一种露天煤矿全连续开采系统的控制平台及控制方法与流程

1.本发明属于露天煤矿全连续开采技术领域，涉及一种露天煤矿全连续开采系统的控制平台及控制方法。


背景技术：

2.为解决露天煤矿单斗-卡车间断开采工艺带来非连续化作业、综合效率低、成本高、安全性差、生产均衡性差及环保压力大等诸多问题，国内外部分厂家采用露天煤矿全连续开采系统，实现煤层从截割、破碎、转载、运输到提升的全连续开采工艺系统，并针对中厚煤层露天开采，提出了全连续分层开采工艺方法，实现上、下煤层甚至多煤层的的同步开采，保证煤炭年开采量。
3.目前，国内外全连续开采系统已经实现传统单体煤层的开采功能，并能够完成整个露天矿区的开采，随着复杂条件的露天矿区越来越多，待开采煤层的结构复杂，煤层特性多变，施工难度大，传统的全连续开采系统设备及配套施工方法已无法完成复杂地层的开采，同时整套系统各设备仍需依赖较多现场人员辅助部分工作，人工劳动强度大，作业环境恶劣，需要人工进行调节各设备的施工参数，为了大幅降低工人的劳动强度，使工作人员远离危险区域，提高整体施工作业的安全性和施工效率，实现整个露天矿区无人智能化作业，保障操作人员安全，研制智能化控制平台是核心问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种露天煤矿全连续开采系统的控制平台及控制方法，以实现自主控制完成露天煤矿的全连续高效开采及后配套施工作业，实现各施工设备的智能化施工，独立完成采煤及后配套全部施工作业。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
6.一种露天煤矿全连续开采系统的控制平台，全连续开采系统包括第一露采机、第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机、第一履带式卸料车、第二露采机、第二双回转转载机、第二履带式卸料车、移置式皮带机、端帮大倾角带式输送机、固定式皮带机和煤仓；其中，第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机和第一履带式卸料车组成第一组施工设备，第二双回转转载机和第二履带式卸料车组成第二组施工设备，煤仓、固定式皮带机、端帮大倾角带式输送机和移置式皮带机组成第三组施工设备；该控制平台包括岩性探测模块、露采机控制模块、转载控制模块和运移控制模块；
7.所述岩性探测模块用于探测露采机截割齿力学特性和待采区煤层特性以得到截割齿力学综合数据值和煤层特性综合数据值，从而获取初始作业环境信息并计算作业环境综合数据值；
8.所述露采机控制模块用于对获取的作业环境综合数据值进行处理，得到露采机工作参数并进行实时调节；露采机工作参数包括大臂截割速度、滚筒转速和刮板转速；
9.所述转载控制模块用于对露采机工作参数进行识别得到露采机的施工能力，进而
对第一组施工设备和第二组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的工作参数，并进行实时调节；其中，第一组施工设备的工作能力根据第一露采机进行匹配，第二组施工设备的工作能力根据第二露采机进行匹配；
10.所述运移控制模块用于对第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的工作参数进行识别得到第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力，进而对第三组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的运行参数，并进行实时调节。
11.本发明还包括如下技术特征：
12.可选地，所述截割齿力学综合数据值为：
[0013][0014]
式中：q1为截割齿力学综合数据值，n；c1、c2、c3、c4为变量系数，均为0～3之间的实数；a、b、c、d为调节系数，根据露天煤矿现场条件进行取值，均为0～2之间的实数；f1为钻进力，n；f2为切向力，n；f3为摩擦阻力，n；f4为振动扭矩，n
·
m；r为第一露采机和第二露采机截割齿半径，m；
[0015]
所述煤层特性综合数据值为：
[0016]
q2＝x1·
x1+x2·
y2+x3·
z3ꢀꢀꢀ
(2)
[0017]
式中：q2为煤层特性综合数据值，x1，x2，x3分别为加权系数，根据露天煤矿现场条件进行取值，均为0～1之间的实数；且x1+x2+x3＝1，x1为煤层抗压强度，mpa；x2为煤层抗剪强度，mpa，x3为煤层抗拉强度，mpa；
[0018]
所述作业环境综合数据值为：
[0019]
q＝m1·
q1+m2·
q2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0020]
式中：q1为截割齿力学综合数据值，q2为煤层特性综合数据值；m1为截割齿单位调节系数，m2为煤层特性单位调节系数，均为0～1之间的实数，根据露天煤矿现场条件进行取值。
[0021]
可选地，所述露采机截割齿承受的钻进力、切向力、摩擦阻力和振动扭矩，以及煤层抗压强度、煤层抗剪强度和煤层抗拉强度，分别通过在露采机截割齿上均布的力学传感器和煤层剪切仪测得。
[0022]
可选地，定义作业环境综合数据值满足下式：
[0023][0024][0025]
上式中，q为作业环境综合数据值；m为全连续开采系统的总施工能力；
[0026]qγ1
，q
γ2
为第一露采机和第二露采机对应的日产量；
[0027]
l1，l2为第一露采机和第二露采机对应的工作面长度；
[0028]
i1，i2为第一露采机和第二露采机割煤速度与空刀牵引速度之比；
[0029]
v1，v2为第一露采机和第二露采机大臂截割速度；
[0030]
t1，t2为第一露采机和第二露采机平均日生产时间；
[0031]
c1，c2为第一露采机和第二露采机的回采率；
[0032]
b1，b2为第一露采机和第二露采机的滚筒转速；
[0033]
h1，h2为第一露采机和第二露采机的刮板转速；
[0034]
γ为煤的容量；
