協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)及其方法，所述系統(tǒng)由采煤工作面作業(yè)場(chǎng)景、工作面設(shè)備、角色登錄和違章數(shù)據(jù)庫(kù)組成，所述采煤工作面作業(yè)場(chǎng)景由巷道布置系統(tǒng)、煤層頂板、煤層、煤層底板和采空區(qū)組成；所述工作面設(shè)備由帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架、端頭液壓支架、單體液壓支柱、絞接頂梁、監(jiān)測(cè)/監(jiān)控設(shè)備組成；所述角色登錄由事件觸發(fā)員與工種組成。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行方式新穎，提高了煤礦工人技術(shù)培訓(xùn)和高校采礦工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的趣味性；克服了高危行業(yè)無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的困難，例如采煤工作面瓦斯爆炸事故仿真模擬；降低了高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)成本。
【專利說明】協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于采煤作業(yè)仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]仿真系統(tǒng)主要是利用模型復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，并通過對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)，又稱模擬。采煤仿真系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)建立仿真模型，真實(shí)再現(xiàn)采煤過程中各工種之間的相互配合，設(shè)備之間的協(xié)調(diào)操作過程，并通過仿真揭示采煤過程中由于采動(dòng)等多種因素影響所導(dǎo)致運(yùn)輸巷道、回風(fēng)巷道、煤層以煤層頂板的受力變化情況。由于采煤過程中可能發(fā)生瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出等事故，這些事故的實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性大，仿真是一種特別有效的研究手段，通過仿真的方法能夠表達(dá)采煤作業(yè)事故發(fā)生的原因、過程和造成的破壞結(jié)果，以及對(duì)井下其它作業(yè)地點(diǎn)人員和巷道系統(tǒng)的影響。
[0003]采煤仿真系統(tǒng)大概有三種:一種是采煤機(jī)控制仿真，一種是采煤工藝仿真，還一種是采煤工程教學(xué)培訓(xùn)仿真。目前現(xiàn)有的采煤仿真系統(tǒng)主要以演示為主，交互操作少，采煤機(jī)控制仿真主要模擬采煤機(jī)控制面板，以電子屏幕展示采煤機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)與停止，達(dá)到交互操作的目的。這些仿真系統(tǒng)難以表達(dá)工種之間的相互配合，設(shè)備操作與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響，特別是由于人為因素而導(dǎo)致的煤礦安全事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)及其方法，它操作簡(jiǎn)單，交互性好，系統(tǒng)運(yùn)行方式新穎，能夠滿足煤礦工人培訓(xùn)、高校采礦工程專業(yè)教學(xué)的需求。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)，由采煤工作面作業(yè)場(chǎng)景、工作面設(shè)備、角色登錄和違章數(shù)據(jù)庫(kù)組成，其中:
[0007]所述采煤工作面作業(yè)場(chǎng)景由巷道布置系統(tǒng)、煤層頂板、煤層、煤層底板和采空區(qū)組成；
[0008]所述工作面設(shè)備由帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架、端頭液壓支架、單體液壓支柱、絞接頂梁、監(jiān)測(cè)/監(jiān)控設(shè)備組成；所述角色登錄由事件觸發(fā)員與工種組成；
