一种综采工作面截割路线模型建立方法与流程

1.本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种综采工作面截割路线模型建立方法。


背景技术：

2.综采工作面液压支架的智能化是实现煤矿安全、高效、创新、发展的必由之路，尤其对于地质条件简单、煤层赋存状况良好、煤矿机械化程度水平较高的矿井具有十分显著的优势。考虑到目前智能化工作面对于采煤截割路线判定是基于视频图像采集、煤岩识别与预测模型修正等方法，调高控制主要采用记忆截割方式即通过记录行走齿轮转数或调高油缸行程传感器等获得并绘制采煤机截割曲线。该方法一方面为了提高图像处理精度需进行大量运算，另一方面采煤工作面实际生产过程中粉尘、碎块、片帮等会影响计算的准确性，只能靠模型预测来判断截割路线且容易导致大的截割误差，纠偏能力弱。


技术实现要素：

3.本发明提供一种综采工作面截割路线模型建立方法，用以解决现有的采煤截割路线判定技术存在误差较大和纠偏能力弱的问题。
4.本发明提供一种综采工作面截割路线模型建立方法，包括以下步骤：
5.获取煤矿综采工作面的液压支架的矢量参数，并建立支架群组参数矩阵；
6.结合煤矿综采工作面的工作面参数计算所述液压支架的姿态调整参数，并基于所述姿态调整参数对所述液压支架进行初步形态调整；
7.利用深度学习模型和损失函数对所述参数矩阵进行优化，并根据优化结果对所述液压支架再次进行形态调整；
8.实时根据所述液压支架的形态来调整综采工作面截割路线参数。
9.根据本发明提供一种的综采工作面截割路线模型建立方法，所述获取煤矿综采工作面液压支架的矢量参数包括：
10.获取所述液压支架的位置信息；
11.获取所述液压支架的受力状态；
12.获取所述液压支架的速度信息。
13.根据本发明提供一种的综采工作面截割路线模型建立方法，所述工作面参数包括地质条件、采高变化、推进速度和采掘周期。
14.根据本发明提供一种的综采工作面截割路线模型建立方法，所述损失函数包括：
15.位置损失函数：
16.其中，n表示采集的所述液压支架样本个数；y1为所述液压支架位置损失函数的位置参数目标值；x为单个所述液压支架的位置决策值。
17.根据本发明提供一种的综采工作面截割路线模型建立方法，所述损失函数还包
括：
18.受力损失函数：
19.其中，n表示采集的所述液压支架样本个数；f1为所述液压支架受力损失函数的受力参数目标值；f为单个液压支架的受力决策值。
20.根据本发明提供一种的综采工作面截割路线模型建立方法，所述损失函数还包括：
21.速度损失函数：
22.其中，n表示采集的所述液压支架样本个数；v1为所述液压支架速度损失函数的速度参数目标值；v为单个所述液压支架的速度决策值。
23.根据本发明提供一种的综采工作面截割路线模型建立方法，所述综采工作面截割路线参数包括综采工作面采高、起伏和平直度。
24.根据本发明提供一种的综采工作面截割路线模型建立方法，在执行对液压支架再次进行形态调整时还执行以下步骤：对每组所述液压支架沿工作面倾斜方向的夹角、沿工作面走向方向的移动量和液压支架的架脚位置进行优化。
25.本发明提供的综采工作面截割路线模型建立方法，通过获取单个液压支架的多种矢量参数，对支架群组的参数矩阵进行分析，经深度学习和损失函数纠正，对每组支架多矢量函数进行优化，实时根据支架的形态来调整工作面采高、起伏和平直度，降低不同设备间的不协调性，提高设备间的匹配程度，提高液压支架姿态的可靠度，为采煤机行走及截割路线形成正反馈，降低单个液压支架预测的局限性，而且根据采集的液压支架的矢量参数为分析采场压力，以及对现场工作面液压支架管理和控制带来便利，此外将液压支架群组动态矢量参数进行深度分析能够实现工作面三维精准测量预测。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明提供的综采工作面截割路线模型建立方法的流程示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
29.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而
不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
31.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
33.随着云计算、大数据、5g及人工智能等技术的快速发展与广泛应用，加快了各行业在数字化、自动化、智能化的进程。煤矿采煤工作面对采煤工作面生产过程进行智能识别，可实现自动化、高精度、自动分析与管控，提升煤矿安全生产的预防水平。
