導語

隨著智能礦山建設的日益推進，礦山掘進工作面智能掘進系統(tǒng)需求日益明顯，本期能源科技成果轉化服務平臺推薦的《掘進機智能導航系統(tǒng)》，具有無源導航和有源監(jiān)控相結合、自主識別系統(tǒng)自身的運行狀態(tài)、能接收多種傳感器的信號并進行分析和使用等特點，技術優(yōu)勢明顯，推廣應用前景廣闊！

項目背景

智能礦山中很重要的一部分就是裝備的智能化，而其中掘進工作面的掘進機和綜采工作面的采煤機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之一，只有實現(xiàn)了單機設備的智能化，進而實現(xiàn)智能化的管理和協(xié)同，才能最終實現(xiàn)智慧礦山。

可以預見，掘進機最后的發(fā)展方向是掘進機器人。為此需要分三步實現(xiàn)這個目標：第一步是實現(xiàn)遠程遙控；第二步是實現(xiàn)自動截割加遠程監(jiān)控；第三步是實現(xiàn)智能截割加遠程監(jiān)控。

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

智能導航系統(tǒng)特點

掘進機的智能導航系統(tǒng)具備以下特點：

1.無源導航和有源監(jiān)控相結合。

掘進工作面常規(guī)使用的導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方向，隨著巷道的延伸，指引裝置不斷前移。掘進機司機一般都是根據(jù)經驗，以掘進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。這種導航方式，無法實現(xiàn)掘進機的自動截割。掘進工作面還有粉塵大，掘進機振動大，環(huán)境光線差等環(huán)境特點，因此視覺導航的環(huán)境依賴性高，導航精度不易保證。而雷達導航和視覺導航一樣，屬于有源導航，并且當環(huán)境濕度大時，精度下降也大。傳統(tǒng)的全站儀的方式，由于設備很難實現(xiàn)無人操作，同時有測量基準不易統(tǒng)一的問題，所以也不是首選的自動化截割導航方案。

而慣性導航技術，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行數(shù)學計算，就可以得到被測設備的航向、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，慣性導航技術是目前掘進機自動導航的最優(yōu)方案，對于實現(xiàn)掘進機的自動化截割起關鍵重要的作用。

有源監(jiān)控主要是利用攝像頭對掘進工作面進行一個視頻的監(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)問題以便采取相應的人工干預。能夠實時確定截割頭在空間的位置。

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

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

3.能接受多種傳感器的信號并進行分析和使用。

掘進機智能導航系統(tǒng)不僅使用無源導航系統(tǒng)作為導航的主要技術方案，為了配合更復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行測量。智能導航系統(tǒng)可以融合多種傳感器信息，綜合應用，對掘進機進行全面的位姿測量，從而使得掘進工作可以有更多的靈活性。

由此，一個相對完備的掘進機智能導航系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對掘進機航姿和速度的精確測量，以及截割頭在確定空間坐標系下的空間位置。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。

具備的技術優(yōu)勢

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

關于“掘進機智能導航系統(tǒng)”項目更詳細的技術內容，請以參閱能源科技成果轉化服務平臺“轉化果”微信公眾號2019年7月29日發(fā)布的“礦用開采設備智能導航系統(tǒng)”內容。