[0035]
求解上式(4)和(5)，得出最优的大臂截割速度v1、v2，滚筒转速b1、b2和刮板转速h1、h2作为第一露采机和第二露采机运行工作参数。
[0036]
可选地，所述露采机的施工能力为：
[0037]f11
＝t1*l1*c
1-b1*h1*γ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0038]f12
＝t2*l2*c
2-b2*h2*γ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0039]
式中：f
11
，f
12
分别为第一露采机的施工能力和第二露采机的施工能力；t1，t2为第一露采机和第二露采机平均日生产时间；l1，l2为第一露采机和第二露采机对应的工作面长度；c1，c2为第一露采机和第二露采机的回采率；b1，b2为第一露采机和第二露采机的滚筒转速；h1，h2为第一露采机和第二露采机的刮板转速；γ为煤的容量；
[0040]
对第一组施工设备和第二组施工设备进行工作能力匹配，通过下式进行匹配计算：
[0041][0042][0043]
式中：f
11
，f
12
分别为第一露采机和第二露采机的施工能力；
[0044]
i为第一组施工设备的设备种类，i取1～4，分别对应第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机和第一履带式卸料车；
[0045]
j为第二组施工设备的设备种类，j取1～2，分别对应第二双回转转载机和第二履带式卸料车；
[0046]
x
1i
，x
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的数量；
[0047]c1i
，c
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的施工工作系数；设备基本施工工作参数标定为1，设备实际工作参数与设备基本施工工作参数相除，得出设备施工工作系数，取值为正数；
[0048]q1i
，q
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的施工速度；
[0049]
t
1i
，t
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的有效施工时间；
[0050]k1i
，k
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的利用率；
[0051]w1i
，w
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的时间利用率；
[0052]b1i
，b
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的煤层损耗率。
[0053]
通过上式(8)和(9)得出各施工设备的c
1i
，c
2j
，并通过基本施工工作参数得出实际工作参数；其中，第一双回转转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速、回转速度；第一一字型转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速；第二一字型转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速；第一履带式卸料车工作参数包括行走速度、皮带转速、俯仰速度；第二双回转转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速、回转速度；第二履带式卸料车工作参数包括行走速度、皮带转速、俯仰速度；同时根据各设备的工作参数得出对应的施工工艺。
[0054]
可选地，所述第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力为：
[0055][0056][0057]
式中：f
31
，f
41
分别为第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力；
[0058]
x
14
，x
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的数量；
[0059]c14
，c
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工工作系数；
[0060]q14
，q
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工速度；
[0061]
t
14
，t
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的有效施工时间；
[0062]
第三组施工设备进行工作能力匹配，通过下式进行匹配计算：
[0063][0064]
式中：f
31
，f
41
分别为第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力；
[0065]
k为第三组施工设备的设备种类，k取1～4，分别对应煤仓、固定式皮带机、端帮大倾角带式输送机、移置式皮带机；
[0066]
x
3k
对应第三组施工设备的数量；
[0067]c3k
对应第三组施工设备的施工工作系数；设备基本施工工作参数标定为1，设备实际工作参数与设备基本施工工作参数相除，得出设备施工工序系数，取值为正数；
[0068]q3k
对应第三组施工设备的施工速度；
[0069]
t
3k
对应第三组施工设备的有效施工时间；
[0070]k3k
对应第三组施工设备的利用率；
[0071]w3k
对应第三组施工设备的时间利用率；
[0072]b3k
对应第三组施工设备的煤层损耗率；
[0073]
通过公式(12)得出各施工设备的c
3k
