技術(shù)文章
Technical articles近期國家在大力組織智慧礦山的關(guān)鍵科技攻關(guān),建設(shè)智慧礦山示范工程,推廣智慧礦山的理念和技術(shù),制定智慧礦山標(biāo)準(zhǔn),推動礦山設(shè)備制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,實現(xiàn)礦山的本質(zhì)安全、高產(chǎn)、綠色環(huán)保。
智慧礦山建設(shè)主要包括:智慧生產(chǎn)系統(tǒng)、智慧職業(yè)健康與安全系統(tǒng)、智慧技術(shù)支持與后勤保障系統(tǒng)建設(shè)。
其中智慧生產(chǎn)系統(tǒng)是,包括智慧主要生產(chǎn)系統(tǒng)和智慧輔助生產(chǎn)系統(tǒng),智慧主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括采煤工作面的智慧化和掘進工作面的智慧化,對于煤礦來講,就是以無人值守采煤掘進技術(shù)為代表的智慧綜采工作面和無人掘進工作面。對于非煤礦山來講,可能是以智慧爆破采礦為代表或者以自動機械采礦技術(shù)為代表的無人采礦工作面和無人掘進工作面系統(tǒng)。
智慧綜采工作面和無人掘進工作面直觀的體現(xiàn)在工作面少人、減人、無人化。首先我們要考慮的是井下封閉空間的特殊性, 由于工作面粉塵濃度較高、照明不足、電磁信號干擾大以及潮濕環(huán)境中,機械裝備在高頻率強震動沖擊的工作模式下,現(xiàn)有的智能測控系統(tǒng)設(shè)備以及技術(shù)方案,無法滿足掘進裝備在井下全工況環(huán)境中,長航時無偏差姿態(tài)控制和實時精準(zhǔn)定位的技術(shù)需求。國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)團隊實際應(yīng)用測試中,都存在掘進裝備在長航時工作狀態(tài)下定位精度偏差大,安全穩(wěn)定性不高等問題。
國內(nèi)外已有報道現(xiàn)有技術(shù)方案
/ 激光測距儀+傾角儀
此方案優(yōu)點是成本低,但是不能給出掘進機掘進頭相對于地理坐標(biāo)系的絕對坐標(biāo),當(dāng)掘進機實際航向與目標(biāo)航向有偏差的時,只能給出相對變化量;
/ 激光靶標(biāo)+視覺定位
(1)此方案優(yōu)點是成本低,只能靜態(tài)測量工作低,受巷道實際工況環(huán)境變化影響,長時航向和定位精度容易產(chǎn)生偏差。
(2)激光雷達+傾角儀方案 此方案成本較高,激光雷達能夠給出較好的三維點云圖,當(dāng)掘進機偏離地測部門所給的掘進中線時, 此方案只能給出相對變化量,沒有絕對變化。
/ 慣導(dǎo)+里程計方案
由于里程計安裝在輪式皮帶軸上,當(dāng)掘進機履帶有打滑時,就會導(dǎo)致定位不準(zhǔn) 進而導(dǎo)致定位坐標(biāo)不準(zhǔn)。
新方案:掘進機航位推算系統(tǒng)
現(xiàn)在SOKKIA的合作伙伴沈陽金圖公司與中行天佑公司合作開發(fā)出光纖慣性導(dǎo)航+全站儀組合定位系統(tǒng)。創(chuàng)新性地提出了一種基于多傳感器的掘進機航位推算系統(tǒng)。掘進機航位推算系統(tǒng)通過對掘進機位置、姿態(tài)信息進行狀態(tài)感知,為后續(xù)的的直線度控制系統(tǒng)、電液控系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(掘進機位姿態(tài)參數(shù))。
依據(jù)工藝要求,將掘進機的偏移量作為幾何約束條件,形成基于掘進機位姿態(tài)參數(shù)、幾何約束條件的卡爾曼濾波技術(shù),進而生成直線度控制模型,為電液控系統(tǒng)提供偏移行程量。該直線度控制系統(tǒng)可以完成綜掘工作面的高精度自動準(zhǔn)直。
IX作為SOKKIA主打的超聲波馬達全站儀,以其*的性能在各種工作環(huán)境中都游刃有余,在監(jiān)測、單人測量、BIM放樣等等領(lǐng)域。
掘進機航位推算系統(tǒng)需要全站儀快速準(zhǔn)確的獲取掘進機的里程、姿態(tài)信息。IX憑借其出色的棱鏡追蹤能力。能夠快實現(xiàn)10HZ/秒的數(shù)據(jù)更新??梢越o掘進機行位推算系統(tǒng)提供高精度即時的三維空間坐標(biāo)。
本套方案通過IX全站儀提供高精度即時三維空間坐標(biāo)與慣性導(dǎo)航東北天軸系坐標(biāo)相融合,疊加測量數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)推算,自動進行實時誤差修正,提高了控制端對掘進裝備的位姿測控能力以及井下掘進裝備姿態(tài)實時感知能力,解決了掘進裝備井下定位精度低,姿態(tài)實時感知控制能力差等系統(tǒng)性技術(shù)難點問題。
1、技術(shù)可行性
針對掘進裝備導(dǎo)航定位關(guān)鍵技術(shù):掘進機慣性導(dǎo)航定位、慣導(dǎo)多源融合定位算法理論、掘進智能控制系統(tǒng)等進行了大量的調(diào)研和研究工作,開展了慣性導(dǎo)航位姿解算、掘進智能控 制系統(tǒng)等研究,已開展了掘進機截割路徑規(guī)劃策略、掘進機慣性導(dǎo)航定位等相關(guān)技術(shù)實際應(yīng)用并取得良好應(yīng)用效果。
2、技術(shù)先進性
(1)掘進全工況下,導(dǎo)航定位系統(tǒng)的空間位置測量精度:同類產(chǎn)品測量精度在±5~10cm 范圍,本組合方案空間位置動態(tài)測量精度達到±3cm;
(2)航向角和姿態(tài)角測量精度:現(xiàn)階段國內(nèi)系統(tǒng)航向角和姿態(tài)角測量精度 0.1°,本方案航向角和姿態(tài)角測量精度 0.03°;
(3)考慮到巷道復(fù)雜環(huán)境、掘進工藝和掘進機振動特性,提出慣性導(dǎo)航、全站儀、動態(tài)修正、UWB 雷達等多源信息緊耦合的掘進機導(dǎo)航算法,實現(xiàn)無 GPS/北斗條件下的掘進機精確定位定姿。
監(jiān)控平臺界面
基于光纖慣導(dǎo)的掘進裝備位姿解算及其標(biāo)定方法。利用數(shù)字全站儀測量棱鏡位置信息,建立掘錨機全站儀位姿測量模型,進而實現(xiàn)位姿求解。光纖慣導(dǎo)利用其位姿信息實現(xiàn)組合定位。
此系統(tǒng)已在國內(nèi)多個礦山企業(yè)應(yīng)用:皖北煤電、汾西、陜煤。