协同式交互采煤作业仿真系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种协同式交互采煤作业仿真系统及其方法，所述系统由采煤工作面作业场景、工作面设备、角色登录和违章数据库组成，所述采煤工作面作业场景由巷道布置系统、煤层顶板、煤层、煤层底板和采空区组成；所述工作面设备由带式输送机、转载机、破碎机、采煤机、刮板运输机、液压支架、端头液压支架、单体液压支柱、绞接顶梁、监测/监控设备组成；所述角色登录由事件触发员与工种组成。本发明操作简单，系统运行方式新颖，提高了煤矿工人技术培训和高校采矿工程专业学生学习过程中的趣味性；克服了高危行业无法进行实验的困难，例如采煤工作面瓦斯爆炸事故仿真模拟；降低了高校实践教学环节的教学成本。
【专利说明】协同式交互采煤作业仿真系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于采煤作业仿真【技术领域】，涉及一种协同式交互采煤作业仿真系统及其方法。
【背景技术】
[0002]仿真系统主要是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。采煤仿真系统是通过计算机建立仿真模型，真实再现采煤过程中各工种之间的相互配合，设备之间的协调操作过程，并通过仿真揭示采煤过程中由于采动等多种因素影响所导致运输巷道、回风巷道、煤层以煤层顶板的受力变化情况。由于采煤过程中可能发生瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出等事故，这些事故的实验危险性大，仿真是一种特别有效的研究手段，通过仿真的方法能够表达采煤作业事故发生的原因、过程和造成的破坏结果，以及对井下其它作业地点人员和巷道系统的影响。
[0003]采煤仿真系统大概有三种:一种是采煤机控制仿真，一种是采煤工艺仿真，还一种是采煤工程教学培训仿真。目前现有的采煤仿真系统主要以演示为主，交互操作少，采煤机控制仿真主要模拟采煤机控制面板，以电子屏幕展示采煤机的启动、运转与停止，达到交互操作的目的。这些仿真系统难以表达工种之间的相互配合，设备操作与运转时对周围环境的影响，特别是由于人为因素而导致的煤矿安全事故。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种协同式交互采煤作业仿真系统及其方法，它操作简单，交互性好，系统运行方式新颖，能够满足煤矿工人培训、高校采矿工程专业教学的需求。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种协同式交互采煤作业仿真系统，由采煤工作面作业场景、工作面设备、角色登录和违章数据库组成，其中:
[0007]所述采煤工作面作业场景由巷道布置系统、煤层顶板、煤层、煤层底板和采空区组成；
[0008]所述工作面设备由带式输送机、转载机、破碎机、采煤机、刮板运输机、液压支架、端头液压支架、单体液压支柱、绞接顶梁、监测/监控设备组成；所述角色登录由事件触发员与工种组成；
[0009]所述工作面作业场景主要用于仿真煤矿井下采煤作业环境，工作面作业场景与工作面设备进行关联，当工作面设备发出动作后，工作面作业场景要实时变化；
[0010]所述工作面设备主要用于仿真当操作人员通过计算机键盘和鼠标向系统内仿真人发出操作指令后能够完成的基本动作；
[0011]所述角色登录主要完成操作人员登录系统时的角色划分，由于系统内被控仿真人与登录操作人员一对一绑定，每一名以工种角色登录的操作人员对应系统内一名仿真人，事件触发员可以根据回采状况触发特定事件如上隅角瓦斯超限、瓦斯浓度恢复、火灾事故、顶板事故和瓦斯爆炸事故等。当触发特定事件后，采煤工作面作业场景、监测/监控设备、采煤机、煤层、煤层顶板、刮板运输机、液压支架、端头液压支架、单体液压支柱、绞接顶梁和仿真人要仿真事故发生的实际过程；
[0012]所述违章数据库用于存储采煤工作面工人操作违章信息数据和操作人员扣分成绩，当操作人员操作仿真人进行工作并发生违章时，系统会从违章数据库中提取违章信息，给出提示信息，并根据违章的类型及严重程度进行扣分，所扣分数存入操作人员扣分成绩中，当完成整个回采工艺后，系统根据扣分成绩给出每名操作人员的成绩。
[0013]一种利用上述仿真系统进行协同式交互采煤作业仿真的方法，其步骤如下:
