综采工作面三维激光扫描建模关键技术研究

作者：荣耀; 曹琼; 安晓宇; 温亮; 赵云飞

来源：工矿自动化, 2022, 48(10): 82-87.

DOI：10.13272/j.issn.1671-251x.2022060054

• 智能开采
• 透明工作面
• 自适应采煤
• 三维激光扫描
• 交线提取
• 标靶球检测
• 点云拼接

根据综采工作面三维激光扫描模型中煤壁与顶板交线信息，采煤机可自动调整滚筒截割高度，实现煤炭精准开采。现有技术实现了基于工作面激光点云的割煤顶板线自动提取，但提取结果不能直接应用于数字化自主割煤。针对该问题，提出了综采工作面三维激光扫描建模总体方案，并对煤壁与顶板交线提取、标靶球检测、点云拼接及坐标转换等关键技术进行了研究，实现了三维地质坐标系下煤壁与顶板交线信息的近实时获取，该信息可直接发送给采煤机滚筒，为采煤机下一刀截割提供数据参考。通过巡检机器人完成工作面扫描，获取巡检点云；基于煤壁与顶板交线的曲率特性，采用弦法向量法对煤壁与顶板交线进行粗提取；引入数据点法向量与邻域点法向量的夹角信息，通过阈值排除明显的非煤壁与顶板交线点。由于巡检点云与提取的交线信息均位于局部坐标系，通过定位标靶球检测和配准，完成机头点云、机尾点云与巡检点云的拼接，得到工作面联合点云。根据定位标靶球的三维地质坐标与局部坐标，得到坐标间的转换关系，通过坐标转换将联合点云转换到三维地质坐标系下，从而得到三维地质坐标系下的煤壁与顶板交线信息。井下工业性试验结果表明，采用综采工作面三维激光扫描技术提取煤壁与顶板交线的误差在10 cm以内，所有采样点中误差小于4 cm的采样点占比为50%，误差小于8 cm的采样点占比为96.67%。