一种煤矿采煤工艺虚拟仿真实验教学仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型的目的在于提供一种煤矿采煤工艺虚拟仿真实验教学仪，它是一种利用虚拟现实技术和信息技术，以虚实结合、多人协同操作方式实现煤矿综合机械化采煤工艺过程中各工序的仿真实验，改变了煤矿开采相关专业实验教学，尤其是采煤工艺实验教学以说教、讲述为主的局面，填补了实验教学方面的空白，能够极大的提高受训人员的参与程度，教学效果良好。
【专利说明】一种煤矿采煤工艺虚拟仿真实验教学仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属于煤炭院校采矿工程专业的教学实验领域，尤其涉及一种利用虚拟现实技术和信息技术，以虚实结合方式展现煤矿综合机械化采煤工艺过程中各工序的仿真实验。
【背景技术】
[0002]目前采矿工程专业学生生产实习时，由于害怕、好奇、安全等种种原因，在井下仅仅是走马观花地看一遍静止的采煤机械设备，不能亲眼目睹采煤工艺生产全过程，体会不到采煤工艺中破煤、装煤、运煤支护之间的时间和空间位置关系；又由于操作采煤设备产生高能耗，且存在安全隐患，绝不可能允许学生参与操作采煤机械设备，实习效果大打折扣。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种煤矿综合机械化采煤工艺虚拟仿真实验教学仪，通过多位学生协同操作真实设备的不同按钮，并在各自的视景屏中显示采煤设备的不同动作，虚拟地在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序，如采煤机进刀、割煤工作、支架前移、刮板输送机移动等，以此让学生们亲自动手操作，实现整个综合机械化采煤工艺过程的虚拟仿真实验，加深学生对采煤工作面生产工序相互配合的理解。
[0004]该煤矿采煤工艺虚拟仿真实验教学仪的结构包括:采煤机司机操作台及其操作按钮、三台支架工操作台及其操纵杆和操作按钮、辅助设备操作台及其控制按钮、高清投影仪、采煤机状态液晶显示屏两个、采煤机机身仪表显示屏两个、液压支架状态液晶显示屏三个、辅助设备显示屏、电路板、单片机、服务器，以及其他辅助设备；其中，所述采煤机司机操作台、三台支架工操作台、辅助设备操作台均内置单片机，通过通讯线路与服务器连接，实现了多设备联合、协同模拟操作；所有操作台上均布置有相关设备的操作手柄、控制按钮，所有操作手柄和控制按钮均与其操作台内置单片机连接；采煤机操作台上安装有采煤机状态模拟显示屏，实时显示采煤机运行速度、截割速度、机身温度等状态参数；支架操作台上安装有支架状态模拟显示屏，实时显示支架阻力、支撑高度等状态参数；辅助设备操作台上安装有乳化液泵站、破碎机、皮带输送机、转载机、刮板输送机等状态参数显示屏，实时显示相关设备开停状态。
[0005]该煤矿综合机械化采煤工艺虚拟仿真实验教学仪的采煤机司机操作台，可以由两位采煤机司机分别操作左、右滚筒的启动、升降、割煤，以及采煤机启动，行走等基本操作，也可通过配合展现不同的进刀方式和割煤方式等，以上操作均可在采煤机操作台的视景屏上同步显示；三台支架工操作台可以由三位支架工分别操作，完成采煤机割煤前方的护帮板收起、割煤后方的护帮板放下、支架割煤后及时支护、推移刮板输送机等，以上操作均可分别在三台液压支架操作台的视景屏上同步显示；辅助设备操作台可以由一位工人代替操作，启动停止乳化液泵、启动停止皮带机、启动停止转载机、启动停止刮板输送机和启动停止工作面破碎机，以上操作均可在辅助设备操作台的视景屏上同步显示。通过六人的共同操作，实现综合机械化采煤工艺的全过程，并可在投影仪上同步整体显示。