[0009]所述工作面作業(yè)場(chǎng)景主要用于仿真煤礦井下采煤作業(yè)環(huán)境，工作面作業(yè)場(chǎng)景與工作面設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)，當(dāng)工作面設(shè)備發(fā)出動(dòng)作后，工作面作業(yè)場(chǎng)景要實(shí)時(shí)變化；
[0010]所述工作面設(shè)備主要用于仿真當(dāng)操作人員通過計(jì)算機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)向系統(tǒng)內(nèi)仿真人發(fā)出操作指令后能夠完成的基本動(dòng)作；
[0011]所述角色登錄主要完成操作人員登錄系統(tǒng)時(shí)的角色劃分，由于系統(tǒng)內(nèi)被控仿真人與登錄操作人員一對(duì)一綁定，每一名以工種角色登錄的操作人員對(duì)應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)一名仿真人，事件觸發(fā)員可以根據(jù)回采狀況觸發(fā)特定事件如上隅角瓦斯超限、瓦斯?jié)舛然謴?fù)、火災(zāi)事故、頂板事故和瓦斯爆炸事故等。當(dāng)觸發(fā)特定事件后，采煤工作面作業(yè)場(chǎng)景、監(jiān)測(cè)/監(jiān)控設(shè)備、采煤機(jī)、煤層、煤層頂板、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架、端頭液壓支架、單體液壓支柱、絞接頂梁和仿真人要仿真事故發(fā)生的實(shí)際過程；
[0012]所述違章數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)采煤工作面工人操作違章信息數(shù)據(jù)和操作人員扣分成績(jī)，當(dāng)操作人員操作仿真人進(jìn)行工作并發(fā)生違章時(shí)，系統(tǒng)會(huì)從違章數(shù)據(jù)庫(kù)中提取違章信息，給出提示信息，并根據(jù)違章的類型及嚴(yán)重程度進(jìn)行扣分，所扣分?jǐn)?shù)存入操作人員扣分成績(jī)中，當(dāng)完成整個(gè)回采工藝后，系統(tǒng)根據(jù)扣分成績(jī)給出每名操作人員的成績(jī)。
[0013]一種利用上述仿真系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真的方法，其步驟如下:
[0014]首先，根據(jù)實(shí)際采煤作業(yè)人員人數(shù)確定操作人員數(shù)量，并根據(jù)采煤作業(yè)工種分配通過局域網(wǎng)由角色登錄進(jìn)行系統(tǒng)登錄，登錄時(shí)選擇事件觸發(fā)員角色或工種角色，登錄系統(tǒng)后首先進(jìn)行交接班，在交接班過程中明確操作人員的具體工作任務(wù)，并由班長(zhǎng)負(fù)責(zé)下達(dá)具體工作計(jì)劃，每名操作人員接收具體工作任務(wù)后，操作仿真人進(jìn)入工作面工作場(chǎng)景，到達(dá)工作面后各行其職；
[0015]采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)由相關(guān)操作人員通過鼠標(biāo)和鍵盤指揮仿真人負(fù)責(zé)開啟，設(shè)備啟動(dòng)后進(jìn)行采煤作業(yè)，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)判別設(shè)備啟動(dòng)順序，如果啟動(dòng)順序不正確，系統(tǒng)給出提示信息后可重新啟動(dòng)設(shè)備，并對(duì)相關(guān)操作人員進(jìn)行扣分，同時(shí)扣分成績(jī)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0016]當(dāng)采煤機(jī)啟動(dòng)割煤后，其他工種配合作業(yè)，各工種間配合的邏輯關(guān)系存儲(chǔ)于違章數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)能夠根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫(kù)中的邏輯關(guān)系，對(duì)操作人員進(jìn)行打分，當(dāng)完成一整班采煤作業(yè)后，系統(tǒng)給出各操作人員成績(jī)；
[0017]當(dāng)觸發(fā)事件后，系統(tǒng)根據(jù)事件類型對(duì)工作面作業(yè)場(chǎng)景和工作面設(shè)備進(jìn)行仿真，同時(shí)，操作人員控制仿真人對(duì)相關(guān)事件進(jìn)行處理，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)操作人員進(jìn)行打分。
