導(dǎo)語

隨著智能礦山建設(shè)的日益推進(jìn)，礦山掘進(jìn)工作面智能掘進(jìn)系統(tǒng)需求日益明顯，本期能源科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺推薦的《掘進(jìn)機(jī)智能導(dǎo)航系統(tǒng)》，具有無源導(dǎo)航和有源監(jiān)控相結(jié)合、自主識別系統(tǒng)自身的運(yùn)行狀態(tài)、能接收多種傳感器的信號并進(jìn)行分析和使用等特點，技術(shù)優(yōu)勢明顯，推廣應(yīng)用前景廣闊！

項目背景

智能礦山中很重要的一部分就是裝備的智能化，而其中掘進(jìn)工作面的掘進(jìn)機(jī)和綜采工作面的采煤機(jī)與液壓支架的拉架實現(xiàn)智能化是礦山智慧化的重要基礎(chǔ)之一，只有實現(xiàn)了單機(jī)設(shè)備的智能化，進(jìn)而實現(xiàn)智能化的管理和協(xié)同，才能最終實現(xiàn)智慧礦山。

可以預(yù)見，掘進(jìn)機(jī)最后的發(fā)展方向是掘進(jìn)機(jī)器人。為此需要分三步實現(xiàn)這個目標(biāo)：第一步是實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控；第二步是實現(xiàn)自動截割加遠(yuǎn)程監(jiān)控；第三步是實現(xiàn)智能截割加遠(yuǎn)程監(jiān)控。

遠(yuǎn)程遙控的實現(xiàn)說明了數(shù)據(jù)通訊鏈路的暢通和掘進(jìn)機(jī)動作可控性的實現(xiàn)。自動截割的實現(xiàn)說明了掘進(jìn)機(jī)位姿檢測的可信度和控制精度的達(dá)標(biāo)性。智能截割的實現(xiàn)意味著隨著自動截割可靠運(yùn)行和開采效率的提升空間出現(xiàn)，在掘進(jìn)工藝的適應(yīng)性改進(jìn)前提下，掘進(jìn)機(jī)器人可以根據(jù)實際地質(zhì)與環(huán)境狀況，調(diào)整掘進(jìn)速度兼顧安全與效率，并且正常情況下無需人為干涉。

智能導(dǎo)航系統(tǒng)特點

掘進(jìn)機(jī)的智能導(dǎo)航系統(tǒng)具備以下特點：

1.無源導(dǎo)航和有源監(jiān)控相結(jié)合。

掘進(jìn)工作面常規(guī)使用的導(dǎo)航方式為激光指引裝置。該指引裝置發(fā)出一束激光代表巷道的前進(jìn)方向，隨著巷道的延伸，指引裝置不斷前移。掘進(jìn)機(jī)司機(jī)一般都是根據(jù)經(jīng)驗，以掘進(jìn)面上的激光斑點在截割面所處的位置，大概估計截割頭在截割時的外周邊界。這種導(dǎo)航方式，無法實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的自動截割。掘進(jìn)工作面還有粉塵大，掘進(jìn)機(jī)振動大，環(huán)境光線差等環(huán)境特點，因此視覺導(dǎo)航的環(huán)境依賴性高，導(dǎo)航精度不易保證。而雷達(dá)導(dǎo)航和視覺導(dǎo)航一樣，屬于有源導(dǎo)航，并且當(dāng)環(huán)境濕度大時，精度下降也大。傳統(tǒng)的全站儀的方式，由于設(shè)備很難實現(xiàn)無人操作，同時有測量基準(zhǔn)不易統(tǒng)一的問題，所以也不是首選的自動化截割導(dǎo)航方案。

而慣性導(dǎo)航技術(shù)，不需要依賴外界任何信號源，只需要對自身已有的陀螺儀和加速度進(jìn)行數(shù)學(xué)計算，就可以得到被測設(shè)備的航向、姿態(tài)、速度、位置等信息。這些信息連續(xù)對外輸出，整個測量過程不要人的參與。而且使用合適的糾偏方法后，其測量精度可以長時間滿足開采的需要。因此，慣性導(dǎo)航技術(shù)是目前掘進(jìn)機(jī)自動導(dǎo)航的最優(yōu)方案，對于實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的自動化截割起關(guān)鍵重要的作用。

有源監(jiān)控主要是利用攝像頭對掘進(jìn)工作面進(jìn)行一個視頻的監(jiān)控，方便地面控制室的管理員對工作面情況有一個直觀的了解，可以及時發(fā)現(xiàn)偶發(fā)問題以便采取相應(yīng)的人工干預(yù)。能夠?qū)崟r確定截割頭在空間的位置。

2.自主識別系統(tǒng)自身的運(yùn)行狀態(tài)，確保系統(tǒng)正常工作。

掘進(jìn)機(jī)上的測量系統(tǒng)，需要具備一定的方法，定期進(jìn)行自我檢測，以判斷自身的測量精度狀態(tài)，并上傳診斷結(jié)果，給出是否需要維護(hù)的信息。這樣能夠有效的保證使用的是正常精度輸出的導(dǎo)航系統(tǒng)，以避免出現(xiàn)大的偏差導(dǎo)致掘進(jìn)面超差的情況。

3.能接受多種傳感器的信號并進(jìn)行分析和使用。

掘進(jìn)機(jī)智能導(dǎo)航系統(tǒng)不僅使用無源導(dǎo)航系統(tǒng)作為導(dǎo)航的主要技術(shù)方案，為了配合更復(fù)雜工況下的可靠性和靈活性，需要對滾筒的高度或者截割臂的空間位置進(jìn)行測量。智能導(dǎo)航系統(tǒng)可以融合多種傳感器信息，綜合應(yīng)用，對掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行全面的位姿測量，從而使得掘進(jìn)工作可以有更多的靈活性。

由此，一個相對完備的掘進(jìn)機(jī)智能導(dǎo)航系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)航姿和速度的精確測量，以及截割頭在確定空間坐標(biāo)系下的空間位置。只有這樣，才能完成自動截割并形成滿足要求的截割面形狀。

具備的技術(shù)優(yōu)勢

目前我們提供的智能導(dǎo)航系統(tǒng)使用測距加慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方案，實現(xiàn)截割頭空間位置的檢測功能，配合掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程數(shù)字化精確控制。同時公司可以根據(jù)每個掘進(jìn)工作面的實際情況，進(jìn)行適應(yīng)性參數(shù)調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)的截割方式，在滿足開采安全性的同時，提高開采效率。

關(guān)于“掘進(jìn)機(jī)智能導(dǎo)航系統(tǒng)”項目更詳細(xì)的技術(shù)內(nèi)容，請以參閱能源科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺“轉(zhuǎn)化果”微信公眾號2019年7月29日發(fā)布的“礦用開采設(shè)備智能導(dǎo)航系統(tǒng)”內(nèi)容。