果为此时所述采煤机处于异 常牵引状态且步骤3024中得出的声音异常判断结果为此时出现声音异常时，诊断为此时所 述采煤机的截割工况为截割到顶板和/或底板;否则，当步骤3023中所述采煤机的牵引状态 判断结果为此时所述采煤机处于正常牵引状态且步骤3024中得出的声音异常判断结果为 此时出现声音异常时，诊断为此时所述采煤机的截割工况为截割到断层；
[0085]步骤303、采煤机调高判断:采用上位监控机2且根据步骤302中得出的截割工况诊 断结果，判断是否需对当前开采位置所述采煤机的截割高度进行调整：当步骤302中得出此 时所述采煤机的截割工况为正常截割状态时，判断为无需对所述采煤机的截割高度进行调 整；否则，当步骤302中得出此时所述采煤机的截割工况为截割到断层或者截割到顶板和/ 或底板时，判断为需对所述采煤机的截割高度进行调整，进入步骤304;
[0086]步骤304、采煤机截割高度调整:根据步骤302中得出的截割工况诊断结果，采用上 位监控机2对控制器1-5进行控制，并通过控制器1-5控制所述摇臂调高液压系统对所述采 煤机的所述上截割滚筒和/或所述下截割滚筒的截割高度分别进行调整。
[0087]步骤305、采煤机开采工况同步模拟:根据步骤304中的采煤机截割高度调整结果， 并结合步骤301中所述采煤机位置检测单元1-1和采煤机运行姿态检测单元1-2所检测信 息，所述上位监控机2调用所述三维仿真软件且利用步骤二中所建立的所述待开采煤层的 三维模型和所述采煤机的三维模型，对此时所述采煤机的开采工况进行模拟。
[0088]其中，步骤二中调用三维仿真软件对所述待开采煤层的三维模型和所述采煤机的 三维模型进行建立，所采用的建模方法，均为常规的三维建模方法。对所述待开采煤层的三 维模型进行建模时，根据预先勘测出的所述待开采煤层的长度、工作面长度和平均层厚进 行建模。对所述采煤机的三维模型进行建模时，根据所述采煤机的结构和尺寸进行建模。 [0089]步骤305中进行采煤机开采工况同步模拟时，所述上位监控机2调用所述三维仿真 软件对此时所述采煤机的开采工况进行模拟，并且所采用的模拟方法为常规的模拟方法， 根据根据步骤304中的采煤机截割高度调整结果，并结合步骤301中所述采煤机位置检测单 元1-1和采煤机运行姿态检测单元1-2所检测信息，通过调整所述采煤机的三维模型的位置 和结构参数进行模拟即可。
[0090] 因而，所述上位监控机2为一个虚拟控制平台，能实现对采煤机进行远程监控，并 且能对采煤机的实际开采工况进行远程实时再现。
[0091] 实际使用过程中，所述的CJ、CdPYQ均为预先设定的设定值，可根据具体需要，对 cj、CdPY()的取值大小分别进行调整。
[0092] 本实施例中，步骤一中多个所述声音强度检测单元呈均匀布设。
[0093]实际进行安装布设时，可根据具体需要，对所述声音强度检测单元的数量和各声 音强度检测单元的布设位置分别进行相应调整。
[0094]本实施例中，相邻两个所述声音强度检测单元之间的间距为4D~8D，其中D为相邻 两个所述工作面支架之间的间距。
[0095] 为使截割工况诊断结果更加准确，避免因某一时刻的声音异常造成误诊，步骤 3024中判断为此时出现声音异常时，还需对此后连续N个采样时刻所述声音强度检测装置3 所检测的声音强度值进行连续诊断，当且仅当此时之后（即此后)N个采样时刻所述声音强 度检测装置3所检测的声音强度最大值均不小于Yo时，说明声音异常状态持续，得出得出此 时的声音异常诊断结果为此时未出现声音异常。
[0096] 由于f Q = 2Hz~4Hz，则采样时间间隔为0 · 5s~0 · 25s。
[0097] 实际使用时，可根据具体需要，对和N的取值大小分别进行相应调整。
[0098] 实际过程中，步骤3024中进行声音强度分析及声音异常判断时，为简化声音异常 判断过程，判断为此时出现声音异常时，也可以直接得出此时的声音异常判断结果为此时 出现声音异常。
[0099] 实际使用过程中，对步骤3021中所述的IsQ和IxQ进行确定时，既可以采用人为设定 的方式进行确定，也可以采用实际测试的方式进行确定。同样地，对步骤3023所述的IqM进行 确定时，既可以采用人为设定的方式进行确定，也可以采用实际测试的方式进行确定。
