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)場景、工作面設備、角色登錄和違章數(shù)據(jù)庫組成，所述采煤工作面作業(yè)場景由巷道布置系統(tǒng)、煤層頂板、煤層、煤層底板和采空區(qū)組成；所述工作面設備由帶式輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、采煤機、刮板運輸機、液壓支架、端頭液壓支架、單體液壓支柱、絞接頂梁、監(jiān)測/監(jiān)控設備組成；所述角色登錄由事件觸發(fā)員與工種組成。本發(fā)明操作簡單，系統(tǒng)運行方式新穎，提高了煤礦工人技術(shù)培訓和高校采礦工程專業(yè)學生學習過程中的趣味性；克服了高危行業(yè)無法進行實驗的困難，例如采煤工作面瓦斯爆炸事故仿真模擬；降低了高校實踐教學環(huán)節(jié)的教學成本。
【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)主要是利用模型復現(xiàn)實際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，并通過對系統(tǒng)模型的實驗來研究存在的或設計中的系統(tǒng)，又稱模擬。采煤仿真系統(tǒng)是通過計算機建立仿真模型，真實再現(xiàn)采煤過程中各工種之間的相互配合，設備之間的協(xié)調(diào)操作過程，并通過仿真揭示采煤過程中由于采動等多種因素影響所導致運輸巷道、回風巷道、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，這些事故的實驗危險性大，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，以及對井下其它作業(yè)地點人員和巷道系統(tǒng)的影響。
[0003]采煤仿真系統(tǒng)大概有三種:一種是采煤機控制仿真，一種是采煤工藝仿真，還一種是采煤工程教學培訓仿真。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，采煤機控制仿真主要模擬采煤機控制面板，以電子屏幕展示采煤機的啟動、運轉(zhuǎn)與停止，達到交互操作的目的。這些仿真系統(tǒng)難以表達工種之間的相互配合，設備操作與運轉(zhuǎn)時對周圍環(huán)境的影響，特別是由于人為因素而導致的煤礦安全事故。

【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，它操作簡單，交互性好，系統(tǒng)運行方式新穎，能夠滿足煤礦工人培訓、高校采礦工程專業(yè)教學的需求。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(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)場景、工作面設備、角色登錄和違章數(shù)據(jù)庫組成，其中:
[0007]所述采煤工作面作業(yè)場景由巷道布置系統(tǒng)、煤層頂板、煤層、煤層底板和采空區(qū)組成；
[0008]所述工作面設備由帶式輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、采煤機、刮板運輸機、液壓支架、端頭液壓支架、單體液壓支柱、絞接頂梁、監(jiān)測/監(jiān)控設備組成；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)場景與工作面設備進行關(guān)聯(lián)，當工作面設備發(fā)出動作后，工作面作業(yè)場景要實時變化；
[0010]所述工作面設備主要用于仿真當操作人員通過計算機鍵盤和鼠標向系統(tǒng)內(nèi)仿真人發(fā)出操作指令后能夠完成的基本動作；
[0011]所述角色登錄主要完成操作人員登錄系統(tǒng)時的角色劃分，由于系統(tǒng)內(nèi)被控仿真人與登錄操作人員一對一綁定，每一名以工種角色登錄的操作人員對應系統(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)舛然謴汀⒒馂氖鹿?、頂板事故和瓦斯爆炸事故等。當觸發(fā)特定事件后，采煤工作面作業(yè)場景、監(jiān)測/監(jiān)控設備、采煤機、煤層、煤層頂板、刮板運輸機、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)生的實際過程；
[0012]所述違章數(shù)據(jù)庫用于存儲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，當操作人員操作仿真人進行工作并發(fā)生違章時，系統(tǒng)會從違章數(shù)據(jù)庫中提取違章信息，給出提示信息，并根據(jù)違章的類型及嚴重程度進行扣分，所扣分數(shù)存入操作人員扣分成績中，當完成整個回采工藝后，系統(tǒng)根據(jù)扣分成績給出每名操作人員的成績。
[0013]一種利用上述仿真系統(tǒng)進行協(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)由角色登錄進行系統(tǒng)登錄，登錄時選擇事件觸發(fā)員角色或工種角色，登錄系統(tǒng)后首先進行交接班，在交接班過程中明確操作人員的具體工作任務，并由班長負責下達具體工作計劃，每名操作人員接收具體工作任務后，操作仿真人進入工作面工作場景，到達工作面后各行其職；