[0014]首先，根据实际采煤作业人员人数确定操作人员数量，并根据采煤作业工种分配通过局域网由角色登录进行系统登录，登录时选择事件触发员角色或工种角色，登录系统后首先进行交接班，在交接班过程中明确操作人员的具体工作任务，并由班长负责下达具体工作计划，每名操作人员接收具体工作任务后，操作仿真人进入工作面工作场景，到达工作面后各行其职；
[0015]采煤机、刮板运输机、破碎机、转载机、带式输送机由相关操作人员通过鼠标和键盘指挥仿真人负责开启，设备启动后进行采煤作业，系统根据违章数据库自动判别设备启动顺序，如果启动顺序不正确，系统给出提示信息后可重新启动设备，并对相关操作人员进行扣分，同时扣分成绩存入数据库中；
[0016]当采煤机启动割煤后，其他工种配合作业，各工种间配合的逻辑关系存储于违章数据库中，系统能够根据违章数据库中的逻辑关系，对操作人员进行打分，当完成一整班采煤作业后，系统给出各操作人员成绩；
[0017]当触发事件后，系统根据事件类型对工作面作业场景和工作面设备进行仿真，同时，操作人员控制仿真人对相关事件进行处理，系统根据违章数据库中的相关数据对相关操作人员进行打分。
[0018]本发明操作简单，系统运行方式新颖，提高了煤矿工人技术培训和高校采矿工程专业学生学习过程中的趣味性；克服了高危行业无法进行实验的困难，例如采煤工作面瓦斯爆炸事故仿真模拟；降低了高校实践教学环节的教学成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为协同式交互采煤作业仿真系统模块构成示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
[0021]如图1所示，本发明提供的协同式交互采煤作业仿真系统由采煤工作面作业场景1、工作面设备2、角色登录3和违章数据库26组成。其中，所述采煤工作面作业场景由巷道布置系统4、煤层顶板5、煤层6、煤层底板7和采空区8组成；工作面设备由带式输送机9、转载机10、破碎机11、采煤机12、刮板运输机13、液压支架14、端头液压支架15、单体液压支柱16、绞接顶梁17、监测/监控设备18等组成；角色登录由事件触发员19与工种20组成，事件触发员19在系统中可以触发上隅角瓦斯超限21、瓦斯浓度恢复22、火灾事故23、顶板事故24和瓦斯爆炸25。
[0022]由于系统内被控仿真人与登录操作人员一对一绑定，一名操作人员只控制系统内一名仿真人，角色登录3主要完成登录人员的角色划分，除一名事件触发员19外其他均为具体施工人员，例如采煤机司机、转载机司机、移架工等。
[0023]工作面作业场景I主要仿真工人作业环境。工作面作业场景I要与工作面设备2进行关联，当工作面设备2发出动作后，工作面作业场景I要实时变化，例如当采煤机12割煤时，煤层6、煤层顶板5和采空区8都要根据实际采煤时进行仿真。
[0024]工作面设备2主要仿真当被控仿真人接收操作人员指令后能够完成的基本动作，例如采煤机司机仿真人接收到操作人员开启采煤机12指令后，采煤机12可以进行割煤。当采煤机12进行割煤时，刮板运输机13、破碎机11、转载机10和带式输送机9仿真设备的工作过程；当移架工仿真人接收操作人员指令后，液压支架14和端头液压支架15按照指令做出动作，当支柱工仿真人接收操作人员指令后单体液压支柱16和绞接顶梁17按照指令做出动作。
[0025]事件触发员19可以根据回采状况触发特定事件上隅角瓦斯超限21、瓦斯浓度恢复22、火灾事故23、顶板事故24和瓦斯爆炸事故25。当触发特定事件后，工作面的监测/监控设备18、采煤机12、煤层6、煤层顶板5、刮板运输机13、液压支架14、端头液压支架15、单体液压支柱16、绞接顶梁17和仿真人要仿真事故发生的实际过程。
[0026]违章数据库26存储采煤工作面工人操作违章信息数据和操作人员扣分成绩，当操作人员操作仿真人进行工作并发生违章时，系统会从违章数据库中提取违章信息，给出提示信息，并根据违章的类型及严重程度进行扣分，所扣分数存入操作人员扣分成绩中。当完成整个回采工艺后，系统根据扣分成绩给出每名操作人员的成绩。
[0027]利用上述系统进行协同式交互采煤作业仿真的方法，其步骤如下:
[0028]首先，通过局域网由角色登录3进行系统登录，登录时选择事件触发员19角色或工种20角色，事件触发员只限一名登录人员，而工种20登录人员数量则根据实际采煤作业人员设定。登录系统后首先进行交接班，在交接班过程中明确操作人员的具体工作任务，并由班长负责下达具体工作计划，每名操作人员接收具体工作任务后，操作仿真人进入工作面工作场景1，到达工作面后各行其职。