[0100] 其中，采用人为设定的方式进行确定是，根据本领域技术人员公知的经验数据进 行设定。如对煤层总厚度为3.2~4.1米且平均厚度为3.5米的综采工作面进行开采时，查阅 相关资料可知，一般情况下，普通岩石的普氏系数数值在5~20,而煤的一般普氏系数数值 在1~4。当普氏系数f = 3且采煤机正常工作（即采煤机对煤层进行开采)时，牵引电流最大 值(即I#)为60A;截割部电机电流为80A左右，即I sQ= IxQ = 80A。
[0101] 本实施例中，为使诊断结果更加准确，采用所述的isQ、ixQ和iqM均采用实际测试的 方式进行确定。
[0102] 本实施例中，步骤301中通过控制器1-5将采煤机位置检测单元1-1和采煤机运行 姿态检测单元1-2所检测信息、两个所述截割电流检测单元1-3所检测电流值、牵引电流检 测单元1-4所检测电流值和声音强度检测装置3所检测的声音强度值均同步传送至上位监 控机2时，所述上位监控机2调用数据采集模块且按照预先设定的采样频率fo对采煤机位置 检测单元1-1、采煤机运行姿态检测单元1-2、牵引电流检测单元1-4和两个所述截割电流检 测单元1-3所检测信息同步进行采集，并将所采集信息同步传送至上位监控机2;其中，f〇 = 2Hz~4Hz;
[0103] 步骤3024中判断为此时出现声音异常时，所述上位监控机2还需调用声音异常持 续判断模块对此后连续N个采样时刻所述声音强度检测装置3所检测的声音强度值分别进 行分析，并根据分析结果得出此时的声音异常诊断结果：当此后连续N个采样时刻所述声音 强度检测装置3所检测的声音强度最大值均不小于Yo时，得出此时的声音异常诊断结果为 此时出现声音异常，进入步骤3025;否则，得出此时的声音异常诊断结果为此时未出现声音 异常，且诊断为所述采煤机的截割工况为正常截割状态，进入步骤303;
[0104]其中Ν为正整数且Ν= 12~80, fo的取值越大，Ν的取值越大；任一个采样时刻所述 声音强度检测装置3所检测的声音强度最大值为该采样时刻多个所述声音强度检测单元所 检测声音强度值的最大值。
[0105] 由于f〇 = 2Hz~4Hz，则采样时间间隔为0 · 5s~0 · 25s。
[0106] 实际使用时，可根据具体需要，对和N的取值大小分别进行相应调整。
[0107]并且，N的取值大小根据所述采煤机的过载倍数进行确定，其中采煤机的过载倍数 越大，N的取值越小。步骤2034中对此后连续N个采样时刻所述声音强度检测装置3所检测的 声音强度最大值进行判断时，需保证对此后6s~20s内所述声音强度检测装置3所检测的声 音强度最大值进行判断。所述采煤机的过载倍数为2倍~1.5倍。
[0108] 其中，当过载倍数为1.5倍时，保证对此后20s内所述声音强度检测装置3所检测的 声音强度最大值进行判断；当过载倍数为2倍时，保证对此后6s内所述声音强度检测装置3 所检测的声音强度最大值进行判断。
[0109] 实际过程中，步骤3024中进行声音强度分析及声音异常判断时，为简化声音异常 判断过程，判断为此时出现声音异常时，也可以直接得出此时的声音异常判断结果为此时 出现声音异常。
[0110] 实际使用过程中，对步骤3021中所述的IsQ和1x0进行确定时，既可以采用人为设定 的方式进行确定，也可以采用实际测试的方式进行确定。同样地，对步骤3023所述的I qM进行 确定时，既可以采用人为设定的方式进行确定，也可以采用实际测试的方式进行确定。
[0111] 其中，采用人为设定的方式进行确定是，根据本领域技术人员公知的经验数据进 行设定。如对煤层总厚度为3.2~4.1米且平均厚度为3.5米的综采工作面进行开采时，查阅 相关资料可知，一般情况下，普通岩石的普氏系数数值在5~20,而煤的一般普氏系数数值 在1~4。当普氏系数f = 3且采煤机正常工作（即采煤机对煤层进行开采)时，牵引电流最大 值(即I#)为60A;截割部电机电流为80A左右，即I sQ= IxQ = 80A。
[0112] 本实施例中，为使诊断结果更加准确，采用所述的IsQ、IxQ和IqM均采用实际测试的 方式进行确定。