[0006]该煤矿综合机械化采煤工艺虚拟仿真实验教学仪比真实采煤设备结构简单、占用空间小，但是却能够通过真实的控制操作展现采煤工艺全过程。在虚拟仿真实验时，不仅消除了下井实习参观采煤工作面的危险，而且避免了操作井下采煤设备的能耗，符合国家提倡的“绿色开采”的技术方针。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]通过参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例，本实用新型的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中:
[0008]图1是本实用新型提供的煤矿综合机械化采煤工艺虚拟仿真实验教学仪的结构框图；
[0009]图2是本实用新型提供的煤矿综合机械化采煤工艺虚拟仿真实验教学仪的结构示意图；
[0010]图3是本实用新型提供的采煤机司机操作台的结构示意图；
[0011]图4是本实用新型提供的液压支架操纵台的结构示意图；
[0012]图5是本实用新型提供的液压支架操纵杆的结构示意图；
[0013]图6是本实用新型提供的辅助设备操作台的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，本例详细介绍一种综合机械化采煤工艺虚拟仿真的操作全过程，其割煤方式为双向割煤、往返两刀，进刀方式为工作面端部斜切进刀，移架方式为单架依次顺序式，工序配合方式为及时支护方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0015]图2中:1、米煤机司机操作台；1-1、米煤机左滚筒操作台；1-1-1米煤机启动按钮；1-1-2、米煤机停止按钮；1-1-3米煤机左行按钮；1-1-4、米煤机左启按钮；1-1-5、米煤机右行按钮；1-1-6、米煤机破启按钮；1-1-7、米煤机牵停按钮；1-1-8、米煤机运闭按钮；1-1-9、米煤机左臂升降按钮；1-1-10、米煤机破升按钮；1-1-11、米煤机破降按钮；1_1_12、米煤机先导按钮；1-2、米煤机右滚筒操作台米煤机启动按钮；1-2_2、米煤机停止按钮；1-2-3米煤机左行按钮；1-2-4、米煤机右启按钮；1-2-5、米煤机右行按钮；1_2_6、米煤机破启按钮；1-2_7、米煤机牵停按钮；1-2_8、米煤机运闭按钮；1-2_9、米煤机右臂升降按钮；1-2-10、采煤机破升按钮；1-2-11、采煤机破降按钮；1-2-12、采煤机先导按钮；1_3、第一仪表屏模块；1-4、第二仪表屏模块；1_5、米煤机主要操作按钮；1_5_1、米煤机启动按钮；1_5_2、米煤机停止按钮；1-5-3、米煤机急停按钮；1-5-4、米煤机左尚合按钮；1_5_5、米煤机右尚合按钮；1-5_6、米煤机左隔尚按钮；1-5_7、米煤机右隔尚按钮；1-5_8、米煤机备用按钮。2、支架工操作台I ;2-1、液压支架端显示屏I (第三视景屏幕)；2-2、液压支架切换按钮；2_3、液压支架操纵杆；2-3-1、液压支架立柱升降操作手柄；2-3-2、液压支架顶板调平操作手柄；2-3-3、液压支架推溜操作手柄；2-3-4、液压支架避帮操作手柄；2-3-5、液压支架前侧护操作手柄；2-3-6、液压支架后侧护操作手柄；2-3-7、液压支架液压开关操作手柄；2-3-8、备用操作手柄。3、支架工操作台II ;3-1、液压支架端显示屏II (第四视景屏幕)；3-2、液压支架切换按钮；3-3、液压支架操纵杆；3-3-1、液压支架立柱升降操作手柄；
3-3-2、液压支架顶板调平操作手柄；3-3-3、液压支架推溜操作手柄；3-3-4、液压支架避帮操作手柄；3-3-5、液压支架前侧护操作手柄；3-3-6、液压支架后侧护操作手柄；3-3-7、液压支架液压开关操作手柄；3-3-8、备用操作手柄。4、支架工操作台III ;4-1、液压支架端显示屏III (第五视景屏幕)；4-2、液压支架切换按钮；4-3、液压支架操纵杆；4-3-1、液压支架立柱升降操作手柄；4-3-2、液压支架顶板调平操作手柄；4-3-4、液压支架推溜操作手柄；4-3-4、液压支架避帮操作手柄；4-3-5、液压支架前侧护操作手柄；4-3-6、液压支架后侧护操作手柄；4-3-7、液压支架液压开关操作手柄；4-3-8、备用操作手柄。