[0018]本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行方式新穎，提高了煤礦工人技術(shù)培訓(xùn)和高校采礦工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的趣味性；克服了高危行業(yè)無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的困難，例如采煤工作面瓦斯爆炸事故仿真模擬；降低了高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)模塊構(gòu)成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明提供的協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)由采煤工作面作業(yè)場(chǎng)景1、工作面設(shè)備2、角色登錄3和違章數(shù)據(jù)庫(kù)26組成。其中，所述采煤工作面作業(yè)場(chǎng)景由巷道布置系統(tǒng)4、煤層頂板5、煤層6、煤層底板7和采空區(qū)8組成；工作面設(shè)備由帶式輸送機(jī)9、轉(zhuǎn)載機(jī)10、破碎機(jī)11、采煤機(jī)12、刮板運(yùn)輸機(jī)13、液壓支架14、端頭液壓支架15、單體液壓支柱16、絞接頂梁17、監(jiān)測(cè)/監(jiān)控設(shè)備18等組成；角色登錄由事件觸發(fā)員19與工種20組成，事件觸發(fā)員19在系統(tǒng)中可以觸發(fā)上隅角瓦斯超限21、瓦斯?jié)舛然謴?fù)22、火災(zāi)事故23、頂板事故24和瓦斯爆炸25。
[0022]由于系統(tǒng)內(nèi)被控仿真人與登錄操作人員一對(duì)一綁定，一名操作人員只控制系統(tǒng)內(nèi)一名仿真人，角色登錄3主要完成登錄人員的角色劃分，除一名事件觸發(fā)員19外其他均為具體施工人員，例如采煤機(jī)司機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)司機(jī)、移架工等。
[0023]工作面作業(yè)場(chǎng)景I主要仿真工人作業(yè)環(huán)境。工作面作業(yè)場(chǎng)景I要與工作面設(shè)備2進(jìn)行關(guān)聯(lián)，當(dāng)工作面設(shè)備2發(fā)出動(dòng)作后，工作面作業(yè)場(chǎng)景I要實(shí)時(shí)變化，例如當(dāng)采煤機(jī)12割煤時(shí)，煤層6、煤層頂板5和采空區(qū)8都要根據(jù)實(shí)際采煤時(shí)進(jìn)行仿真。
[0024]工作面設(shè)備2主要仿真當(dāng)被控仿真人接收操作人員指令后能夠完成的基本動(dòng)作，例如采煤機(jī)司機(jī)仿真人接收到操作人員開啟采煤機(jī)12指令后，采煤機(jī)12可以進(jìn)行割煤。當(dāng)采煤機(jī)12進(jìn)行割煤時(shí)，刮板運(yùn)輸機(jī)13、破碎機(jī)11、轉(zhuǎn)載機(jī)10和帶式輸送機(jī)9仿真設(shè)備的工作過程；當(dāng)移架工仿真人接收操作人員指令后，液壓支架14和端頭液壓支架15按照指令做出動(dòng)作，當(dāng)支柱工仿真人接收操作人員指令后單體液壓支柱16和絞接頂梁17按照指令做出動(dòng)作。
[0025]事件觸發(fā)員19可以根據(jù)回采狀況觸發(fā)特定事件上隅角瓦斯超限21、瓦斯?jié)舛然謴?fù)22、火災(zāi)事故23、頂板事故24和瓦斯爆炸事故25。當(dāng)觸發(fā)特定事件后，工作面的監(jiān)測(cè)/監(jiān)控設(shè)備18、采煤機(jī)12、煤層6、煤層頂板5、刮板運(yùn)輸機(jī)13、液壓支架14、端頭液壓支架15、單體液壓支柱16、絞接頂梁17和仿真人要仿真事故發(fā)生的實(shí)際過程。
[0026]違章數(shù)據(jù)庫(kù)26存儲(chǔ)采煤工作面工人操作違章信息數(shù)據(jù)和操作人員扣分成績(jī)，當(dāng)操作人員操作仿真人進(jìn)行工作并發(fā)生違章時(shí)，系統(tǒng)會(huì)從違章數(shù)據(jù)庫(kù)中提取違章信息，給出提示信息，并根據(jù)違章的類型及嚴(yán)重程度進(jìn)行扣分，所扣分?jǐn)?shù)存入操作人員扣分成績(jī)中。當(dāng)完成整個(gè)回采工藝后，系統(tǒng)根據(jù)扣分成績(jī)給出每名操作人員的成績(jī)。