[0113] 本实施例中，步骤二中采用所述采煤机对所述待开采煤层中位于最后侧的工作面 进行开采过程中，先采用两个所述截割电流检测单元1-3对当前工作面的煤层开采过程中 两个所述截割电机的工作电流分别进行检测，并采用牵引电流检测单元1-4对当前工作面 的煤层开采过程中所述牵引工作电机的工作电流进行检测，且通过控制器1-5将所检测的 电流值均同步传送至上位监控机2;所述上位监控机2将此时所接收电流值中所述上滚筒截 害J电流检测单元所检测的电流值作为电流值I sQ，将此时所接收电流值中所述下滚筒截割电 流检测单元所检测的电流值作为电流值1x0,并将此时所接收电流值中所述牵引工作电机的 工作电流最大值作为工作电流最大值I#。
[0114] 其中，当前工作面的煤层开采过程中是指采用所述采煤机对当前工作面的煤层进 行开采，并非对顶板、底板或断层进行开采，此时所述采煤机处于正常工作状态。
[0115] 本实施例中，步骤3025中完成截割工况进一步诊断后，还需进行截割工况细化诊 断；
[0116]其中，当步骤3025中诊断得出此时所述采煤机的截割工况为截割到顶板和/或底 板时，还需根据步骤3021中两个所述截割滚筒的截割状态判断结果进行截割工况细化诊 断：当步骤3021中判断得出所述上截割滚筒的截割状态为异常截割状态且所述下截割滚筒 的截割状态为正常截割状态时，诊断为此时所述采煤机截割到顶板；当步骤3021中判断得 出所述下截割滚筒的截割状态为异常截割状态且所述上截割滚筒的截割状态为正常截割 状态时，诊断为此时所述采煤机截割到底板；当步骤3021中判断得出所述上截割滚筒和所 述下截割滚筒的截割状态均为异常截割状态时，诊断为此时所述采煤机截割到顶板和底 板；
[0117]当步骤3024中诊断得出此时所述采煤机的截割工况为截割到断层时，还需根据步 骤3021中两个所述截割滚筒的截割状态判断结果进行截割工况细化诊断：当步骤3021中判 断得出所述上截割滚筒的截割状态为异常截割状态且所述下截割滚筒的截割状态为正常 截割状态时，诊断为此时所述采煤机截割到正断层；当步骤3021中判断得出所述下截割滚 筒的截割状态为异常截割状态且所述上截割滚筒的截割状态为正常截割状态时，诊断为此 时所述采煤机截割到逆断层。
[0118]本实施例中，步骤304中对所述采煤机的所述上截割滚筒和/或所述下截割滚筒的 截割高度分别进行调整时，根据步骤302中得出的截割工况细化诊断结果进行调整：当诊断 得出此时所述采煤机截割到底板时，通过控制器1-5控制所述摇臂调高液压系统对所述下 截割滚筒的截割高度进行向上调整，直至所述下截割滚筒移至所述底板上方；当诊断得出 此时所述采煤机截割到顶板时，通过控制器1-5控制所述摇臂调高液压系统对所述上截割 滚筒的截割高度进行向下调整，直至所述下截割滚筒移至所述顶板下方；当诊断得出此时 所述采煤机截割到顶板和底板时，通过控制器1-5控制所述摇臂调高液压系统对所述上截 割滚筒的截割高度进行向下调整并对所述下截割滚筒的截割高度进行向上调整，直至所述 下截割滚筒移至所述底板上方且所述下截割滚筒移至所述底板上方；当诊断得出此时所述 采煤机截割到正断层时，通过控制器1-5控制所述摇臂调高液压系统对所述上截割滚筒与 所述下截割滚筒的截割高度分别进行向上调整；当诊断得出此时所述采煤机截割到逆断层 时，通过控制器1-5控制所述摇臂调高液压系统对所述上截割滚筒与所述下截割滚筒的截 割高度分别进行向下调整。
[0119] 其中，对所述上截割滚筒或所述下截割滚筒的截割高度进行向上调整时，通过一 次或由前至后分多次进行调整，每次向上调整的高度为4cm~8cm。对所述上截割滚筒或所 述下截割滚筒的截割高度进行向下调整时，通过一次或由前至后分多次进行调整，每次向 下调整的高度为4cm~8cm〇
[0120] 当诊断得出此时所述采煤机截割到正断层时，通过控制器1-5控制所述摇臂调高 液压系统对所述上截割滚筒与所述下截割滚筒的截割高度同步进行向上调整，并且所述上 截割滚筒与所述下截割滚筒的截割高度向上调整的调整量相同，直至所述上截割滚筒位于 顶板下方且所述下截割滚筒位于底板上方。
[0121] 当诊断得出此时所述采煤机截割到逆断层时，通过控制器1-5控制所述摇臂调高 液压系统对所述上截割滚筒与所述下截割滚筒的截割高度分别进行向下调整，并且所述上 截割滚筒与所述下截割滚筒的截割高度向下调整的调整量相同，直至所述上截割滚筒位于 顶板下方且所述下截割滚筒位于底板上方。
