导语：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。

一、项目背景

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。

二、系统组成

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。

三、软件特点

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。

四、产品功能

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。

五、系统优势

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。

六、产品物理参数和精度

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

七、应用实例

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。

图2  综掘面掘进形成的巷道

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