[0027]利用上述系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真的方法，其步驟如下:
[0028]首先，通過局域網(wǎng)由角色登錄3進(jìn)行系統(tǒng)登錄，登錄時(shí)選擇事件觸發(fā)員19角色或工種20角色，事件觸發(fā)員只限一名登錄人員，而工種20登錄人員數(shù)量則根據(jù)實(shí)際采煤作業(yè)人員設(shè)定。登錄系統(tǒng)后首先進(jìn)行交接班，在交接班過程中明確操作人員的具體工作任務(wù)，并由班長(zhǎng)負(fù)責(zé)下達(dá)具體工作計(jì)劃，每名操作人員接收具體工作任務(wù)后，操作仿真人進(jìn)入工作面工作場(chǎng)景1，到達(dá)工作面后各行其職。
[0029]采煤機(jī)12、刮板運(yùn)輸機(jī)13、破碎機(jī)11、轉(zhuǎn)載機(jī)10、帶式輸送機(jī)9由相關(guān)登錄人員負(fù)責(zé)開啟，設(shè)備啟動(dòng)后進(jìn)行采煤作業(yè)，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)判別設(shè)備啟動(dòng)順序，如果啟動(dòng)順序不正確，系統(tǒng)給出提示信息后可重新啟動(dòng)設(shè)備，并對(duì)相關(guān)操作人員進(jìn)行扣分，同時(shí)扣分成績(jī)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0030]當(dāng)采煤機(jī)12啟動(dòng)割煤后，其他工種配合作業(yè)，例如支架工負(fù)責(zé)移工作面、刮板運(yùn)輸機(jī)13和端頭液壓支架15，支柱工則負(fù)責(zé)運(yùn)輸平巷和回風(fēng)平巷超前支護(hù)的單體液壓支柱16和絞接頂梁17的支回工作，各工種間配合的邏輯關(guān)系存儲(chǔ)于違章數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)能夠根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫(kù)中的邏輯關(guān)系，對(duì)操作人員進(jìn)行打分。當(dāng)完成一整班采煤作業(yè)后，系統(tǒng)給出各操作人員成績(jī)。
[0031]事件觸發(fā)員19可以觸發(fā)上隅角瓦斯超限21、瓦斯?jié)舛然謴?fù)22、火災(zāi)事故23、頂板事故24和瓦斯爆炸25。當(dāng)觸發(fā)事件后，系統(tǒng)根據(jù)事件類型對(duì)工作面作業(yè)場(chǎng)景I和工作面設(shè)備2進(jìn)行仿真，例如觸發(fā)火災(zāi)事故后，采空區(qū)8有煙冒出，監(jiān)測(cè)/監(jiān)控設(shè)備18顯示數(shù)據(jù)發(fā)生變化。當(dāng)事件觸發(fā)后，操作人員控制系統(tǒng)仿真人對(duì)相關(guān)事件進(jìn)行處理，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)操作人員進(jìn)行打分。
[0032]上述協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)在使用時(shí)通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多人協(xié)同交互操作。
【權(quán)利要求】
1.一種協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)由采煤工作面作業(yè)場(chǎng)景、工作面設(shè)備、角色登錄和違章數(shù)據(jù)庫(kù)組成，其中: 所述采煤工作面作業(yè)場(chǎng)景由巷道布置系統(tǒng)、煤層頂板、煤層、煤層底板和采空區(qū)組成；所述工作面設(shè)備由帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架、端頭液壓支架、單體液壓支柱、絞接頂梁、監(jiān)測(cè)/監(jiān)控設(shè)備組成； 所述角色登錄由事件觸發(fā)員與工種組成； 所述工作面作業(yè)場(chǎng)景主要用于仿真煤礦井下采煤作業(yè)環(huán)境，工作面作業(yè)場(chǎng)景與工作面設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)，當(dāng)工作面設(shè)備發(fā)出動(dòng)作后，工作面作業(yè)場(chǎng)景要實(shí)時(shí)變化； 