，并通过基本施工工作参数得出实际工作参数；煤仓工作参数包括皮带转速；固定式皮带机工作参数包括皮带转速；端帮大倾角带式输送机作参数包括皮带转速；移置式皮带机工作参数包括煤体流速；并进行实时调节；利用工作参数得出对应的施工工艺。
[0074]
可选地，所述全连续开采系统内各设备通过局域网与所述控制平台实现数据交互。
[0075]
可选地，所述控制平台能将其得到的各施工设备的施工工作参数与施工工艺输出给各施工设备，各施工设备采用得到工作参数进行工作。
[0076]
可选地，该控制平台还包括远程交互模块，远程交互模块能通过人工进行远程控制以对施工设备的施工工作参数进行人工微调。
[0077]
可选地，所述全连续开采系统中：
[0078]
所述固定式皮带机设在煤层边帮外侧，煤仓设在固定式皮带机末端；
[0079]
所述移置式皮带机与固定式皮带机垂直相连，移置式皮带机沿煤层工作面开采长度方向设置，并位于下煤层顶部；
[0080]
第一组施工设备和第二组施工设备分别位于移置式皮带机两侧，第一露采机和第一组施工设备沿煤层底板，第二露采机和第二组施工设备沿上层煤底部，相向往复截割采煤工作面，形成上、下煤层同时连续开采；
[0081]
所述第一履带式卸料车跨骑在移置式皮带机上，第一露采机、第一双回转转载机和第一一字型转载机对接布置于煤层底板位置，第二一字型转载机布置于下煤层顶部，与移置式皮带机处于同一平面，第一露采机沿煤层底板采煤，将开采的煤料依次通过第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机对接运输、转载至第一履带式卸料车；所述第二履带式卸料车跨骑在移置式皮带机上，第二露采机沿上层煤底部采煤，将开采的煤料通过第二双回转转载机运输、转载至第二履带式卸料车；所述端帮大倾角带式输送机沿采煤工作面起伏的地势铺设以将煤料从坑底提升至地面，再转运至固定式皮带机；从而实现将上、下煤层开采的煤料统一运输汇合至移置式皮带机上，然后通过端帮大倾角带式输送机和固定皮带机运送至煤仓。
[0082]
一种露天煤矿全连续开采系统的控制方法，该控制方法通过所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台实现，包括以下步骤，
[0083]
步骤1，露天煤矿全连续开采系统通过上、下煤层同时开采工艺布置方式完成各施工设备的初始布置后，使全连续开采系统各设备达到初始施工条件，同时完成各设备的安全检查和性能测试，保证施工设备达到施工条件；
[0084]
步骤2，岩性探测模块探测露采机截割齿力学特性和待采区煤层特性，计算得出作业环境综合数据值；第一露采机和第二露采机的工作参数通过作业环境综合数据值进行对比计算，得出对应的工作参数，同时得出对应的施工工艺；
[0085]
步骤3，转载控制模块对第一露采机和第二露采机的工作参数进行识别得到其对应的施工能力，进而对第一组施工设备和第二组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的工作参数，根据工作参数得出对应的施工工艺；
[0086]
步骤4，运移控制模块进行工作对第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的工作参数进行识别得到其对应的施工能力，进而对第三组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的工作参数，根据工作参数得出对应的施工工艺；
[0087]
步骤5，全连续开采系统各施工设备同时进行匹配施工，同时人工利用远程交互模块对其中设备工作参数进行微调；
[0088]
步骤6，岩性探测模块间隔固定时间进行采集数据，得出新的作业环境信息，从而对整个开采系统各设备施工工作参数进行调整，对工作参数与施工工艺进行更新。
[0089]
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0090]
本发明的控制平台运行效率高、适用范围广、大幅减少施工人员，可接收全连续开采系统工作过程中的作业环境信息，能够自主完成控制全连续开采系统施工作业，实现各施工设备的自主工作，人工可远程控制，自动化施工效率高，作业精度高，全连续开采系统各设备自主完成参数调节，并可相互配合完成施工作业，为大型露天煤矿全连续开采施工提供理论依据。
附图说明
[0091]
图1为全连续开采系统；
[0092]
图2为本发明控制方法流程图。
[0093]
图中各个标号的含义为：
[0094]
1.第一露采机，2.第一双回转转载机，3.第一一字型转载机，4.第二一字型转载
机，5.煤仓，6.固定式皮带机，7.端帮大倾角带式输送机，8.第二露采机，9.第二双回转转载机，10.第二履带式卸料车，11.第一履带式卸料车，12.移置式皮带机。
具体实施方式
[0095]
全连续开采系统普遍包括露采机、双回转转载机、一字型转载机、端帮大倾角带式输送机、履带式卸料车及移置式带式输送机等；针对该全连续开采系统，本发明提供一种露天煤矿全连续开采系统的控制平台及控制方法，该控制平台包括岩性探测模块、露采机控制模块、转载控制模块、运移控制模块和远程交互模块；其中，岩性探测模块用于获取待采露天煤矿的岩性环境信息和力学特性信息；露采机控制模块用于对岩性探测模块获取的综合数据进行计算，得到露采机最优的运行参数和工艺系数，并可进行实时调节；转载控制模块利用露采机运行参数进行调节第一组施工设备和第二组施工设备的运行参数，进行优化匹配，保证发挥设备的最优状态；运移控制模块利用第一履带式卸料车和第二履带式卸料车运行参数进行调节第三组施工设备的运行参数，进行优化匹配，保证发挥设备的最优状态；远程交互模块可通过人工进行远程控制，对部分设备的参数进行人工微调，整个控制平台可保证全连续开采系统的各设备运行参数系数按照实际工况自主调节，也可人工进行远程交互微调。以实现自主控制完成露天煤矿的全连续高效开采。
[0096]
以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施方式，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
