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礦用開采設(shè)備智能導(dǎo)航系統(tǒng)

發(fā)布時間：2020.01.21

礦業(yè)開采

，尤其是煤炭開采，由于礦井下的情況復(fù)雜

，突發(fā)事件時有發(fā)生

，因此無論是開采面還是采掘巷道

，都是煤炭開采最重要

、最危險的前端生產(chǎn)環(huán)節(jié)

。其中

，巷道是井工煤礦開采的必要通道，是實現(xiàn)煤礦安全、高效開采的保障

。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國國有煤礦每年新掘進(jìn)巷道總長度達(dá)到12000km

，實現(xiàn)掘進(jìn)的智能化是未來發(fā)展的必由之路

。

由能源科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺推薦的《礦用開采設(shè)備智能導(dǎo)航系統(tǒng)》依托高精度激光陀螺儀和配套系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)開采設(shè)備的位置和姿態(tài)精準(zhǔn)定位

，實現(xiàn)單套系統(tǒng)閉環(huán)控制

。實測表明，該系統(tǒng)能夠滿足智能掘進(jìn)和無人掘進(jìn)的相關(guān)指標(biāo)要求

。另外

，該系統(tǒng)硬件在某實驗室采煤機(jī)上進(jìn)行了測試，連續(xù)工作12小時以上仍能保證刮板輸送機(jī)直線度測量精度優(yōu)于5cm

，同時系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)

。

一、項目背景

在綜采面研究的基礎(chǔ)之上

，進(jìn)行了綜掘工作面的智能化研究

。綜掘工作面的掘進(jìn)作業(yè)空間狹小、底板傾斜復(fù)雜

、載荷突變未知

，且掘進(jìn)作業(yè)過程中的煤巖性狀、裝備位姿

、作業(yè)工況參數(shù)難以獲取

，只能靠人工感覺和操控，自動化水平低

、操作人員多

，難以滿足綜掘工作面無人化掘進(jìn)的需求。受到地質(zhì)條件的制約

，我國絕大多數(shù)礦井以懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)為主

。實現(xiàn)掘-支同步，充分發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)的效率

，是未來發(fā)展的主要方向

。

準(zhǔn)確知道掘進(jìn)機(jī)的位置和姿態(tài)，截割頭的空間位置

，是實現(xiàn)自動截割的基本條件

。采用單套測姿系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制，是最佳方案

。

二

、系統(tǒng)組成

1.硬件主要包括：高精度激光陀螺儀、本安型防爆控制器、本安型阻燃電纜

、防爆電腦等

。

2.軟件主要包括：通訊控制模塊、姿態(tài)計算模塊

、數(shù)據(jù)存儲模塊

、數(shù)據(jù)查詢模塊。

三

、軟件特點(diǎn)

1.采用組合導(dǎo)航的原理

，不需要借助外界任何激光導(dǎo)向設(shè)備；

2.可以選擇遠(yuǎn)程遙控和自動化運(yùn)行兩種工作模式

，兩種模式可自由切換

；

3.實時顯示掘進(jìn)機(jī)行走的三維空間軌跡；

4.配合煤巖識別系統(tǒng)

，可以提高回收率

；

5.可以查看歷史數(shù)據(jù)等其他功能。

四

、產(chǎn)品功能

1.具有“慣性/里程組合導(dǎo)航”和 “純慣性自主導(dǎo)航”兩種工作模式

；

2.具有實時輸出載體位置坐標(biāo)、方位角

、橫滾角

、俯仰角、行駛速度和行駛里程等信息的功能

，并且對坡度沒有限制

；

3.具有對方位安裝誤差進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)校的功能；

4.上位機(jī)能實時顯示掘進(jìn)機(jī)在三維空間坐標(biāo)軸的曲線和數(shù)值

；

5.具有歷史數(shù)據(jù)回放功能

；

6.具有豐富的接口類型，包括各種串口

，CAN口

，以太網(wǎng)接口，所有需要的數(shù)據(jù)都可以通過CAN口傳輸?shù)介_采設(shè)備的總線上

；

7.能夠與第三方系統(tǒng)進(jìn)行實時交互的功能

；

8.智能導(dǎo)航導(dǎo)航系統(tǒng)具有自動修正和手動修正誤差功能；

9.智能導(dǎo)航系統(tǒng)能夠按照煤礦井下的實際掘進(jìn)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)模型調(diào)整

，對系統(tǒng)誤差

、振動誤差以及相關(guān)外界誤差的干擾進(jìn)行修正，更符合井下復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境

，并提供有效的三維數(shù)據(jù)

。

10.具有長時間保證測量精度的功能

。

五、系統(tǒng)優(yōu)勢

1.產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠

，MTBF（平均故障間隔時間）≥10000h

；

2.產(chǎn)品一次通電連續(xù)工作時間長≥12h；

3.系統(tǒng)操作簡單易學(xué)

；

4.具有自動和手動兩種誤差校正功能（選配功能）

；

5.環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高粉塵

、高腐蝕、高振動和濕熱情況下正常工作

。

六

、產(chǎn)品物理參數(shù)和精度

1.物理參數(shù)

外形尺寸：537.8×346×290（帶防爆箱）；292×192×168（不帶防爆箱）

功耗：<20W

重量：≤70kg（帶防爆箱）

；≤11kg（不帶防爆箱）

通訊方式：CAN/Ethernet/RS422/RS232

2.系統(tǒng)精度說明

開采出的巷道形狀誤差10cm以內(nèi)

3.系統(tǒng)使用壽命：3~5年

七

、應(yīng)用實例

1.在某露天礦端幫開采的連采機(jī)上試驗，持續(xù)約1月

，遙控掘進(jìn)長度80~180m巷洞

，工效提高30%。

圖1 露天開采形成的巷洞

2.在某礦地下連續(xù)50米掘進(jìn)一個巷道

，連續(xù)開掘數(shù)個巷道

，連續(xù)工作時長約1月。掘進(jìn)形成的巷道如圖所示

。

圖2 綜掘面掘進(jìn)形成的巷道

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