34.通过采煤工作面形态智能预测模型来提前规划采煤机、液压支架、刮板运输机的工作行走路线、提升和下降的高度、角度及截深等数据，采煤机完成一次截割，采煤工作面要进行动态更新，由于采煤机在刮板运输机上行走，而刮板运输机又依靠液压支架调整推移动作，液压支架主要用于形成工作面空间、推动采煤机移动、刮板运输机成套设备运动，因此明确和判断液压支架的形态就显得尤为重要。针对以上问题，本发明的综采工作面截割路线模型建立方法，考虑到采煤机与液压支架两者设备之间的依赖性和运行顺序，首先对单个液压支架的多矢量参数采集，进行实时数据筛选分析液压支架的姿态综合参数，建立损失函数与深度学习模型对参数矩阵进行优化，明确液压支架的运行姿态，获得工作面采高、起伏、平直度等综采工作面截割路线参数，建立综采工作面截割路线，形成设备间的正反馈机制。
35.图1示例了一种综采工作面截割路线模型建立方法的流程示意图，如图1所示，
36.本发明提供的综采工作面截割路线模型建立方法包括以下步骤：
37.步骤a1，获取煤矿综采工作面的液压支架的矢量参数，并建立支架群组参数矩阵；
38.步骤a2，结合煤矿综采工作面的工作面参数计算液压支架的姿态调整参数，并对液压支架进行初步形态调整；
39.步骤a3，利用深度学习模型和损失函数对参数矩阵进行优化，并根据优化结果对液压支架再次进行形态调整；
40.步骤a4，实时根据液压支架的形态来调整综采工作面截割路线参数。
41.通过获取单个液压支架的多种矢量参数，对支架群组的参数矩阵进行分析，经深度学习和损失函数纠正，对每组支架多矢量函数进行优化，实时根据支架的形态来调整工作面采高、起伏和平直度，降低不同设备间的不协调性，提高设备间的匹配程度，提高液压支架姿态的可靠度，为采煤机行走及截割路线形成正反馈，降低单个液压支架预测的局限性，而且根据采集的液压支架的矢量参数为分析采场压力，以及对现场工作面液压支架管理和控制带来便利，此外将液压支架群组动态矢量参数进行深度分析能够实现工作面三维精准测量预测。
42.根据本发明的实施例，本实施例中获取煤矿综采工作面液压支架的矢量参数包括获取液压支架的位置信息；获取液压支架的受力状态；获取液压支架的速度信息。位置信息、受力状态和速度信息是液压支架的基础姿态矢量参数，对于上述几种矢量参数的获取为后续判断液压支架的姿态提供依据。支架群组参数矩阵((xz001，fz001，vz001)、(xz002，fz002，vz002)、
……
(xzn，fzn，vzn))的数量与液压支架的数量相同。本实施例中工作面参数包括地质条件、采高变化、推进速度和采掘周期，通过结合煤矿综采工作面的工作面参数对液压支架进行初步形态调整，可提高预测截割路线的准确性。综采工作面截割路线参数包括综采工作面采高、起伏和平直度，综采工作面采高、起伏和平直度是确定截割路线准确性的关键。本发明的综采工作面截割路线模型建立方法通过深度学习模型和损失函数优化建立液压支架姿态模型来确定综采工作面采高、起伏和平直度，能够实时反馈形成采煤机截割路线，主动调整液压支架姿态，降低液压支架与采煤机两设备间的不协调性，提高设备间的匹配程度，为综采工作面采煤机、液压支架提供设备间可靠性高、操作性强、协同性好的目标路线。
43.根据本发明的实施例，损失函数用来评价液压支架姿态的精准性，样本空间为每组液压支架多矢量参数和实时采集液压支架姿态信息。本实施例中损失函数包括位置损失函数、受力损失函数和速度损失函数，位置损失函数如下列公式(1)所示；
[0044][0045]
其中，n表示采集的液压支架样本个数；y1为液压支架位置损失函数的位置参数目标值；x为单个液压支架的位置决策值。
[0046]
受力损失函数如下列公式(2)所示；
[0047][0048]
其中，n表示采集的液压支架样本个数；f1为液压支架受力损失函数的受力参数目标值；f为单个液压支架的受力决策值。
[0049]
速度损失函数如下列公式(3)所示；
[0050][0051]
其中，n表示采集的液压支架样本个数；v1为液压支架速度损失函数的速度参数目标值；v为单个液压支架速度决策值。
[0052]
损失函数越小代表液压支架姿态与实时的运动越吻合，模型数据可靠性越高，预测的截割路线的准确性。
[0053]
根据本发明的实施例，在执行对液压支架再次进行形态调整时还执行以下步骤：对每组液压支架沿工作面倾斜方向的夹角、沿工作面走向方向的移动量、液压支架的架脚位置进行优化。通过对沿工作面倾斜方向的夹角、沿工作面走向方向的移动量、液压支架的架脚位置进行优化，可进一步提高液压支架姿态的可靠度，为采煤机行走及截割路线形成正反馈机制。
[0054]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。