[0122] 其中，断层形成后，上盘相对下降，下盘相对上升的断层称正断层。而上盘相对上 升，下盘相对下降的断层称逆断层
[0123] 本实施例中，所述控制器1-5与上位监控机2之间通过CAN总线进行双向通信。
[0124] 实际使用时，所述控制器1-5与上位监控机2之间也可以采用其它类型的无线通信 方式。
[0125] 本实施例中，所述声音强度检测单元与控制器1-5之间以无线通信方式进行通信。
[0126] 本实施例中，步骤一中所述采煤机开采工况监控系统还包括对所述采煤机中所述 截割滚筒截割煤壁的声音进行实时采集的录音单元1-7,所述录音单元1-7与控制器1-5连 接；
[0127] 步骤305中对此时所述采煤机的开采工况进行模拟时，采用由上位监控机2进行控 制的语音播放器5对录音单元1 -7所采集的声音进行同步播放。
[0128] 本实施例中，步骤一中所述下位监控装置1还包括对所述采煤机的牵引速度进行 实时检测的牵引速度检测单元1-6,所述牵引速度检测单元1-6与上位监控机2连接；
[0129] 步骤301中进行采煤机截割电流与牵引电流检测及同步上传时，还需采用牵引速 度检测单元1-6对所述采煤机的牵引速度进行实时检测，并通过控制器1-5将牵引速度检测 单元1-6所检测信息同步传送至上位监控机2。
[0130] 同时，所述下位监控装置1还包括对所述采煤机中所述上截割滚筒的截割高度进 行实时检测的上截割滚筒截割高度检测单元和对所述下截割滚筒的截割高度进行实时检 测的下截割滚筒截割高度检测单元，所述上截割滚筒截割高度检测单元和所述下截割滚筒 截割高度检测单元均与控制器1-5连接。并且，所述上截割滚筒的截割高度为所述上截割滚 筒的中心轴线距采煤机机身底部的高度，所述下截割滚筒的截割高度为所述下截割滚筒的 中心轴线距采煤机机身底部的高度。
[0131] 因而，实际使用过程中，通过上位监控机2对所述上截割滚筒截割高度检测单元和 所述下截割滚筒截割高度检测单元所检测信息进行同步显示。
[0132] 本实施例中，步骤一中所述采煤机运行姿态检测单元1-2包括对所述采煤机机身 与工作面长度方向之间的夹角进行实时检测的第一角度检测单元、对所述采煤机机身与工 作面推进方向之间的夹角进行实时检测的第二角度检测单元和对两个所述摇臂与所述工 作面之间的夹角分别进行实时检测的第三角度检测单元，所述第一角度检测单元、所述第 二角度检测单元和所述第三角度检测单元均与控制器1-5连接；
[0133] 步骤305中对此时所述采煤机的开采工况进行模拟时，采用上位监控机2对牵引速 度检测单元1-6所检测信息进行同步显示。
[0134] 实际使用过程中，通过上位监控机2对采煤机运行姿态检测单元1-2、采煤机位置 检测单元1-1、两个所述截割电流检测单元1-3、所述牵引电流检测单元1-4和多个所述声音 强度检测单元所检测信息进行同步显示。并且，通过上位监控机2对步骤302中的截割工况 诊断结果进行同步显示。
[0135] 本实施例中，步骤二中采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采 时，采用步骤一中所述采煤机开采工况监控系统进行采煤机自动调高控制后，均采用上位 监控机2对当前开采位置所述采煤机中两个所述截割滚筒的截割高度进行记录;待当前工 作面开采完成后，根据所记录的当前工作面开采过程中各开采位置所述采煤机中两个所述 截割滚筒的截割高度信息，采用上位监控机2得出当前工作面开采过程中所述采煤机中两 个所述截割滚筒的截割轨迹。
[0136] 并且，通过上位监控机2对所得出的当前工作面开采过程中所述采煤机中两个所 述截割滚筒的截割轨迹分别进行同步显示。