[0015]采煤機、刮板運輸機、破碎機、轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機由相關(guān)操作人員通過鼠標和鍵盤指揮仿真人負責開啟，設備啟動后進行采煤作業(yè)，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫自動判別設備啟動順序，如果啟動順序不正確，系統(tǒng)給出提示信息后可重新啟動設備，并對相關(guān)操作人員進行扣分，同時扣分成績存入數(shù)據(jù)庫中；
[0016]當采煤機啟動割煤后，其他工種配合作業(yè)，各工種間配合的邏輯關(guān)系存儲于違章數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)能夠根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫中的邏輯關(guān)系，對操作人員進行打分，當完成一整班采煤作業(yè)后，系統(tǒng)給出各操作人員成績；
[0017]當觸發(fā)事件后，系統(tǒng)根據(jù)事件類型對工作面作業(yè)場景和工作面設備進行仿真，同時，操作人員控制仿真人對相關(guān)事件進行處理，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)對相關(guān)操作人員進行打分。
[0018]本發(fā)明操作簡單，系統(tǒng)運行方式新穎，提高了煤礦工人技術(shù)培訓和高校采礦工程專業(yè)學生學習過程中的趣味性；克服了高危行業(yè)無法進行實驗的困難，例如采煤工作面瓦斯爆炸事故仿真模擬；降低了高校實踐教學環(huán)節(jié)的教學成本。
【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。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進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，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[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)場景1、工作面設備2、角色登錄3和違章數(shù)據(jù)庫26組成。其中，所述采煤工作面作業(yè)場景由巷道布置系統(tǒng)4、煤層頂板5、煤層6、煤層底板7和采空區(qū)8組成；工作面設備由帶式輸送機9、轉(zhuǎn)載機10、破碎機11、采煤機12、刮板運輸機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/監(jiān)控設備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?2、火災事故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，例如采煤機司機、轉(zhuǎn)載機司機、移架工等。
[0023]工作面作業(yè)場景I主要仿真工人作業(yè)環(huán)境。工作面作業(yè)場景I要與工作面設備2進行關(guān)聯(lián)，當工作面設備2發(fā)出動作后，工作面作業(yè)場景I要實時變化，例如當采煤機12割煤時，煤層6、煤層頂板5和采空區(qū)8都要根據(jù)實際采煤時進行仿真。
[0024]工作面設備2主要仿真當被控仿真人接收操作人員指令后能夠完成的基本動作，例如采煤機司機仿真人接收到操作人員開啟采煤機12指令后，采煤機12可以進行割煤。當采煤機12進行割煤時，刮板運輸機13、破碎機11、轉(zhuǎn)載機10和帶式輸送機9仿真設備的工作過程；當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按照指令做出動作，當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?2、火災事故23、頂板事故24和瓦斯爆炸事故25。當觸發(fā)特定事件后，工作面的監(jiān)測/監(jiān)控設備18、采煤機12、煤層6、煤層頂板5、刮板運輸機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)生的實際過程。
[0026]違章數(shù)據(jù)庫26存儲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，當操作人員操作仿真人進行工作并發(fā)生違章時，系統(tǒng)會從違章數(shù)據(jù)庫中提取違章信息，給出提示信息，并根據(jù)違章的類型及嚴重程度進行扣分，所扣分數(shù)存入操作人員扣分成績中。當完成整個回采工藝后，系統(tǒng)根據(jù)扣分成績給出每名操作人員的成績。
[0027]利用上述系統(tǒng)進行協(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進行系統(tǒng)登錄，登錄時選擇事件觸發(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)實際采煤作業(yè)人員設定。登錄系統(tǒng)后首先進行交接班，在交接班過程中明確操作人員的具體工作任務，并由班長負責下達具體工作計劃，每名操作人員接收具體工作任務后，操作仿真人進入工作面工作場景1，到達工作面后各行其職。
[0029]采煤機12、刮板運輸機13、破碎機11、轉(zhuǎn)載機10、帶式輸送機9由相關(guān)登錄人員負責開啟，設備啟動后進行采煤作業(yè)，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫自動判別設備啟動順序，如果啟動順序不正確，系統(tǒng)給出提示信息后可重新啟動設備，并對相關(guān)操作人員進行扣分，同時扣分成績存入數(shù)據(jù)庫中。
