创新点

（1）提出了采煤机自主导航截割控制模式，它是采煤机的人工目测截割、机载探测截割、示教记忆截割之后的智能截割模式，为智采工作面的采煤机自动驾驶提供了新技术。导航截割模式具有导航地图、位姿感知、路径规划、姿态控制等4个技术内涵，包括精细化煤层截割定位地图、精准化煤层截割导航地图、动态化煤层截割导控地图、采煤机融合定位方法、定位精度提升、智采机组全位姿参数矩阵建立、物理-虚拟模型驱动与交互、无人驾驶防冲撞路径规划、截割作业智能调高调直等9项关键技术。（2）以地质统计学反演为纽带所建立煤层截割定位地图可作为采煤机截割路径设计的基本依据，由C-SLAM实时探测得到煤层截割导航地图可为采煤机3～5刀截割提供导航坐标，根据采煤机上的煤岩截割监测建立煤层截割导控地图能够实时反馈调控截割滚筒姿态，调控精度可达20mm，并实时修正和更新采煤机导航截割的路径坐标。（3）通过捷联惯性导航定位技术与其他传感器对采煤机位置的融合感知，加以动态零速修正算法修正，可实现对复杂恶劣环境中的采煤机位姿进行精确监测，定位误差小于50mm。（4）构建了“物理空间感知、数据交互与处理、虚拟空间执行”三维度的智采机组“三机”全位姿参数矩阵与数字孪生系统基本架构，以智采机组全位姿参数矩阵为载体，通过内部优化算法与大数据分析，可实现智采机组物理-虚拟模型的实时驱动与交互。

（5）根据导航地图获得煤层顶底板边界和煤层倾角信息，匹配采煤机实时定位信息，即可完成路径规划、防干涉防冲撞分析以及截割轨迹生成，实现采煤机导航截割的自适应调高和行走路径自动调直的精确控制。

作者简介

葛世荣，男，1963年4月出生，浙江天台人。1983年7月毕业于黑龙江矿业学院，1989年获得中国矿业大学工学博士学位。1994年10月起任中国矿业大学校长助理，1997年3月起任中国矿业大学副校长，2007年8月起任中国矿业大学校长,2017年4月起任中国矿业大学校长、党委副书记，2018年10月起任中国矿业大学（北京）校长、党委副书记。

研究方向

智能矿山装备和工程摩擦学

主要成果

发表了论文240多篇，出版《采矿运输技术与装备》《卓越采矿工程师》《摩擦学的分形》等著作4部，担任国家重点基础研究发展计划（973计划）项目首席科学家，获得国家技术发明二等奖2项和国家科技进步二等奖1项、三等奖1项。曾荣获“国家杰出青年科学基金”资助，获得“中国青年科技奖”、“国家有突出贡献的中青年技术专家”、“全国优秀科技工作者”、“何梁何利基金科技进步奖”、“世界能源论坛技术创新奖”、“孙越崎能源科技大奖”“第二届全国创新争先奖状”。被聘为第七届教育部科技委学部委员。受聘为清华大学摩擦学国家重点实验室、中国科学院固体润滑国家重点实验室、重庆大学机械传动国家重点实验室的学术委员会委员。目前担任世界摩擦学理事会（International Tribology Council）副主席，兼任中国煤炭工业安全科学技术学会副会长。

摘    要

深部煤层构造较为复杂,实现采煤机无人驾驶开采更加困难。在总结采煤机结构和截割调控技术演变历程基础上,提出采煤机截割调控技术在经历了人工目测截割、机载探测截割、示教记忆截割3个发展阶段后,已经进入到自主导航截割的第4阶段。

并提出了适用于深部煤层采煤机自动驾驶的导航截割理论与技术框架,包括导航地图、位姿感知、路径规划、姿态控制4项技术内涵和精细化煤层截割定位地图、精准化煤层截割导航地图、动态化煤层截割导控地图、采煤机融合定位方法、定位精度提升、智采机组全位姿参数矩阵建立、物理-虚拟模型驱动与交互、无人驾驶防冲撞路径规划、截割作业智能调高调直9项关键技术。

系统阐述了采煤机自主导航截割相关核心技术基本原理:首先,构建煤层智能化开采导航地图,从精细化煤层截割定位、精准化煤层截割导航和动态化煤层截割导控3个关键步骤实现地图构建及更新。

其次,通过融合定位和定位精度提升方法,完成了采煤机位姿精确感知;再次,创建智采机组全位姿参数矩阵,并结合物理-虚拟模型驱动与交互技术构建出导航截割数字孪生系统。

最后,基于实时综采装备位姿状态和煤层导航地图信息,实现了无人驾驶防干涉防冲撞路径规划、截割滚筒自适应调高控制以及行走路径自动调直控制。从而实现了深部煤层采煤机智能导航截割控制,为智采工作面实现无人作业提供了新的理论技术支撑。

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