[0137] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于，该方法包括W下步骤： 步骤一、采煤机开采工况监控系统搭建:对待开采煤层进行开采之前，先搭建采煤机开 采工况监控系统； 所述采煤机开采工况监控系统包括声音强度检测装置(3)、安装在采煤机上的下位监 控装置（1)和布设在上位监控室内的上位监控机(2)，所述声音强度检测装置(3)包括多个 沿工作面长度方向由左至右布设的声音强度检测单元，多个所述声音强度检测单元均布设 在工作面支架上，所述下位监控装置(1)与上位监控机(2)进行双向通信； 所述采煤机为双滚筒采煤机，所述双滚筒采煤机包括采煤机机身、两个分别安装在所 述采煤机机身左右两侧的截割部、两个分别安装在所述采煤机机身左右两侧的行走机构和 两个分别对两个所述行走机构进行牵引的牵引部;每个所述截割部均包括较接在所述采煤 机机身上的摇臂、安装在所述摇臂前端的截割滚筒和对所述截割滚筒进行驱动的截割电 机，所述截割电机与所述截割滚筒进行传动连接;两个所述截割部的截割滚筒分别为上截 割滚筒和位于所述上截割滚筒下方的下截割滚筒;每个所述牵引部均包括一个牵引电机， 所述牵引电机与其所牵引的行走机构进行传动连接； 所述下位监控装置（1)包括对所述采煤机的位置进行实时检测的采煤机位置检测单元 (1-1 )、对所述采煤机的运行姿态进行实时检测的采煤机运行姿态检测单元（1-2)、两个分 别对两个所述截割电机的工作电流进行实时检测的截割电流检测单元（1-3)、两个分别对 两个所述牵引电机的工作电流进行实时检测的牵引电流检测单元(1-4) W及安装在所述采 煤机机身内的电气控制系统和摇臂调高液压系统，所述电气控制系统包括控制器(1-5)，所 述摇臂调高液压系统由控制器（1-5)进行控制且其与控制器（1-5)连接，所述控制器（1-5) 与上位监控机(2)进行双向通信;所述采煤机位置检测单元（1-1)、采煤机运行姿态检测单 元（1-2)、两个所述截割电流检测单元（1-3)和两个所述牵引电流检测单元（1-4)均与控制 器（1-5)连接，多个所述声音强度检测单元均与控制器（1-5)进行通信;两个所述截割电流 检测单元（1-3)分别为对所述上截割滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的上滚筒截 割电流检测单元和对所述下截割滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的下滚筒截割 电流检测单元； 步骤二、Ξ维建模:采用上位监控机（2)且调用Ξ维仿真软件，分别建立所述待开采煤 层的Ξ维模型和所述采煤机的Ξ维模型； 步骤Ξ、煤层开采与开采过程同步模拟:采用所述采煤机沿工作面推进方向由后向前 对所述待开采煤层进行开采； 对所述待开采煤层的任一个工作面进行开采过程中，均采用所述采煤机沿工作面长度 方向由后向前对当前工作面进行开采;并且，采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采 位置进行开采时，均采用步骤一中所述采煤机开采工况监控系统对采煤机的实际开采工况 进行自动监控，并采用所述上位监控机(2)对此时采煤机的开采工况进行同步模拟； 采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下： 步骤301、采煤机实际开采工况信息检测及同步上传:采用采煤机位置检测单元（1-1) 和采煤机运行姿态检测单元（1-2)分别对此时所述采煤机的位置和运行姿态进行实时检 巧。，并通过控制器(1-5)将所检测信息均同步传送至上位监控机(2);同时，采用两个所述截 割电流检测单元（1-3)分别对当前开采位置开采过程中两个所述截割电机的工作电流进行 实时检测，采用牵引电流检测单元（1-4)对当前工作面开采过程中牵引工作电机的工作电 流进行实时检测，并通过控制器（1-5)将所检测的电流值均同步传送至上位监控机(2);并 且，采用声音强度检测装置(3)对当前工作面开采过程中的声音强度进行实时检测，并通过 控制器(1-5)将所检测的声音强度值均同步传送至上位监控机(2); 所述牵引工作电机为两个所述牵引电机中牵引所述采煤机沿当前工作面的长度方向 由后向前移动的牵引电机； 步骤302、截割工况诊断：采用上位监控机(2)对当前开采位置所述采煤机的截割工况 进行诊断，过程如下： 步骤3021、截割电流分析及截割状态判断：调用截割电流比较模块，对步骤301中两个 所述截割电流检测单元（1-3)所检测的电流值分别进行分析，并根据分析结果对两个所述 截割滚筒的截割状态分别进行判断； 其中，调用所述截割电流比较模块对所述上滚筒截割电流检测单元所检测的电流值Is 