[0030]當采煤機12啟動割煤后，其他工種配合作業(yè)，例如支架工負責移工作面、刮板運輸機13和端頭液壓支架15，支柱工則負責運輸平巷和回風平巷超前支護的單體液壓支柱16和絞接頂梁17的支回工作，各工種間配合的邏輯關(guān)系存儲于違章數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)能夠根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫中的邏輯關(guān)系，對操作人員進行打分。當完成一整班采煤作業(yè)后，系統(tǒng)給出各操作人員成績。
[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?2、火災事故23、頂板事故24和瓦斯爆炸25。當觸發(fā)事件后，系統(tǒng)根據(jù)事件類型對工作面作業(yè)場景I和工作面設備2進行仿真，例如觸發(fā)火災事故后，采空區(qū)8有煙冒出，監(jiān)測/監(jiān)控設備18顯示數(shù)據(jù)發(fā)生變化。當事件觸發(fā)后，操作人員控制系統(tǒng)仿真人對相關(guān)事件進行處理，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)對操作人員進行打分。
[0032]上述協(xié)同式交互采煤作業(yè)仿真系統(tǒng)在使用時通過局域網(wǎng)實現(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)場景、工作面設備、角色登錄和違章數(shù)據(jù)庫組成，其中: 所述采煤工作面作業(yè)場景由巷道布置系統(tǒng)、煤層頂板、煤層、煤層底板和采空區(qū)組成；所述工作面設備由帶式輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、采煤機、刮板運輸機、液壓支架、端頭液壓支架、單體液壓支柱、絞接頂梁、監(jiān)測/監(jiān)控設備組成； 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)場景與工作面設備進行關(guān)聯(lián)，當工作面設備發(fā)出動作后，工作面作業(yè)場景要實時變化； 所述工作面設備主要用于仿真當操作人員通過計算機鍵盤和鼠標向系統(tǒng)內(nèi)仿真人發(fā)出操作指令后能夠完成的基本動作； 所述角色登錄主要完成操作人員登錄系統(tǒng)時的角色劃分，每一名以工種角色登錄的操作人員對應系統(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，當觸發(fā)特定事件后，采煤工作面作業(yè)場景、監(jiān)測/監(jiān)控設備、采煤機、煤層、煤層頂板、刮板運輸機、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)生的實際過程； 所述違章數(shù)據(jù)庫用于存儲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，當操作人員操作仿真人進行工作并發(fā)生違章時，系統(tǒng)會從違章數(shù)據(jù)庫中提取違章信息，給出提示信息，并根據(jù)違章的類型及嚴重程度進行扣分，所扣分數(shù)存入操作人員扣分成績中，當完成整個回采工藝后，系統(tǒng)根據(jù)扣分成績給出每名操作人員的成績。
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)由角色登錄進行系統(tǒng)登錄，登錄時選擇事件觸發(fā)員角色或工種角色，登錄系統(tǒng)后首先進行交接班，在交接班過程中明確操作人員的具體工作任務，并由班長負責下達具體工作計劃，每名操作人員接收具體工作任務后，操作仿真人進入工作面工作場景，到達工作面后各行其職； 采煤機、刮板運輸機、破碎機、轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機由相關(guān)操作人員負責開啟，設備啟動后進行采煤作業(yè)，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫自動判別設備啟動順序，如果啟動順序不正確，系統(tǒng)給出提示信息后可重新啟動設備，并對相關(guān)操作人員進行扣分，同時扣分成績存入數(shù)據(jù)庫中； 當采煤機啟動割煤后，其他工種配合作業(yè)，各工種間配合的邏輯關(guān)系存儲于違章數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)能夠根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫中的邏輯關(guān)系，對操作人員進行打分，當完成一整班采煤作業(yè)后，系統(tǒng)給出各操作人員成績； 當觸發(fā)事件后，系統(tǒng)根據(jù)事件類型對工作面作業(yè)場景和工作面設備進行仿真，同時，操作人員控制系統(tǒng)仿真人對相關(guān)事件進行處理，系統(tǒng)根據(jù)違章數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)對相關(guān)操作人員進行打分。
【文檔編號】E21C41/18GK103939100SQ201410168263
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】張國華, 康健, 董長吉, 劉永立, 秦濤, 劉志軍, 林井祥, 蘭永偉, 陳剛, 李興偉, 金珠鵬 申請人:黑龍江科技大學