所述工作面設(shè)備主要用于仿真當(dāng)操作人員通過計(jì)算機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)向系統(tǒng)內(nèi)仿真人發(fā)出操作指令后能夠完成的基本動(dòng)作； 所述角色登錄主要完成操作人員登錄系統(tǒng)時(shí)的角色劃分，每一名以工種角色登錄的操作人員對(duì)應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)一名仿真人，事件觸發(fā)員可以根據(jù)回采狀況觸發(fā)特定事件，當(dāng)觸發(fā)特定事件后，采煤工作面作業(yè)場(chǎng)景、監(jiān)測(cè)/監(jiān)控設(shè)備、采煤機(jī)、煤層、煤層頂板、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架、端頭液壓支架、單體液壓支柱、絞接頂梁和仿真人要仿真事故發(fā)生的實(shí)際過程； 所述違章數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)采煤工作面工人操作違章信息數(shù)據(jù)和操作人員扣分成績(jī)，當(dāng)操作人員操作仿真人進(jìn)行工作并發(fā)生違章時(shí)，系統(tǒng)會(huì)從違章數(shù)據(jù)庫(kù)中提取違章信息，給出提示信息，并根據(jù)違章的類型及嚴(yán)重程度進(jìn)行扣分，所扣分?jǐn)?shù)存入操作人員扣分成績(jī)中，當(dāng)完成整個(gè)回采工藝后，系統(tǒng)根據(jù)扣分成績(jī)給出每名操作人員的成績(jī)。
2.一種利用權(quán)利要求1所述的協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真的方法，其步驟如下: 首先，根據(jù)實(shí)際采煤作業(yè)人員人數(shù)確定操作人員數(shù)量，并根據(jù)采煤作業(yè)工種分配通過局域網(wǎng)由角色登錄進(jìn)行系統(tǒng)登錄，登錄時(shí)選擇事件觸發(fā)員角色或工種角色，登錄系統(tǒng)后首先進(jìn)行交接班，在交接班過程中明確操作人員的具體工作任務(wù)，并由班長(zhǎng)負(fù)責(zé)下達(dá)具體工作計(jì)劃，每名操作人員接收具體工作任務(wù)后，操作仿真人進(jìn)入工作面工作場(chǎng)景，到達(dá)工作面后各行其職； 采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)由相關(guān)操作人員負(fù)責(zé)開啟，設(shè)備啟動(dòng)后進(jìn)行采煤作業(yè)，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)判別設(shè)備啟動(dòng)順序，如果啟動(dòng)順序不正確，系統(tǒng)給出提示信息后可重新啟動(dòng)設(shè)備，并對(duì)相關(guān)操作人員進(jìn)行扣分，同時(shí)扣分成績(jī)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中； 當(dāng)采煤機(jī)啟動(dòng)割煤后，其他工種配合作業(yè)，各工種間配合的邏輯關(guān)系存儲(chǔ)于違章數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)能夠根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫(kù)中的邏輯關(guān)系，對(duì)操作人員進(jìn)行打分，當(dāng)完成一整班采煤作業(yè)后，系統(tǒng)給出各操作人員成績(jī)； 當(dāng)觸發(fā)事件后，系統(tǒng)根據(jù)事件類型對(duì)工作面作業(yè)場(chǎng)景和工作面設(shè)備進(jìn)行仿真，同時(shí)，操作人員控制系統(tǒng)仿真人對(duì)相關(guān)事件進(jìn)行處理，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)操作人員進(jìn)行打分。
【文檔編號(hào)】E21C41/18GK103939100SQ201410168263
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】張國(guó)華, 康健, 董長(zhǎng)吉, 劉永立, 秦濤, 劉志軍, 林井祥, 蘭永偉, 陳剛, 李興偉, 金珠鵬 申請(qǐng)人:黑龍江科技大學(xué)