[0029]采煤机12、刮板运输机13、破碎机11、转载机10、带式输送机9由相关登录人员负责开启，设备启动后进行采煤作业，系统根据违章数据库自动判别设备启动顺序，如果启动顺序不正确，系统给出提示信息后可重新启动设备，并对相关操作人员进行扣分，同时扣分成绩存入数据库中。
[0030]当采煤机12启动割煤后，其他工种配合作业，例如支架工负责移工作面、刮板运输机13和端头液压支架15，支柱工则负责运输平巷和回风平巷超前支护的单体液压支柱16和绞接顶梁17的支回工作，各工种间配合的逻辑关系存储于违章数据库中，系统能够根据违章数据库中的逻辑关系，对操作人员进行打分。当完成一整班采煤作业后，系统给出各操作人员成绩。
[0031]事件触发员19可以触发上隅角瓦斯超限21、瓦斯浓度恢复22、火灾事故23、顶板事故24和瓦斯爆炸25。当触发事件后，系统根据事件类型对工作面作业场景I和工作面设备2进行仿真，例如触发火灾事故后，采空区8有烟冒出，监测/监控设备18显示数据发生变化。当事件触发后，操作人员控制系统仿真人对相关事件进行处理，系统根据违章数据库中的相关数据对操作人员进行打分。
[0032]上述协同式交互采煤作业仿真系统在使用时通过局域网实现多人协同交互操作。
【权利要求】
1.一种协同式交互采煤作业仿真系统，其特征在于所述系统由采煤工作面作业场景、工作面设备、角色登录和违章数据库组成，其中: 所述采煤工作面作业场景由巷道布置系统、煤层顶板、煤层、煤层底板和采空区组成；所述工作面设备由带式输送机、转载机、破碎机、采煤机、刮板运输机、液压支架、端头液压支架、单体液压支柱、绞接顶梁、监测/监控设备组成； 所述角色登录由事件触发员与工种组成； 所述工作面作业场景主要用于仿真煤矿井下采煤作业环境，工作面作业场景与工作面设备进行关联，当工作面设备发出动作后，工作面作业场景要实时变化； 所述工作面设备主要用于仿真当操作人员通过计算机键盘和鼠标向系统内仿真人发出操作指令后能够完成的基本动作； 所述角色登录主要完成操作人员登录系统时的角色划分，每一名以工种角色登录的操作人员对应系统内一名仿真人，事件触发员可以根据回采状况触发特定事件，当触发特定事件后，采煤工作面作业场景、监测/监控设备、采煤机、煤层、煤层顶板、刮板运输机、液压支架、端头液压支架、单体液压支柱、绞接顶梁和仿真人要仿真事故发生的实际过程； 所述违章数据库用于存储采煤工作面工人操作违章信息数据和操作人员扣分成绩，当操作人员操作仿真人进行工作并发生违章时，系统会从违章数据库中提取违章信息，给出提示信息，并根据违章的类型及严重程度进行扣分，所扣分数存入操作人员扣分成绩中，当完成整个回采工艺后，系统根据扣分成绩给出每名操作人员的成绩。
2.一种利用权利要求1所述的协同式交互采煤作业仿真系统进行协同式交互采煤作业仿真的方法，其步骤如下: 首先，根据实际采煤作业人员人数确定操作人员数量，并根据采煤作业工种分配通过局域网由角色登录进行系统登录，登录时选择事件触发员角色或工种角色，登录系统后首先进行交接班，在交接班过程中明确操作人员的具体工作任务，并由班长负责下达具体工作计划，每名操作人员接收具体工作任务后，操作仿真人进入工作面工作场景，到达工作面后各行其职； 采煤机、刮板运输机、破碎机、转载机、带式输送机由相关操作人员负责开启，设备启动后进行采煤作业，系统根据违章数据库自动判别设备启动顺序，如果启动顺序不正确，系统给出提示信息后可重新启动设备，并对相关操作人员进行扣分，同时扣分成绩存入数据库中； 当采煤机启动割煤后，其他工种配合作业，各工种间配合的逻辑关系存储于违章数据库中，系统能够根据违章数据库中的逻辑关系，对操作人员进行打分，当完成一整班采煤作业后，系统给出各操作人员成绩； 当触发事件后，系统根据事件类型对工作面作业场景和工作面设备进行仿真，同时，操作人员控制系统仿真人对相关事件进行处理，系统根据违章数据库中的相关数据对相关操作人员进行打分。
【文档编号】E21C41/18GK103939100SQ201410168263
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】张国华, 康健, 董长吉, 刘永立, 秦涛, 刘志军, 林井祥, 兰永伟, 陈刚, 李兴伟, 金珠鹏 申请人:黑龙江科技大学