導(dǎo)語：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直線度測量精度優(yōu)于5cm，同時系統(tǒng)可擴展性強。
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)機掘進(jìn)為主。實現(xiàn)掘-支同步，充分發(fā)揮掘進(jìn)機的效率，是未來發(fā)展的主要方向。
準(zhǔn)確知道掘進(jìn)機的位置和姿態(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
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.上位機能實時顯示掘進(jìn)機在三維空間坐標(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，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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