[0097]
本发明提供一种露天煤矿全连续开采系统的控制平台，全连续开采系统包括第一露采机、第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机、第一履带式卸料车、第二露采机、第二双回转转载机、第二履带式卸料车、移置式皮带机、端帮大倾角带式输送机、固定式皮带机和煤仓；其中，第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机和第一履带式卸料车组成第一组施工设备，第二双回转转载机和第二履带式卸料车组成第二组施工设备，煤仓、固定式皮带机、端帮大倾角带式输送机和移置式皮带机组成第三组施工设备；该控制平台包括岩性探测模块、露采机控制模块、转载控制模块和运移控制模块。
[0098]
岩性探测模块用于探测露采机截割齿力学特性和待采区煤层特性以得到截割齿力学综合数据值和煤层特性综合数据值，从而获取初始作业环境信息并计算作业环境综合数据值；
[0099]
露采机控制模块用于对获取的作业环境综合数据值进行处理，得到露采机工作参数并进行实时调节；露采机工作参数包括大臂截割速度、滚筒转速和刮板转速；
[0100]
转载控制模块用于对露采机工作参数进行识别得到露采机的施工能力，进而对第一组施工设备和第二组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的工作参数，并进行实时调节；其中，第一组施工设备的工作能力根据第一露采机进行匹配，第二组施工设备的工作能力根据第二露采机进行匹配；
[0101]
运移控制模块用于对第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的工作参数进行识别得到第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力，进而对第三组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的运行参数，并进行实时调节。
[0102]
第一露采机和第二露采机进行截割第一刀煤，岩性探测模块探测截割齿力学特性和待采区煤层特性，从而得出初始作业环境信息；
[0103]
截割齿力学综合数据值为：
[0104][0105]
式中：q1为截割齿力学综合数据值，n；c1、c2、c3、c4为变量系数，均为0～3之间的实数；a、b、c、d为调节系数，根据露天煤矿现场条件进行取值，均为0～2之间的实数；f1为钻进力，n；f2为切向力，n；f3为摩擦阻力，n；f4为振动扭矩，n
·
m；r为第一露采机和第二露采机截割齿半径，m；
[0106]
煤层特性综合数据值为：
[0107]
q2＝x1·
x1+x2·
y2+x3·
z3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0108]
式中：q2为煤层特性综合数据值，x1，x2，x3分别为加权系数，根据露天煤矿现场条件进行取值，均为0～1之间的实数；且x1+x2+x3＝1，x1为煤层抗压强度，mpa；x2为煤层抗剪强度，mpa，x3为煤层抗拉强度，mpa；
[0109]
作业环境综合数据值为：
[0110]
q＝m1·
q1+m2·
q2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0111]
式中：q1为截割齿力学综合数据值，q2为煤层特性综合数据值；m1为截割齿单位调节系数，m2为煤层特性单位调节系数，均为0～1之间的实数，根据露天煤矿现场条件进行取值。
[0112]
露采机截割齿承受的钻进力、切向力、摩擦阻力和振动扭矩，以及煤层抗压强度、煤层抗剪强度和煤层抗拉强度，分别通过在露采机截割齿上均布的力学传感器和煤层剪切仪测得。
[0113]
第一露采机和第二露采机施工参数选择，通过多目标优化配置原则进行参数选择；
[0114]
定义作业环境综合数据值满足下式：
[0115][0116][0117]
上式中，q为作业环境综合数据值；m为全连续开采系统的总施工能力；
[0118]qγ1
，q
γ2
为第一露采机和第二露采机对应的日产量；
[0119]
l1，l2为第一露采机和第二露采机对应的工作面长度；
[0120]
i1，i2为第一露采机和第二露采机割煤速度与空刀牵引速度之比；
[0121]
v1，v2为第一露采机和第二露采机大臂截割速度；
[0122]
t1，t2为第一露采机和第二露采机平均日生产时间；
[0123]
c1，c2为第一露采机和第二露采机的回采率；
[0124]
b1，b2为第一露采机和第二露采机的滚筒转速；
[0125]
h1，h2为第一露采机和第二露采机的刮板转速；
[0126]
γ为煤的容量；
[0127]
求解上式(4)和(5)，得出最优的大臂截割速度v1、v2，滚筒转速b1、b2和刮板转速h1、h2作为第一露采机和第二露采机初始运行工作参数。
[0128]
同时通过历史试验测试，对第一露采机和第二露采机进行模拟测试，得出不同施工工艺对应的工作参数，得到施工工艺系数与工作参数的对应关系，建立施工工艺系数数据库，即当得出工作参数时，则可以得出露采机对应的施工工艺，其余设备也同样建立相同的数据库，可以根据工作参数得出对应的施工工艺。
[0129]
露采机的施工能力为：
[0130]f11
＝t1*l1*c
1-b1*h1*γ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0131]f12
＝t2*l2*c
2-b2*h2*γ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0132]
式中：f
11
，f
12
分别为第一露采机的施工能力和第二露采机的施工能力；t1，t2为第一露采机和第二露采机平均日生产时间；l1，l2为第一露采机和第二露采机对应的工作面长度；c1，c2为第一露采机和第二露采机的回采率；b1，b2为第一露采机和第二露采机的滚筒转速；h1，h2为第一露采机和第二露采机的刮板转速；γ为煤的容量；