进行分析时，将电流值Is与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述上截割滚筒的截割 电机的工作电流值IsO进行比较，并根据比较结果，对此时所述上截割滚筒是否处于异常截 割状态进行判断：当Is >IsG且时，判断为此时所述上截割滚筒处于异常截割状 态；否则，判断为此时所述上截割滚筒处于正常截割状态;其中，CJ为预先设定的截割电流 变化判断阔值且cj = 0.5~1; 调用所述截割电流比较模块对所述下滚筒截割电流检测单元所检测的电流值Ιχ进行分 析时，将电流值Ιχ与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述下截割滚筒的截割电机的 工作电流值1x0进行比较，并根据比较结果，对此时所述下截割滚筒是否处于异常截割状态 进行判断：当Ιχ> 1x0且时，判断为此时所述下截割滚筒处于异常截割状态；否 贝1J，判断为此时所述下截割滚筒处于正常截割状态； 步骤3022、截割工况初步诊断:根据步骤3021中两个所述截割滚筒的截割状态判断结 果，对当前开采位置所述采煤机的工况进行初步诊断：当步骤3021中判断得出两个所述截 割滚筒均处于正常截割状态时，诊断为此时所述采煤机的截割工况为正常截割状态，进入 步骤303;否则，进入步骤3023; 步骤3023、牵引电流分析及牵引状态判断：调用牵引电流比较模块，对步骤301中所述 牵引电流检测单元（1-4)所检测的电流值Iq与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述 下截割滚筒牵引工作电机的工作电流最大值IqM进行比较，并根据比较结果对所述采煤机的 牵引状态进行判断：当Iq>IqM卫巧，判断为此时所述采煤机处于异常牵引状 态；否则，判断为此时所述采煤机处于正常牵引状态;其中，CQ为预先设定的牵引电流变化 判断阔值且cq = 0.2; 步骤3024、声音强度分析及声音异常判断：根据步骤301中所述声音强度检测装置(3) 所检测的声音强度值，对当前开采位置是否出现声音异常进行诊断：当声音强度检测装置 (3)中多个所述声音强度检测单元所检测的声音强度值均小于Υο时，判断为此时未出现声 音异常，且诊断为此时所述采煤机的截割工况为正常截割状态，进入步骤303;否则，判断为 此时出现声音异常，进入步骤3025;其中，Υ〇 = 80地~120地； 步骤3025、截割工况进一步诊断:根据步骤3023中所述采煤机的牵引状态判断结果，并 结合步骤3024中得出的声音异常判断结果，对当前开采位置所述采煤机的截割工况进行进 一步诊断：当步骤3023中所述采煤机的牵引状态判断结果为此时所述采煤机处于异常牵引 状态且步骤3024中得出的声音异常判断结果为此时出现声音异常时，诊断为此时所述采煤 机的截割工况为截割到顶板和/或底板;否则，当步骤3023中所述采煤机的牵引状态判断结 果为此时所述采煤机处于正常牵引状态且步骤3024中得出的声音异常判断结果为此时出 现声音异常时，诊断为此时所述采煤机的截割工况为截割到断层； 步骤303、采煤机调高判断:采用上位监控机(2)且根据步骤302中得出的截割工况诊断 结果，判断是否需对当前开采位置所述采煤机的截割高度进行调整：当步骤302中得出此时 所述采煤机的截割工况为正常截割状态时，判断为无需对所述采煤机的截割高度进行调 整；否则，当步骤302中得出此时所述采煤机的截割工况为截割到断层或者截割到顶板和/ 或底板时，判断为需对所述采煤机的截割高度进行调整，进入步骤304; 步骤304、采煤机截割高度调整:根据步骤302中得出的截割工况诊断结果，采用上位监 控机(2)对控制器（1-5)进行控制，并通过控制器（1-5)控制所述摇臂调高液压系统对所述 采煤机的所述上截割滚筒和/或所述下截割滚筒的截割高度分别进行调整。 步骤305、采煤机开采工况同步模拟:根据步骤304中的采煤机截割高度调整结果，并结 合步骤301中所述采煤机位置检测单元（1-1)和采煤机运行姿态检测单元（1-2)所检测信 息，所述上位监控机(2)调用所述Ξ维仿真软件且利用步骤二中所建立的所述待开采煤层 的Ξ维模型和所述采煤机的Ξ维模型，对此时所述采煤机的开采工况进行模拟。