掘進(jìn)機(jī)智能導(dǎo)航系統(tǒng)——裝備智能化核心技術(shù)之一

導(dǎo)語(yǔ)

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(tái)推薦的《掘進(jìn)機(jī)智能導(dǎo)航系統(tǒng)》，具有無(wú)源導(dǎo)航和有源監(jiān)控相結(jié)合、自主識(shí)別系統(tǒng)自身的運(yùn)行狀態(tài)、能接收多種傳感器的信號(hào)并進(jìn)行分析和使用等特點(diǎn)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，推廣應(yīng)用前景廣闊！

項(xiàng)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(shí)現(xiàn)智能化是礦山智慧化的重要基礎(chǔ)之一，只有實(shí)現(xiàn)了單機(jī)設(shè)備的智能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化的管理和協(xié)同，才能最終實(shí)現(xiàn)智慧礦山。

可以預(yù)見(jiàn)，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(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)：第一步是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控；第二步是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)截割加遠(yuǎn)程監(jiān)控；第三步是實(shí)現(xiàn)智能截割加遠(yuǎn)程監(jiān)控。

遠(yuǎn)程遙控的實(shí)現(xiàn)說(shuō)明了數(shù)據(jù)通訊鏈路的暢通和掘進(jìn)機(jī)動(dòng)作可控性的實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)截割的實(shí)現(xiàn)說(shuō)明了掘進(jìn)機(jī)位姿檢測(cè)的可信度和控制精度的達(dá)標(biāo)性。智能截割的實(shí)現(xiàn)意味著隨著自動(dòng)截割可靠運(yùn)行和開(kāi)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(shí)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(wú)需人為干涉。

智能導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn)

掘進(jìn)機(jī)的智能導(dǎo)航系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：

1.無(wú)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(yàn)，以掘進(jìn)面上的激光斑點(diǎn)在截割面所處的位置，大概估計(jì)截割頭在截割時(shí)的外周邊界。這種導(dǎo)航方式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)截割。掘進(jìn)工作面還有粉塵大，掘進(jìn)機(jī)振動(dòng)大，環(huán)境光線差等環(huán)境特點(diǎn)，因此視覺(jué)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(jué)導(dǎo)航一樣，屬于有源導(dǎo)航，并且當(dāng)環(huán)境濕度大時(shí)，精度下降也大。傳統(tǒng)的全站儀的方式，由于設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，同時(shí)有測(cè)量基準(zhǔn)不易統(tǒng)一的問(wèn)題，所以也不是首選的自動(dòng)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(hào)源，只需要對(duì)自身已有的陀螺儀和加速度進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，就可以得到被測(cè)設(shè)備的航向、姿態(tài)、速度、位置等信息。這些信息連續(xù)對(duì)外輸出，整個(gè)測(cè)量過(guò)程不要人的參與。而且使用合適的糾偏方法后，其測(cè)量精度可以長(zhǎng)時(shí)間滿足開(kāi)采的需要。因此，慣性導(dǎo)航技術(shù)是目前掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航的最優(yōu)方案，對(duì)于實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)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(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行一個(gè)視頻的監(jiān)控，方便地面控制室的管理員對(duì)工作面情況有一個(gè)直觀的了解，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)偶發(fā)問(wèn)題以便采取相應(yīng)的人工干預(yù)。能夠?qū)崟r(shí)確定截割頭在空間的位置。

2.自主識(shí)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(cè)量系統(tǒng)，需要具備一定的方法，定期進(jìn)行自我檢測(cè)，以判斷自身的測(cè)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(hào)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(wú)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(duì)滾筒的高度或者截割臂的空間位置進(jìn)行測(cè)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(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行全面的位姿測(cè)量，從而使得掘進(jìn)工作可以有更多的靈活性。

由此，一個(gè)相對(duì)完備的掘進(jìn)機(jī)智能導(dǎo)航系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)航姿和速度的精確測(cè)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(dòng)截割并形成滿足要求的截割面形狀。

具備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

目前我們提供的智能導(dǎo)航系統(tǒng)使用測(cè)距加慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方案，實(shí)現(xiàn)截割頭空間位置的檢測(cè)功能，配合掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程數(shù)字化精確控制。同時(shí)公司可以根據(jù)每個(gè)掘進(jìn)工作面的實(shí)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(kāi)采安全性的同時(shí)，提高開(kāi)采效率。

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