[0133]
对第一组施工设备和第二组施工设备进行工作能力匹配，通过下式进行匹配计算：
[0134][0135][0136]
式中：f
11
，f
12
分别为第一露采机和第二露采机的施工能力；
[0137]
i为第一组施工设备的设备种类，i取1～4，分别对应第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机和第一履带式卸料车；
[0138]
j为第二组施工设备的设备种类，j取1～2，分别对应第二双回转转载机和第二履带式卸料车；
[0139]
x
1i
，x
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的数量；
[0140]c1i
，c
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的施工工作系数；设备基本施工工作参数标定为1，设备实际工作参数与设备基本施工工作参数相除，得出设备施工工作系数，取值为正数；
[0141]q1i
，q
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的施工速度；
[0142]
t
1i
，t
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的有效施工时间；指的是施工设备正常施工时间，应考虑减去设备待机、检修时间；
[0143]k1i
，k
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的利用率；
[0144]w1i
，w
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的时间利用率；
[0145]b1i
，b
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的煤层损耗率。
[0146]
通过上式(8)和(9)得出各施工设备的c
1i
，c
2j
，并通过基本施工工作参数得出实际工作参数；其中，第一双回转转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速、回转速度；第一一字型转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速；第二一字型转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速；第一履带式卸料车工作参数包括行走速度、皮带转速、俯仰速度；第二双回转转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速、回转速度；第二履带式卸料车工作参数包括行走速度、皮带转速、俯仰速度；同时根据各设备的工作参数得出对应的施工工艺。
[0147]
第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力为：
[0148][0149][0150]
式中：f
31
，f
41
分别为第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力；
[0151]
x
14
，x
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的数量；
[0152]c14
，c
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工工作系数；设备基本施工工作参数标定为1，设备实际运行工作参数与设备基本施工参数相除，得出设备施工工作系数，取值为正数；
[0153]q14
，q
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工速度；
[0154]
t
14
，t
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的有效施工时间；
[0155]
第三组施工设备进行工作能力匹配，通过下式进行匹配计算：
[0156][0157]
式中：f
31
，f
41
分别为第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力；
[0158]
k为第三组施工设备的设备种类，k取1～4，分别对应煤仓、固定式皮带机、端帮大倾角带式输送机、移置式皮带机；
[0159]
x
3k
对应第三组施工设备的数量；
[0160]c3k
对应第三组施工设备的施工工作系数；设备基本施工工作参数标定为1，设备实际工作参数与设备基本施工工作参数相除，得出设备施工工序系数，取值为正数；
[0161]q3k
对应第三组施工设备的施工速度
[0162]
t
3k
对应第三组施工设备的有效施工时间；
[0163]k3k
对应第三组施工设备的利用率；
[0164]w3k
对应第三组施工设备的时间利用率；
[0165]b3k
对应第三组施工设备的煤层损耗率；
[0166]
通过公式(12)得出各施工设备的c
3k
，并通过基本施工工作参数得出实际工作参数；煤仓工作参数包括皮带转速；固定式皮带机工作参数包括皮带转速；端帮大倾角带式输送机作参数包括皮带转速；移置式皮带机工作参数包括煤体流速；并进行实时调节；同时可以根据施工工艺系数数据库，利用工作参数得出对应的施工工艺。
[0167]
全连续开采系统内各设备通过局域网与控制平台实现数据交互。
[0168]
控制平台能将其得到的各施工设备的施工工作参数与施工工艺系数输出给各施工设备，各施工设备采用得到工作参数进行工作。
[0169]
该控制平台还包括远程交互模块，远程交互模块能通过人工进行远程控制以对施工设备的施工工作参数进行人工微调，整个控制平台可保证全连续开采系统的各设备运行参数系数按照实际工况自主调节，也可人工进行远程交互微调。
[0170]