2. 按照权利要求1所述的基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于:步骤 一中多个所述声音强度检测单元呈均匀布设。3. 按照权利要求1或2所述的基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于： 步骤301中通过控制器（1-5)将采煤机位置检测单元（1-1)和采煤机运行姿态检测单元（1- 2)所检测信息、两个所述截割电流检测单元（1-3)所检测电流值、牵引电流检测单元（1-4) 所检测电流值和声音强度检测装置(3)所检测的声音强度值均同步传送至上位监控机(2) 时，所述上位监控机(2)调用数据采集模块且按照预先设定的采样频率fo对采煤机位置检 测单元(1-1)、采煤机运行姿态检测单元(1-2)、牵引电流检测单元(1-4)和两个所述截割电 流检测单元（1-3)所检测信息同步进行采集，并将所采集信息同步传送至上位监控机(2); 其中，fo = 2Hz ~4Hz; 步骤3024中判断为此时出现声音异常时，所述上位监控机(2)还需调用声音异常持续 判断模块对此后连续N个采样时刻所述声音强度检测装置(3)所检测的声音强度值分别进 行分析，并根据分析结果得出此时的声音异常诊断结果：当此后连续N个采样时刻所述声音 强度检测装置(3)所检测的声音强度最大值均不小于Υο时，得出此时的声音异常诊断结果 为此时出现声音异常，进入步骤3025;否则，得出此时的声音异常诊断结果为此时未出现声 音异常，且诊断为所述采煤机的截割工况为正常截割状态，进入步骤303; 其中Ν为正整数且Ν=12~80，时的取值越大，Ν的取值越大;任一个采样时刻所述声音强 度检测装置(3)所检测的声音强度最大值为该采样时刻多个所述声音强度检测单元所检测 声音强度值的最大值。4. 按照权利要求1或2所述的基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于： 步骤二中采用所述采煤机对所述待开采煤层中位于最后侧的工作面进行开采过程中，先采 用两个所述截割电流检测单元（1-3)对当前工作面的煤层开采过程中两个所述截割电机的 工作电流分别进行检测，并采用牵引电流检测单元（1-4)对当前工作面的煤层开采过程中 所述牵引工作电机的工作电流进行检测，且通过控制器（1-5)将所检测的电流值均同步传 送至上位监控机(2);所述上位监控机(2)将此时所接收电流值中所述上滚筒截割电流检测 单元所检测的电流值作为电流值IsO,将此时所接收电流值中所述下滚筒截割电流检测单元 所检测的电流值作为电流值1x0,并将此时所接收电流值中所述牵引工作电机的工作电流最 大值作为工作电流最大值IqM。5. 按照权利要求1或2所述的基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于： 步骤3025中完成截割工况进一步诊断后，还需进行截割工况细化诊断； 其中，当步骤3025中诊断得出此时所述采煤机的截割工况为截割到顶板和/或底板时， 还需根据步骤3021中两个所述截割滚筒的截割状态判断结果进行截割工况细化诊断：当步 骤3021中判断得出所述上截割滚筒的截割状态为异常截割状态且所述下截割滚筒的截割 状态为正常截割状态时，诊断为此时所述采煤机截割到顶板；当步骤3021中判断得出所述 下截割滚筒的截割状态为异常截割状态且所述上截割滚筒的截割状态为正常截割状态时， 诊断为此时所述采煤机截割到底板;当步骤3021中判断得出所述上截割滚筒和所述下截割 滚筒的截割状态均为异常截割状态时，诊断为此时所述采煤机截割到顶板和底板； 当步骤3024中诊断得出此时所述采煤机的截割工况为截割到断层时，还需根据步骤 3021中两个所述截割滚筒的截割状态判断结果进行截割工况细化诊断：当步骤3021中判断 得出所述上截割滚筒的截割状态为异常截割状态且所述下截割滚筒的截割状态为正常截 割状态时，诊断为此时所述采煤机截割到正断层；当步骤3021中判断得出所述下截割滚筒 的截割状态为异常截割状态且所述上截割滚筒的截割状态为正常截割状态时，诊断为此时 所述采煤机截割到逆断层。6. 