5、刮板输送机与辅助设备操作台；5_1刮板输送机开启按钮；5-2刮板输送机停止按钮；5-3转载机开启按钮；5-4转载机停止按钮；5-5皮带机开启按钮；5-6皮带机停止按钮；5-7乳化液泵开启按钮；5-8乳化液泵停止按钮；5-9工作面破碎机启动按钮；5-10工作面破碎机停止按钮；5-11设备视角切换按钮。6、高清投影仪。7、第一视景屏模块。8、第二视景屏模块。9、第三视景屏模块。10、第四视景屏模块。11、第五视景屏模块。12、第六视景屏模块。
[0016]主控机的配置:CPU主频彡3.5G、内存彡3G、硬盘彡3006，主板支持8个COM端口，配置独立显卡，显存彡1G，显卡芯片NVIDIA，显存位宽:356Bit，显卡接口，VGA或DVI ;主板PCI I/O插槽可扩展到8个，支持PC1-X转接。
[0017]计算机操作系统:Windows XP正版操作系统；
[0018]供电电源:电压330V ;功率:350?350w ；
[0019]图3中，米煤机司机操作台:1-1、米煤机左滚筒操作台；1-1-1米煤机启动按钮；1-1-2、米煤机停止按钮；1-1-3、米煤机左行按钮；1-1-4、米煤机左启按钮；1_1_5、米煤机右行按钮；1-1-6、米煤机破启按钮；1-1-7、米煤机牵停按钮；1-1-8、米煤机运闭按钮；1-1-9、米煤机左臂升降按钮；1-1-10、米煤机破升按钮；1-1-11、米煤机破降按钮；1_1_12、米煤机先导按钮；1-2、米煤机右滚筒操作台米煤机启动按钮；1-2_2、米煤机停止按钮；1-2-3米煤机左行按钮；1-2-4、米煤机右启按钮；1-2-5、米煤机右行按钮；1_2_6、米煤机破启按钮；1-2_7、米煤机牵停按钮；1-2_8、米煤机运闭按钮；1-2_9、米煤机右臂升降按钮；1-2_10、米煤机破升按钮；1-2_11、米煤机破降按钮；1-2_12、米煤机先导按钮；1_3、第一仪表屏模块；1-4、第二仪表屏模块；1_5、米煤机主要操作按钮；1_5_1、米煤机启动按钮；
1-5-2、米煤机停止按钮；1-5-3、米煤机急停按钮；1-5-4、米煤机左尚合按钮；1-5-5、米煤机右尚合按钮；1-5_6、米煤机左隔尚按钮；1-5_7、米煤机右隔尚按钮；1-5_8、米煤机备用按钮；
[0020]图4、5中:支架工操作台1、(I1、III):2_1、液压支架端显示屏I (第三视景屏幕)；2-2、液压支架切换按钮；2-3、液压支架操纵杆；2-3-1、液压支架立柱升降操作手柄；
2-3-2、液压支架顶板调平操作手柄；2-3-3、液压支架推溜操作手柄；2-3-4、液压支架避帮操作手柄；2-3-5、液压支架前侧护操作手柄；2-3-6、液压支架后侧护操作手柄；2-3-7、液压支架液压开关操作手柄；2-3-8、备用操作手柄；
[0021]图6中:刮板输送机与辅助设备操作台:5_1刮板输送机开启按钮；5_2刮板输送机停止按钮；5_3转载机开启按钮；5-4转载机停止按钮；5-5皮带机开启按钮；5-6皮带机停止按钮；5-7乳化液泵开启按钮；5-8乳化液泵停止按钮；5-9工作面破碎机启动按钮；5-10工作面破碎机停止按钮；5-11设备视角切换按钮；
[0022]具体实验操作演示需要六人，分别以采煤机左滚筒司机A、采煤机右滚筒司机B、支架工C、支架工D、支架工E、辅助工F表示。采煤机司机A控制采煤机司机操作台I左滚筒操作按钮部分、采煤机司机B控制采煤机司机操作台I右滚筒操作按钮部分、支架工C控制支架工操作台2、支架工D控制支架工操作台3、支架工E控制支架工操作台4、辅助工F控制辅助设备操作台5。
[0023]首先展示采煤准备工作，具体操作如下:启动所有设备电源，由辅助工F逐次操纵按钮，启动乳化液泵操作按钮5-7、皮带机操作按钮5-5、转载机操作按钮5-3、刮板输送机操作按钮5-1和工作面破碎机按钮5-9 ;并可以操作设备视角切换按钮5-11 ;切换不同设备工作视角，观察设备工作状态，完成采煤准备工作；