全连续开采系统中，如图1所示：
[0171]
固定式皮带机设在煤层边帮外侧，煤仓设在固定式皮带机末端；
[0172]
移置式皮带机与固定式皮带机垂直相连，移置式皮带机沿煤层工作面开采长度方向设置，并位于下煤层顶部；
[0173]
第一组施工设备和第二组施工设备分别位于移置式皮带机两侧，第一露采机和第
一组施工设备沿煤层底板，第二露采机和第二组施工设备沿上层煤底部，相向往复截割采煤工作面，形成上、下煤层同时连续开采；
[0174]
第一履带式卸料车跨骑在移置式皮带机上，第一露采机、第一双回转转载机和第一一字型转载机对接布置于煤层底板位置，第二一字型转载机布置于下煤层顶部，与移置式皮带机处于同一平面，第一露采机沿煤层底板采煤，将开采的煤料依次通过第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机对接运输、转载至第一履带式卸料车；第二履带式卸料车跨骑在移置式皮带机上，第二露采机沿上层煤底部采煤，将开采的煤料通过第二双回转转载机运输、转载至第二履带式卸料车；端帮大倾角带式输送机沿采煤工作面起伏的地势铺设以将煤料从坑底提升至地面，再转运至固定式皮带机；从而实现将上、下煤层开采的煤料统一运输汇合至移置式皮带机上，然后通过端帮大倾角带式输送机和固定皮带机运送至煤仓。
[0175]
本发明还提供一种露天煤矿全连续开采系统的控制方法，该控制方法通过上述露天煤矿全连续开采系统的控制平台实现，控制方法用于调整全连续开采系统各施工设备的运行参数和工艺，保证施工过程的自主调节，无需人工干预，如图2所示，包括以下步骤：
[0176]
步骤1，露天煤矿全连续开采系统通过常规上、下煤层同时开采工艺布置方式完成各施工设备的初始布置后，使全连续开采系统各设备达到初始施工条件，同时完成各设备的安全检查和性能测试，保证施工设备达到施工条件；
[0177]
步骤2，岩性探测模块探测露采机截割齿力学特性和待采区煤层特性，计算得出作业环境综合数据值；第一露采机和第二露采机的工作参数通过作业环境综合数据值进行对比计算，得出对应的工作参数，同时得出对应的施工工艺；
[0178]
步骤3，转载控制模块对第一露采机和第二露采机的工作参数进行识别得到其对应的施工能力，进而对第一组施工设备和第二组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的工作参数，根据工作参数得出对应的施工工艺；
[0179]
步骤4，运移控制模块进行工作对第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的工作参数进行识别得到其对应的施工能力，进而对第三组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的工作参数，根据工作参数得出对应的施工工艺；
[0180]
步骤5，全连续开采系统各施工设备同时进行匹配施工，同时人工利用远程交互模块对其中设备工作参数进行微调；
[0181]
步骤6，岩性探测模块间隔固定时间进行采集数据，得出新的作业环境信息，从而对整个开采系统各设备施工工作参数进行调整，对工作参数与施工工艺进行更新。

技术特征：
1.一种露天煤矿全连续开采系统的控制平台，全连续开采系统包括第一露采机、第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机、第一履带式卸料车、第二露采机、第二双回转转载机、第二履带式卸料车、移置式皮带机、端帮大倾角带式输送机、固定式皮带机和煤仓；其中，第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机和第一履带式卸料车组成第一组施工设备，第二双回转转载机和第二履带式卸料车组成第二组施工设备，煤仓、固定式皮带机、端帮大倾角带式输送机和移置式皮带机组成第三组施工设备；其特征在于，该控制平台包括岩性探测模块、露采机控制模块、转载控制模块和运移控制模块；所述岩性探测模块用于探测露采机截割齿力学特性和待采区煤层特性以得到截割齿力学综合数据值和煤层特性综合数据值，从而获取初始作业环境信息并计算作业环境综合数据值；所述露采机控制模块用于对获取的作业环境综合数据值进行处理，得到露采机工作参数并进行实时调节；露采机工作参数包括大臂截割速度、滚筒转速和刮板转速；所述转载控制模块用于对露采机工作参数进行识别得到露采机的施工能力，进而对第一组施工设备和第二组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的工作参数，并进行实时调节；其中，第一组施工设备的工作能力根据第一露采机进行匹配，第二组施工设备的工作能力根据第二露采机进行匹配；所述运移控制模块用于对第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的工作参数进行识别得到第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力，进而对第三组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的运行参数，并进行实时调节。2.如权利要求1所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台，其特征在于，所述截割齿力学综合数据值为：式中：q1为截割齿力学综合数据值，n；c1、c2、c3、c4为变量系数，均为0～3之间的实数；a、b、c、d为调节系数，根据露天煤矿现场条件进行取值，均为0～2之间的实数；f1为钻进力，n；f2为切向力，n；f3为摩擦阻力，n；f4为振动扭矩，n
·
m；r为第一露采机和第二露采机截割齿半径，m；所述煤层特性综合数据值为：q2＝x1·
x1+x2·
y2+x3·
z3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中：q2为煤层特性综合数据值，x1，x2，x3分别为加权系数，根据露天煤矿现场条件进行取值，均为0～1之间的实数；且x1+2+3＝1，x1为煤层抗压强度，mpa；x2为煤层抗剪强度，mpa，x3为煤层抗拉强度，mpa；所述作业环境综合数据值为：q＝m1·
