[发明专利]一种基于捷联惯导的煤矿综采工作面直线度检测方法

摘要

本发明公开了一种基于捷联惯导的煤矿综采工作面直线度检测方法，该方法包括以下步骤：步骤一、建立坐标系及定义煤矿综采工作面直线度；步骤二、安装捷联惯导测量模块；步骤三、计算综采工作面直线度的最大偏差值；步骤四、获取刮板输送机中心线实际位置；步骤五、获取煤矿综采工作面直线度及报警提醒。本发明方法步骤简单、设计合理且准确度高，实现对煤矿综采工作面直线度准确测量，适应采煤环境恶劣、空间有限、工作面粉尘大的煤矿综采工作面。

主权项

1.一种基于捷联惯导的煤矿综采工作面直线度检测方法，其特征在于：步骤一、建立坐标系及定义煤矿综采工作面直线度：步骤101：导航坐标系的建立：建立导航坐标系OnXnYnZn，所述导航坐标系OnXnYnZn的原点On为采煤机机身(3)的重心，所述导航坐标系OnXnYnZn的Xn轴正方向为过原点On且指向东，所述导航坐标系OnXnYnZn的Yn轴正方向为过原点On且指向北，所述导航坐标系OnXnYnZn的Zn轴为过原点On且垂直于由Xn轴和Yn轴形成的平面OnXnYn指向天；步骤102、综采工作面直线度定义：定义煤矿综采工作面直线度为在两个采煤机行走轮(2)之间的刮板输送机中心线实际位置与刮板输送机中心线初始位置之间的偏差；其中，所述刮板输送机中心线初始位置为沿煤矿综采工作面煤层倾斜线指向回风巷；步骤二、安装捷联惯导测量模块：在采煤机机身(3)中部位置O点处安装捷联惯导测量模块(4)，且捷联惯导测量模块安装平面(5)与采煤机机身(3)两端相交的交线为AB和CD，所述捷联惯导测量模块安装平面(5)内的采煤机机身(3)长度方向的中线MN分别垂直于交线AB和交线CD，所述采煤机机身(3)长度方向的中线MN与交线AB的交点为M，所述采煤机机身(3)长度方向的中线MN和交线CD的交点为N，所述交点M和所述交点N的投影位于刮板输送机(1)的中心线上；步骤三、计算综采工作面直线度的最大偏差值：步骤301、采用所述数据处理器根据公式得到两个采煤机行走轮(2)之间的各节刮板输送机槽相对所述刮板输送机中心线初始位置的偏差值；其中，两个采煤机行走轮(2)之间的刮板输送机由多节刮板输送机槽组成，L_G表示每节刮板输送机槽的长度，且每节刮板输送机槽的长度均相同，f表示两个采煤机行走轮(2)之间的刮板输送机槽的节数；所述刮板输送机槽的序号是按照采煤机的行走先后顺序进行编号，α₀表示两个采煤机行走轮(2)之间的第一节刮板输送机槽相对所述刮板输送机中心线初始位置的设定偏转角，当两个采煤机行走轮(2)之间的第一节刮板输送机槽向煤矿综采工作面的煤壁侧弯曲时，α₀的取值为小于0；当两个采煤机行走轮(2)之间的第一节刮板输送机槽向采空区弯曲时，α₀的取值为大于0，当两个采煤机行走轮(2)之间的第一节刮板输送机槽与所述刮板输送机中心线初始位置平行时，则α₀等于0；α_i表示两个采煤机行走轮(2)之间的第i+1节刮板输送机槽相对于第i节刮板输送机槽的设定偏转角，当两个采煤机行走轮(2)之间的第i+1节刮板输送机槽相对第i节刮板输送机槽向采空区弯曲时，α_i的取值为大于0；当两个采煤机行走轮(2)之间的第i+1节刮板输送机槽相对第i节刮板输送机槽向煤矿综采工作面的煤壁侧弯曲时，α_i的取值为小于0；当两个采煤机行走轮(2)之间的第i+1节刮板输送机槽与第i节刮板输送机槽均与所述刮板输送机中心线初始位置平行时，则α_i等于0，i＝1、2、3、...