矿用开采设备智能导航系统

      矿业开采
，尤其是煤炭开采
，由于矿井下的情况复杂

，突发事件时有发生







，因此无论是开采面还是采掘巷道

，都是煤炭开采最重要、最危险的前端生产环节

。其中


，巷道是井工煤矿开采的必要通道


，是实现煤矿安全


、高效开采的保障
。据不完全统计


，我国国有煤矿每年新掘进巷道总长度达到12000km
，实现掘进的智能化是未来发展的必由之路


。

        由能源科技成果转化服务平台推荐的《矿用开采设备智能导航系统》依托高精度激光陀螺仪和配套系统，能够实现开采设备的位置和姿态精准定位
，实现单套系统闭环控制


。实测表明，该系统能够满足智能掘进和无人掘进的相关指标要求




。另外
，该系统硬件在某实验室采煤机上进行了测试，连续工作12小时以上仍能保证刮板输送机直线度测量精度优于5cm，同时系统可扩展性强
。

      在综采面研究的基础之上
，进行了综掘工作面的智能化研究
。综掘工作面的掘进作业空间狭小
、底板倾斜复杂
、载荷突变未知

，且掘进作业过程中的煤岩性状


、装备位姿、作业工况参数难以获取，只能靠人工感觉和操控
，自动化水平低

、操作人员多，难以满足综掘工作面无人化掘进的需求。受到地质条件的制约



，我国绝大多数矿井以悬臂式掘进机掘进为主




。实现掘-支同步
，充分发挥掘进机的效率

，是未来发展的主要方向
。

        准确知道掘进机的位置和姿态

，截割头的空间位置


，是实现自动截割的基本条件。采用单套测姿系统实现闭环控制，是最佳方案。

1.硬件主要包括：高精度激光陀螺仪


、本安型防爆控制器
、本安型阻燃电缆

、防爆电脑等。

2.软件主要包括


：通讯控制模块

、姿态计算模块

、数据存储模块、数据查询模块。

1.采用组合导航的原理，不需要借助外界任何激光导向设备

；

2.可以选择远程遥控和自动化运行两种工作模式，两种模式可自由切换
；

3.实时显示掘进机行走的三维空间轨迹


；

4.配合煤岩识别系统
，可以提高回收率
；

5.可以查看历史数据等其他功能





。

1.具有“惯性/里程组合导航”和 “纯惯性自主导航”两种工作模式

；

2.具有实时输出载体位置坐标、方位角

、横滚角、俯仰角、行驶速度和行驶里程等信息的功能



，并且对坡度没有限制；

3.具有对方位安装误差进行现场标校的功能；

4.上位机能实时显示掘进机在三维空间坐标轴的曲线和数值





；

5.具有历史数据回放功能
；

6.具有丰富的接口类型
，包括各种串口
，CAN口，以太网接口，所有需要的数据都可以通过CAN口传输到开采设备的总线上；

7.能够与第三方系统进行实时交互的功能；

8.智能导航导航系统具有自动修正和手动修正误差功能；

9.智能导航系统能够按照煤矿井下的实际掘进情况进行数据模型调整


，对系统误差

、振动误差以及相关外界误差的干扰进行修正，更符合井下复杂的应用环境，并提供有效的三维数据

。

10.具有长时间保证测量精度的功能
。

1.产品性能稳定可靠
，MTBF（平均故障间隔时间）≥10000h

；

2.产品一次通电连续工作时间长≥12h

；

3.系统操作简单易学；

4.具有自动和手动两种误差校正功能（选配功能）
；

5.环境适应性强



，可在高粉尘







、高腐蚀、高振动和湿热情况下正常工作。

1.物理参数

外形尺寸

：537.8×346×290（带防爆箱）；292×192×168（不带防爆箱）

功耗：<20W

重量
：≤70kg（带防爆箱）

；≤11kg（不带防爆箱）

通讯方式

：CAN/Ethernet/RS422/RS232

2.系统精度说明

   开采出的巷道形状误差10cm以内

3.系统使用寿命：3~5年

1.在某露天矿端帮开采的连采机上试验，持续约1月，遥控掘进长度80~180m巷洞


，工效提高30%
。

图1  露天开采形成的巷洞

2.在某矿地下连续50米掘进一个巷道
，连续开掘数个巷道



，连续工作时长约1月

。掘进形成的巷道如图所示



。