[0024]下一步由采煤机司机A、B启动采煤机，完成进刀工作，并开始上行割煤工作，具体操作如下:米煤机司机A启动米煤机左离合按钮1-5-4,米煤机右离合按钮1-5-5,米煤机左隔尚按钮1_5_6，米煤机右隔尚按钮1-5-7,米煤机启动按钮1-5-1,米煤机左启按钮通过观察第一视景屏模块7，调整左滚筒达到指定位置；与此同时采煤机司机B启动采煤机右臂升降按钮1-3-9，采煤机右启按钮1-3-4，通过观察第二视景屏模块8，调整右滚筒抬起到顶板位置(一般采用前顶后底)；然后采煤机司机A、采煤机司机B分别启动采煤机左、右滚筒左启按钮1-1-4,右启按钮1-3-4,转动滚筒,切割煤壁,并可利用鼠标键盘控制视角大小，并通过第一视景屏模块7，第二视景屏模块8观察采煤机滚筒运行情况；同时采煤机司机B可根据生产需要操作采煤机右行按钮1-3-5，完成采煤机上行割煤过程。如果遇到紧急情况，采煤机司机A可操作采煤机急停按钮1-5-3，紧急停止采煤机；
[0025]与此同时，支架工C、D、E根据采煤机运行情况，操作支架护帮，具体操作如下:主要负责操作采煤机右滚筒之前的支架收帮工作，即在采煤机运行时，操作液压支架切换按钮2-2选定正在运行的采煤机前滚筒之前的支架，然后操作液压支架避帮操作手柄2-3-4，依次收起前五架支架(指从右滚筒起沿煤机运行方向)的护帮板，为采煤机割煤做准备，本操作全过程可在第三视景屏模块9显示，供支架工C观察支架工作状态，并及时调整；同时，负责操作采煤机后滚筒之后的支架护帮工作，即在采煤机割煤之后，操作液压支架切换按钮3-2选定正在运行的采煤机左滚筒之后的支架，然后操作液压支架避帮操作手柄3-3-4，打开支架的护帮板，及时支护煤壁，防止片帮事故发生，本操作全过程可在第四视景屏模块10显示，供支架工D观察支架工作状态，并及时调整。
[0026]进一步，在采煤机运行过后，支架工C、D、E配合采用及时支护方式，有序进行移架工作，本例仅以单架依次顺序式为例，具体操作如下:采煤机过后，支架工C、D、E可以根据工作需要，轮流进行移架工作，满足生产需要，在此仅以支架工E为例，通过操作液压支架切换按钮4-2选定将要操作的支架，然后操作液压支架立柱升降操作手柄4-3-1，降低支架高度，再操作液压支架推溜操作手柄4-3-4，移动支架一个截深距离，再操作液压支架立柱升降操作手柄4-3-1,升起立柱,使该支架支撑顶板,再操作液压支架前侧护操作手柄4-3-5和液压支架后侧护操作手柄4-3-6，使该支架与邻架配合完善，再操作液压支架顶板调平操作手柄4-3-2，使该支架位置调整适当，最后关闭液压支架液压开关操作手柄
4-3-7，完成本支架移动过程，以上全部操作可以在第五视景屏模块11显示，供操作者支架工E观察支架运行情况，并及时调整；
[0027]进一步，滞后采煤机15m左右，由支架工C、D、E共同操作完成推溜工作，具体操作如下:正常情况下，推溜工作由支架工C、D、E单独轮流操作，本例以支架工C为例，首先操作液压支架切换按钮2-2选定滞后采煤机15m左右的一支架，然后操作液压支架推溜操作手柄2-3-3，刮板输送机将在该千斤顶的作用下，向前移动将近一个截深距离，最后关闭液压支架液压开关操作手柄2-3-7，防止误操。本操作全过程可在第三视景屏模块9显示，供支架工C观察该刮板与邻近刮板的位置关系，并及时调整；
[0028]进一步，如遇到特殊情况，如底煤过多，单一推溜无法操作，可以让支架工C、D、E同时操作相邻三台支架，即一次移动三个刮板输送机，操作过程与单个支架工类似，不再赘述。本操作全过程可在第三、四、五视景屏模块9、10、11显示，供支架工C、D、E观察该刮板与邻近刮板的位置关系，并及时调整；