、f‑1，α₁表示两个采煤机行走轮(2)之间的第二节刮板输送机槽相对与第一节刮板输送机槽的设定偏转角，α₂表示两个采煤机行走轮(2)之间的第三节刮板输送机槽相对与第二节刮板输送机槽的设定偏转角，P₁表示两个采煤机行走轮(2)之间的第一节刮板输送机槽相对所述刮板输送机中心线初始位置的偏差值，P₂表示两个采煤机行走轮(2)之间的第二节刮板输送机槽相对所述刮板输送机中心线初始位置的偏差值，P₃表示两个采煤机行走轮(2)之间的第三节刮板输送机槽相对所述刮板输送机中心线初始位置的偏差值，P_f表示两个采煤机行走轮(2)之间的第f节刮板输送机槽相对所述刮板输送机中心线初始位置的偏差值；步骤302、采用所述数据处理器将两个采煤机行走轮(2)之间的各节刮板输送机槽相对所述刮板输送机中心线初始位置的偏差值按照从小到大的顺序排序，获取两个采煤机行走轮(2)之间的刮板输送机槽相对所述刮板输送机中心线初始位置的最大偏差值Pm，并将两个采煤机行走轮(2)之间的刮板输送机槽相对所述刮板输送机中心线初始位置的最大偏差值Pm称作综采工作面直线度的最大偏差值Pm；步骤四：获取刮板输送机中心线实际位置：步骤401、采煤机姿态的获取：所述捷联惯导测量模块(4)对采煤机的姿态进行实时检测，并将检测到采煤机的姿态发送至所述数据处理器中，所述采煤机的姿态包括采煤机的航向角、采煤机的俯仰角和采煤机的横滚角；在导航坐标系下采用所述数据处理器将所述捷联惯导测量模块(4)安装点O在t时刻的位置坐标记作P_On(t)(X_Ont,Y_Ont,Z_Ont),且在t时刻采煤机的航向角为在t时刻采煤机的俯仰角为θ_t，在t时刻采煤机的横滚角为γ_t；步骤402、获取刮板输送机中心线实际位置：步骤4021、采用所述数据处理器根据公式得到在导航坐标系下所述交点M在t时刻的位置坐标P_Mn(t)，同时，采用所述数据处理器根据公式得到在导航坐标系下所述交点N在t时刻的位置坐标P_Nn(t)；其中，L_Q为两个采煤机行走轮(2)的中心距，L_M为所述捷联惯导测量模块(4)到所述交点M的水平距离；步骤4022、采用所述数据处理器根据公式得到在导航坐标系下所述交点M在刮板输送机(1)的中心线上的投影点M′在t时刻的位置坐标P_M′n(t)；采用所述数据处理器根据公式得到在导航坐标系下所述交点N在刮板输送机(1)的中心线上的投影点N′在t时刻的位置坐标P_N′n(t)；其中，L_h为所述捷联惯导测量模块(4)安装点O与所述安装点O在刮板输送机(1)的水平面上投影点的垂线长度；步骤4023、采用所述数据处理器将在导航坐标系下所述交点M在刮板输送机(1)的中心线上的投影点M′在t时刻的位置坐标称为投影点M′在t时刻的位置坐标，则所述投影点M′在t时刻的位置坐标记作PM′n(t)(XM′nt,YM′nt,ZM′nt)；采用所述数据处理器将在导航坐标系下所述交点N在刮板输送机(1)的中心线上的投影点N′在t时刻的位置坐标称为投影点N′在t时刻的位置坐标，则所述投影点N′在t时刻的位置坐标记作PN′n(t)(XN′nt,YN′nt,ZN′nt)；步骤4024、采用所述数据处理器将所述投影点M′在所述平面OnXnYn上的投影点称为投影点M″，则所述投影点M″在t时刻的位置坐标为(XM′nt,YM′nt)