q1+m2·
q2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：q1为截割齿力学综合数据值，q2为煤层特性综合数据值；m1为截割齿单位调节系数，m2为煤层特性单位调节系数，均为0～1之间的实数，根据露天煤矿现场条件进行取值。3.如权利要求2所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台，其特征在于，所述露采机
截割齿承受的钻进力、切向力、摩擦阻力和振动扭矩，以及煤层抗压强度、煤层抗剪强度和煤层抗拉强度，分别通过在露采机截割齿上均布的力学传感器和煤层剪切仪测得。4.如权利要求2所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台，其特征在于，定义作业环境综合数据值满足下式：境综合数据值满足下式：上式中，q为作业环境综合数据值；m为全连续开采系统的总施工能力；q
γ1
，q
γ2
为第一露采机和第二露采机对应的日产量；l1，l2为第一露采机和第二露采机对应的工作面长度；i1，i2为第一露采机和第二露采机割煤速度与空刀牵引速度之比；v1，v2为第一露采机和第二露采机大臂截割速度；t1，t2为第一露采机和第二露采机平均日生产时间；c1，c2为第一露采机和第二露采机的回采率；b1，b2为第一露采机和第二露采机的滚筒转速；h1，h2为第一露采机和第二露采机的刮板转速；γ为煤的容量；求解上式(4)和(5)，得出最优的大臂截割速度v1、v2，滚筒转速b1、b2和刮板转速h1、h2作为第一露采机和第二露采机运行工作参数。5.如权利要求4所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台，其特征在于，所述露采机的施工能力为：f
11
＝t1*l1*c
1-b1*h1*γ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)f
12
＝t2*l2*c
2-b2*h2*γ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式中：f
11
，f
12
分别为第一露采机的施工能力和第二露采机的施工能力；t1，t2为第一露采机和第二露采机平均日生产时间；l1，l2为第一露采机和第二露采机对应的工作面长度；c1，c2为第一露采机和第二露采机的回采率；b1，b2为第一露采机和第二露采机的滚筒转速；h1，h2为第一露采机和第二露采机的刮板转速；γ为煤的容量；对第一组施工设备和第二组施工设备进行工作能力匹配，通过下式进行匹配计算：对第一组施工设备和第二组施工设备进行工作能力匹配，通过下式进行匹配计算：式中：f
11
，f
12
分别为第一露采机和第二露采机的施工能力；i为第一组施工设备的设备种类，i取1～4，分别对应第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机和第一履带式卸料车；j为第二组施工设备的设备种类，j取1～2，分别对应第二双回转转载机和第二履带式卸料车；x
1i
，x
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的数量；c
1i
，c
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的施工工作系数；设备基本施工工
作参数标定为1，设备实际工作参数与设备基本施工工作参数相除，得出设备施工工作系数，取值为正数；q
1i
，q
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的施工速度；t
1i
，t
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的有效施工时间；k
1i
，k
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的利用率；w
1i
，w
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的时间利用率；b
1i
，b
2j
分别对应第一组施工设备和第二组施工设备的煤层损耗率。通过上式(8)和(9)得出各施工设备的c
1i
，c
2j
，并通过基本施工工作参数得出实际工作参数；其中，第一双回转转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速、回转速度；第一一字型转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速；第二一字型转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速；第一履带式卸料车工作参数包括行走速度、皮带转速、俯仰速度；第二双回转转载机工作参数包括行走速度、皮带机转速、回转速度；第二履带式卸料车工作参数包括行走速度、皮带转速、俯仰速度；同时根据各设备的工作参数得出对应的施工工艺。6.如权利要求5所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台，其特征在于，所述第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力为：带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力为：式中：f
31
，f
41
分别为第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力；x
14
，x
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的数量；c