[0029]进一步，采煤机上行割煤至上端头，由采煤机司机A、B调整滚筒位置，开始下行割煤，具体操作如下:采煤机司机A操作采煤机左臂升降按钮1-1-9，抬起左滚筒摇臂，通过观察第一视景屏模块7，调整左滚筒达到顶板位置；与此同时采煤机司机B操作采煤机右臂升降按钮1-3-9，降低右滚筒摇臂，通过观察第二视景屏模块8，调整右滚筒到底板位置；并可利用鼠标键盘控制视角大小，并通过第一视景屏模块7，第二视景屏模块8观察采煤机滚筒运行情况；同时采煤机司机A可根据生产需要操作采煤机左行按钮1-1-3，开始采煤机下行割煤过程。如果遇到紧急情况，采煤机司机A可操作采煤机急停按钮1-5-3 ；
[0030]进一步，下行割煤过程的进刀方式操作，移架方式操作，支护方式操作，推溜操作与上行割煤相似，不再赘述；
[0031]进一步，直到采煤机运行到下端头，停止采煤机，关闭相关设备，本循环工作结束，具体操作如下:采煤机运行到下端头后，首先由采煤机司机A、B分别操作采煤机左启按钮1-1-4、右启按钮1-3-4，停止滚筒运转，然后采煤机司机A操作采煤机左臂升降按钮1-1-9，使左滚筒摇臂降低到底煤上，再依次关闭采煤机停止按钮1-5-2、采煤机左隔离按钮1_5_6，米煤机右隔尚按钮1-5-7,米煤机左尚合按钮1-5-4,米煤机右尚合按钮1_5_5，以上操作可在第一视景屏模块7，第二视景屏模块8显示；最后，由辅助工F逐次操纵按钮关闭工作面破碎机停止按钮5-10，乳化液泵停止按钮5-8，刮板输送机停止按钮5-3，转载机停止按钮5-4和皮带机停止按钮5-6 ;并可以操作设备视角切换按钮5-11 ;切换不同设备工作视角，观察设备工作状态，完成本循环采煤工作；
[0032]本实用新型的操作流程可根据不同矿井制定的采煤工艺具体实施，仿真的操作台实现了煤矿井下真实机械设备的各项主要功能，可实现整个综合机械化采煤工艺过程的虚拟仿真实验。
[0033]以上所述仅为本实用新型的一些基本说明而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种煤矿采煤工艺虚拟仿真实验教学仪，其特征在于，该煤矿采煤工艺虚拟仿真实验教学仪的结构包括:采煤机司机操作台及其操作按钮、三台支架工操作台及其操纵杆和操作按钮、辅助设备操作台及其控制按钮、高清投影仪、采煤机状态液晶显示屏两个、采煤机机身仪表显示屏两个、液压支架状态液晶显示屏三个、辅助设备显示屏、电路板、单片机、服务器，以及其他辅助设备；其中，所述采煤机司机操作台、三台支架工操作台、辅助设备操作台均内置单片机，通过通讯线路与服务器连接，实现了多设备联合、协同模拟操作；所有操作台上均布置有相关设备的操作手柄、控制按钮，所有操作手柄和控制按钮均与其操作台内置单片机连接；采煤机操作台上安装有采煤机状态模拟显示屏，实时显示采煤机运行速度、截割速度、机身温度等状态参数；支架操作台上安装有支架状态模拟显示屏，实时显示支架阻力、支撑高度等状态参数；辅助设备操作台上安装有乳化液泵站、破碎机、皮带输送机、转载机、刮板输送机等状态参数显示屏，实时显示相关设备开停状态。
2.如权利要求1所述的煤矿采煤工艺虚拟仿真实验教学仪，其特征在于，该煤矿采煤工艺虚拟仿真实验教学仪的采煤机司机操作台，可以由两位采煤机司机分别操作左、右滚筒的启动、升降、割煤，以及采煤机启动，行走等基本操作，也可通过配合展现不同的进刀方式和割煤方式等，以上操作均可在采煤机操作台的视景屏上同步显示；三台支架工操作台可以由三位支架工分别操作，完成采煤机割煤前方的护帮板收起、割煤后方的护帮板放下、支架割煤后及时支护、推移刮板输送机等，以上操作均可分别在三台液压支架操作台的视景屏上同步显示；辅助设备操作台可以由一位工人代替操作，启动停止乳化液泵、启动停止皮带机、启动停止转载机、启动停止刮板输送机和启动停止工作面破碎机，以上操作均可在辅助设备操作台的视景屏上同步显示；通过六人的共同操作，实现综合机械化采煤工艺的全过程，并可在投影仪上同步整体显示。
【文档编号】G09B5/02GK203966367SQ201420389851
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】熊祖强, 袁策, 欧阳凯, 韩亚峰 申请人:河南理工大学