，采用所述数据处理器将所述投影点N′在所述平面OnXnYn上的投影点称为投影点N″，所述投影点N″在t时刻的位置坐标为(XN′nt,YN′nt)；步骤403、建立采煤机航向角变化模型及采煤机航向角变化量的获取：步骤4031、在采煤机(3)的行走过程中，采用所述数据处理器建立采煤机(3)航向角变化模型其中，ΔS表示采煤机从t‑1时刻到t时刻采煤机的行走距离，采煤机行走ΔS之后，任一个采煤机行走轮(2)位于刮板输送机(1)的同一节刮板输送机槽上，表示在t时刻采煤机的航向角，δ_i表示两个采煤机行走轮(2)之间的第i+1节刮板输送机槽相对第i节刮板输送机槽的偏转角测量值，且两个采煤机行走轮(2)之间的第一个节刮板输送机槽相对所述刮板输送机中心线初始位置的角度测量值为δ₀；步骤4032、采用所述数据处理器对步骤4031中建立的采煤机(3)航向角变化模型进行计算，得到采煤机航向角变化量其中，λ_h表示两个采煤机行走轮(2)之间的第f节刮板输送机槽相对于与第一节刮板输送机槽的偏转角测量值的余弦值，且步骤4033、采用所述数据处理器对两个采煤机行走轮(2)之间的第i+1节刮板输送机槽相对第i节刮板输送机槽的偏转角测量值δi进行判断，当δi>0成立，执行步骤4034，当δi<0成立，执行步骤4035，当δi＝0成立，执行步骤4036；步骤4034、当δ_i>0成立时，即两个采煤机行走轮(2)之间的第i+1节刮板输送机槽相对第i节刮板输送机槽向采空区弯曲，则采煤机航向角变化量步骤4035、当δ_i<0时，即两个采煤机行走轮(2)之间的第i+1节刮板输送机槽相对第i节刮板输送机槽向煤矿综采工作面的煤壁侧弯曲，则采煤机航向角变化量步骤4036、当δi＝0时，即两个采煤机行走轮(2)之间的第i+1节刮板输送机槽相对第i个刮板输送机位于同一水平线上，重复步骤4034至步骤4036，采用所述数据处理器对两个采煤机行走轮(2)之间的第i节刮板输送机槽与第i‑1节刮板输送机槽之间的偏转角测量值δi‑1进行判断；步骤五、获取煤矿综采工作面直线度及报警提醒：步骤501、采用所述数据处理器调取绘图模块在所述平面OnXnYn上绘制所述刮板输送机中心线初始位置曲线；采用所述数据处理器调取所述绘图模块将所述投影点M″和所述投影点N′连接成直线，则连接出的直线为在t时刻时两个采煤机行走轮(2)之间的刮板输送机中心线实际位置曲线，且在t时刻时两个采煤机行走轮(2)之间的刮板输送机中心线实际位置相对在t‑1时刻时两个采煤机行走轮(2)之间的刮板输送机中心线实际位置的偏转角为所述采煤机航向角变化量，从而得到两个采煤机行走轮(2)之间的刮板输送机中心线实际位置随时间t变化的曲线，并根据两个采煤机行走轮(2)之间的刮板输送机中心线实际位置随时间t变化的曲线和所述刮板输送机中心线初始位置曲线得到煤矿综采工作面直线度；步骤502、采用所述数据处理器调取曲线测量模块，对两个采煤机行走轮之间(2)的刮板输送机中心线实际位置随时间t变化的曲线距所述刮板输送机中心线初始位置曲线之间的最大距离进行测量，从而获得煤矿综采工作面直线度最大值；步骤503、采用所述数据处理器将煤矿综采工作面直线度最大值与所述综采工作面直线度的最大偏差值Pm进行比较，当煤矿综采工作面直线度最大值大于所述综采工作面直线度的最大偏差值Pm，则所述数据处理器控制与所述数据处理器连接的报警模块报警提醒。