礦用開采設備智能導航系統

      礦業開采，尤其是煤炭開采，由于礦井下的情況復雜，突發事件時有發生，因此無論是開采面還是采掘巷道，都是煤炭開采最重要、最危險的前端生產環節。其中，巷道是井工煤礦開采的必要通道，是實現煤礦安全、高效開采的保障。據不完全統計，我國國有煤礦每年新掘進巷道總長度達到12000km，實現掘進的智能化是未來發展的必由之路。

        由能源科技成果轉化服務平臺推薦的《礦用開采設備智能導航系統》依托高精度激光陀螺儀和配套系統，能夠實現開采設備的位置和姿態精準定位，實現單套系統閉環控制。實測表明，該系統能夠滿足智能掘進和無人掘進的相關指標要求。另外，該系統硬件在某實驗室采煤機上進行了測試，連續工作12小時以上仍能保證刮板輸送機直線度測量精度優于5cm，同時系統可擴展性強。

      在綜采面研究的基礎之上，進行了綜掘工作面的智能化研究。綜掘工作面的掘進作業空間狹小、底板傾斜復雜、載荷突變未知，且掘進作業過程中的煤巖性狀、裝備位姿、作業工況參數難以獲取，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的需求。受到地質條件的制約，我國絕大多數礦井以懸臂式掘進機掘進為主。實現掘-支同步，充分發揮掘進機的效率，是未來發展的主要方向。

        準確知道掘進機的位置和姿態，截割頭的空間位置，是實現自動截割的基本條件。采用單套測姿系統實現閉環控制，是最佳方案。

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、姿態計算模塊、數據存儲模塊、數據查詢模塊。

1.采用組合導航的原理，不需要借助外界任何激光導向設備；

2.可以選擇遠程遙控和自動化運行兩種工作模式，兩種模式可自由切換；

3.實時顯示掘進機行走的三維空間軌跡；

4.配合煤巖識別系統，可以提高回收率；

5.可以查看歷史數據等其他功能。

1.具有“慣性/里程組合導航”和 “純慣性自主導航”兩種工作模式；

2.具有實時輸出載體位置坐標、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行現場標校的功能；

4.上位機能實時顯示掘進機在三維空間坐標軸的曲線和數值；

5.具有歷史數據回放功能；

6.具有豐富的接口類型，包括各種串口，CAN口，以太網接口，所有需要的數據都可以通過CAN口傳輸到開采設備的總線上；

7.能夠與第三方系統進行實時交互的功能；

8.智能導航導航系統具有自動修正和手動修正誤差功能；

9.智能導航系統能夠按照煤礦井下的實際掘進情況進行數據模型調整，對系統誤差、振動誤差以及相關外界誤差的干擾進行修正，更符合井下復雜的應用環境，并提供有效的三維數據。

10.具有長時間保證測量精度的功能。

1.產品性能穩定可靠，MTBF（平均故障間隔時間）≥10000h；

2.產品一次通電連續工作時間長≥12h；

3.系統操作簡單易學；

4.具有自動和手動兩種誤差校正功能（選配功能）；

5.環境適應性強，可在高粉塵、高腐蝕、高振動和濕熱情況下正常工作。

1.物理參數

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.系統精度說明

   開采出的巷道形狀誤差10cm以內

3.系統使用壽命：3~5年

1.在某露天礦端幫開采的連采機上試驗，持續約1月，遙控掘進長度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50米掘進一個巷道，連續開掘數個巷道，連續工作時長約1月。掘進形成的巷道如圖所示。