融合综采装备姿态约束的采煤机截割路径规划方法研究

作     者：宋述阳 王世博 王赟 王丽杰 宋栋帅 

作者机构：中国矿业大学机电工程学院 智能采矿装备技术全国重点实验室 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 山西太重智能采矿装备技术有限公司 太重煤机有限公司 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：工信部项目资助(TC220A04W-1/167) 山西省揭榜挂帅重大科技项目资助(202301010101002) 

主　　题：采煤机 综采工作面 截割路径规划 多目标优化 NSGA-Ⅱ算法 

摘      要：采煤机截割路径规划是实现综采工作面智能化开采的关键问题之一。现有的采煤机截割路径规划技术对综采装备在截割空间的适应性考虑不全，缺乏综采装备对截割顶板和底板、工作面方向与工作面推进方向四个维度约束的综合考虑。针对此问题，本文提出一种融合煤层地质特征和综采装备姿态多维约束的采煤机截割路径规划方法。首先根据综采工作面开采工艺要求，建立了以液压支架、刮板输送机与采煤机姿态为约束条件的工作面截割空间约束模型，实现煤层顶底板异常区域搜索。然后构建以最小割矸量、最小漏采量为优化目标，以液压支架、刮板输送机与采煤机在截割空间的通过性与姿态限制为约束条件的异常区域优化模型，利用NSGA-Ⅱ算法求解最优截割路径。仿真实验结果表明，规划后整体割矸率为0.11%，采煤率可达99.78%，煤层顶底板截割规划路径平滑可靠，在煤层断层地质处，沿工作面与工作面推进方向截割规划路径均消除了断层现象，综采装备布置姿态得到有效改善，刮板输送机中部槽垂直弯曲度最大值由18°优化至2.5°，液压支架俯仰角范围由-10°～35°优化至-12°～8°，液压支架横滚角范围由0°～25°优化至-4°～12°，液压支架顶梁间距范围由-0.7m～0.8m优化至0m～0.18m，液压支架顶梁俯仰角由-20°～20°优化至-4°～4°，液压支架歪斜角度由-40°～40°优化至-5°～2°。所建立的方法能够实现在三维地质模型的基础上进行采煤机截割路径规划，有效提升采煤率、降低割矸率并且提升综采装备在截割空间的适应性，为智能化综采工作面高效常态化运行提供了可借鉴的技术手段。