按照权利要求5所述的基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于:步骤 304中对所述采煤机的所述上截割滚筒和/或所述下截割滚筒的截割高度分别进行调整时， 根据步骤302中得出的截割工况细化诊断结果进行调整：当诊断得出此时所述采煤机截割 到底板时，通过控制器（1-5)控制所述摇臂调高液压系统对所述下截割滚筒的截割高度进 行向上调整，直至所述下截割滚筒移至所述底板上方；当诊断得出此时所述采煤机截割到 顶板时，通过控制器（1-5)控制所述摇臂调高液压系统对所述上截割滚筒的截割高度进行 向下调整，直至所述下截割滚筒移至所述顶板下方；当诊断得出此时所述采煤机截割到顶 板和底板时，通过控制器（1-5)控制所述摇臂调高液压系统对所述上截割滚筒的截割高度 进行向下调整并对所述下截割滚筒的截割高度进行向上调整，直至所述下截割滚筒移至所 述底板上方且所述下截割滚筒移至所述底板上方;当诊断得出此时所述采煤机截割到正断 层时，通过控制器（1-5)控制所述摇臂调高液压系统对所述上截割滚筒与所述下截割滚筒 的截割高度分别进行向上调整；当诊断得出此时所述采煤机截割到逆断层时，通过控制器 (1-5)控制所述摇臂调高液压系统对所述上截割滚筒与所述下截割滚筒的截割高度分别进 行向下调整。7. 按照权利要求1或2所述的基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于： 步骤一中所述采煤机开采工况监控系统还包括对所述采煤机中所述截割滚筒截割煤壁的 声音进行实时采集的录音单元(1-7)，所述录音单元(1-7)与控制器(1-5)连接； 步骤305中对此时所述采煤机的开采工况进行模拟时，采用由上位监控机(2)进行控制 的语音播放器(5)对录音单元(1-7)所采集的声音进行同步播放。8. 按照权利要求1或2所述的基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于： 步骤一中所述下位监控装置(1)还包括对所述采煤机的牵引速度进行实时检测的牵引速度 检测单元(1-6)，所述牵引速度检测单元(1-6)与上位监控机(2)连接； 步骤301中进行采煤机截割电流与牵引电流检测及同步上传时，还需采用牵引速度检 测单元(1-6)对所述采煤机的牵引速度进行实时检测，并通过控制器（1-5)将牵引速度检测 单元(1-6)所检测信息同步传送至上位监控机(2)。9. 按照权利要求1或2所述的基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于： 步骤一中所述采煤机运行姿态检测单元（1-2)包括对所述采煤机机身与工作面长度方向之 间的夹角进行实时检测的第一角度检测单元、对所述采煤机机身与工作面推进方向之间的 夹角进行实时检测的第二角度检测单元和对两个所述摇臂与所述工作面之间的夹角分别 进行实时检测的第Ξ角度检测单元，所述第一角度检测单元、所述第二角度检测单元和所 述第Ξ角度检测单元均与控制器(1-5)连接； 步骤305中对此时所述采煤机的开采工况进行模拟时，采用上位监控机(2)对牵引速度 检测单元(1-6)所检测信息进行同步显示。10. 按照权利要求1或2所述的基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于： 步骤二中采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，采用步骤一中所述 采煤机开采工况监控系统进行采煤机自动调高控制后，均采用上位监控机(2)对当前开采 位置所述采煤机中两个所述截割滚筒的截割高度进行记录;待当前工作面开采完成后，根 据所记录的当前工作面开采过程中各开采位置所述采煤机中两个所述截割滚筒的截割高 度信息，采用上位监控机(2)得出当前工作面开采过程中所述采煤机中两个所述截割滚筒 的截割轨迹。
【文档编号】E21C35/24GK106089203SQ201610702234
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月22日
【发明人】张旭辉, 毛清华, 马宏伟, 南源桐, 董刚, 杜昱阳, 高百战
【申请人】西安科技大学