14
，c
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工工作系数；q
14
，q
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工速度；t
14
，t
22
分别对应第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的有效施工时间；第三组施工设备进行工作能力匹配，通过下式进行匹配计算：式中：f
31
，f
41
分别为第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的施工能力；k为第三组施工设备的设备种类，k取1～4，分别对应煤仓、固定式皮带机、端帮大倾角带式输送机、移置式皮带机；x
3k
对应第三组施工设备的数量；c
3k
对应第三组施工设备的施工工作系数；设备基本施工工作参数标定为1，设备实际工作参数与设备基本施工工作参数相除，得出设备施工工序系数，取值为正数；q
3k
对应第三组施工设备的施工速度；t
3k
对应第三组施工设备的有效施工时间；k
3k
对应第三组施工设备的利用率；w
3k
对应第三组施工设备的时间利用率；b
3k
对应第三组施工设备的煤层损耗率；通过公式(12)得出各施工设备的c
3k
，并通过基本施工工作参数得出实际工作参数；煤仓工作参数包括皮带转速；固定式皮带机工作参数包括皮带转速；端帮大倾角带式输送机
作参数包括皮带转速；移置式皮带机工作参数包括煤体流速；并进行实时调节；利用工作参数得出对应的施工工艺。7.如权利要求6所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台，其特征在于，所述全连续开采系统内各设备通过局域网与所述控制平台实现数据交互。8.如权利要求7所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台，其特征在于，所述控制平台能将其得到的各施工设备的施工工作参数与施工工艺输出给各施工设备，各施工设备采用得到工作参数进行工作。9.如权利要求6所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台，其特征在于，该控制平台还包括远程交互模块，远程交互模块能通过人工进行远程控制以对施工设备的施工工作参数进行人工微调。10.如权利要求1所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台，其特征在于，所述全连续开采系统中：所述固定式皮带机设在煤层边帮外侧，煤仓设在固定式皮带机末端；所述移置式皮带机与固定式皮带机垂直相连，移置式皮带机沿煤层工作面开采长度方向设置，并位于下煤层顶部；第一组施工设备和第二组施工设备分别位于移置式皮带机两侧，第一露采机和第一组施工设备沿煤层底板，第二露采机和第二组施工设备沿上层煤底部，相向往复截割采煤工作面，形成上、下煤层同时连续开采；所述第一履带式卸料车跨骑在移置式皮带机上，第一露采机、第一双回转转载机和第一一字型转载机对接布置于煤层底板位置，第二一字型转载机布置于下煤层顶部，与移置式皮带机处于同一平面，第一露采机沿煤层底板采煤，将开采的煤料依次通过第一双回转转载机、第一一字型转载机、第二一字型转载机对接运输、转载至第一履带式卸料车；所述第二履带式卸料车跨骑在移置式皮带机上，第二露采机沿上层煤底部采煤，将开采的煤料通过第二双回转转载机运输、转载至第二履带式卸料车；所述端帮大倾角带式输送机沿采煤工作面起伏的地势铺设以将煤料从坑底提升至地面，再转运至固定式皮带机；从而实现将上、下煤层开采的煤料统一运输汇合至移置式皮带机上，然后通过端帮大倾角带式输送机和固定皮带机运送至煤仓。11.一种露天煤矿全连续开采系统的控制方法，其特征在于，该控制方法通过权利要求9所述的露天煤矿全连续开采系统的控制平台实现，包括以下步骤：步骤1，露天煤矿全连续开采系统通过上、下煤层同时开采工艺布置方式完成各施工设备的初始布置后，使全连续开采系统各设备达到初始施工条件，同时完成各设备的安全检查和性能测试，保证施工设备达到施工条件；步骤2，岩性探测模块探测露采机截割齿力学特性和待采区煤层特性，计算得出作业环境综合数据值；第一露采机和第二露采机的工作参数通过作业环境综合数据值进行对比计算，得出对应的工作参数，同时得出对应的施工工艺；步骤3，转载控制模块对第一露采机和第二露采机的工作参数进行识别得到其对应的施工能力，进而对第一组施工设备和第二组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的工作参数，根据工作参数得出对应的施工工艺；步骤4，运移控制模块进行工作对第一履带式卸料车和第二履带式卸料车的工作参数
进行识别得到其对应的施工能力，进而对第三组施工设备进行工作能力匹配，得到各施工设备的工作参数，根据工作参数得出对应的施工工艺；步骤5，全连续开采系统各施工设备同时进行匹配施工，同时人工利用远程交互模块对其中设备工作参数进行微调；步骤6，岩性探测模块间隔固定时间进行采集数据，得出新的作业环境信息，从而对整个开采系统各设备施工工作参数进行调整，对工作参数与施工工艺进行更新。

技术总结
本发明公开了一种露天煤矿全连续开采系统的控制平台及控制方法，包括岩性探测模块、露采机控制模块、转载控制模块、运移控制模块和远程交互模块，该控制方法能够自主控制完成露天煤矿的全连续高效开采及后配套施工作业，实现各施工设备的智能化施工，自主调节施工参数与工艺系数，独立完成采煤及后配套全部施工作业，人工可远程控制。本发明自动化施工效率高，作业精度高，并可相互配合快速完成施工作业，为大型露天煤矿全连续开采施工提供理论依据。据。据。


技术研发人员：胡小刚 李旭涛 刘志明 刘朝 薛建勇 张世明 贺海波
受保护的技术使用者：中煤科工集团信息技术有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/8/9