慣性導(dǎo)航應(yīng)用于智能化采煤的實(shí)際案例分析

煤炭開采業(yè)歷來是“高危行業(yè)”，在情況復(fù)雜的井下，不僅黑暗潮濕，更“潛伏”著水、火、瓦斯、煤塵、頂板等自然災(zāi)害，時(shí)刻威脅著煤礦工人的生命安全。智能化采煤是世界煤炭開采技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)我國煤炭行業(yè)安全高效生產(chǎn)的迫切需要。

智能化采煤的關(guān)鍵設(shè)備-慣性導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用。

智能感知、智能決策和自動(dòng)控制作為煤炭智能化開采的三要素。智能開采具有自主學(xué)習(xí)和自主決策功能，具備自感知、自控制、自修正的能力，具備這樣能力的智能化綜采系統(tǒng)才能充分的響應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境變化、實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能化開采，實(shí)現(xiàn)有限條件下的無人開采目標(biāo)。采煤機(jī)又是煤炭智能化開采的關(guān)鍵設(shè)備，在地下無法用GPS等設(shè)備判斷位置，方向，一旦行進(jìn)方向不對(duì)，行程越長偏離可達(dá)幾十米，甚至上百米。這時(shí)候需要一個(gè)指名方向的利器，對(duì)設(shè)備前進(jìn)中不斷對(duì)自我的行進(jìn)路程誤差進(jìn)行修正，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，需要一個(gè)高精度的對(duì)行進(jìn)中的機(jī)器的姿態(tài)進(jìn)行探測(cè)的傳感設(shè)備-慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航具有體積小、精度高、不依賴外界信息、抗干擾能力極強(qiáng)、隱蔽性好等特點(diǎn)。慣性測(cè)量裝置一般包括加速度計(jì)和陀螺儀。加速度計(jì)是測(cè)量物體的加速度，陀螺儀又被叫做角速度傳感器，是測(cè)量角速度的。利用這些裝置記錄的參數(shù)就可以計(jì)算并導(dǎo)航了。

在智能化采煤領(lǐng)域中，慧聯(lián)科技的INS-300自主導(dǎo)航定位定向系統(tǒng)，受到眾多煤炭企業(yè)的高度認(rèn)可。

INS-300具有不受外界環(huán)境干擾，自主導(dǎo)航定位定向能力。INS300可實(shí)時(shí)提供載體的三維位置、姿態(tài)、角速度、加速度等信息。INS300采用高精度光纖陀螺作為核心慣性測(cè)量單元，精度高，可靠穩(wěn)定。INS300可以精確自尋北初始對(duì)準(zhǔn)，也可以從外界引入初始姿態(tài)信息，然后進(jìn)行導(dǎo)航數(shù)據(jù)推算。INS300支持外接里程計(jì)信息進(jìn)行輔助，也可以內(nèi)置衛(wèi)星導(dǎo)航信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，借助新一代精確標(biāo)定技術(shù)和多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、精確性和動(dòng)態(tài)性。INS300采用慣導(dǎo)/衛(wèi)星緊耦合算法，具備動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)、慣導(dǎo)/衛(wèi)星組合導(dǎo)航、自主零速修正、自主標(biāo)定等功能。

應(yīng)用案例—汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦

“提起煤礦工人，人們先想到的就是一身黝黑，下到地下幾百米的井下挖煤。現(xiàn)如今，在我們賀西煤礦，工作面無人值守，地面4人操作成了常態(tài)。5月22日，3412智能化工作面安裝調(diào)試完成，標(biāo)志著我們礦成為山西省率先實(shí)現(xiàn)地面出煤的礦井，我們正向著高突智能化采掘標(biāo)桿礦井闊步前行。”該礦礦長肖海濱說。

早在2019年11月1日，賀西煤礦3412智能化工作面就開始安裝，同年12月25日設(shè)備安裝完成。今年1月16日初采初放完成。1月17日開始調(diào)試智能化控制系統(tǒng)，4月13日開始正式集中調(diào)試至5月22日所有項(xiàng)目調(diào)試完成。3412智能化工作面在地面集控中心實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)、工作面刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等的一鍵啟停，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)記憶截割，機(jī)架協(xié)同作業(yè)，利用慣導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)調(diào)直，工作面視頻自動(dòng)跟機(jī)，井上下實(shí)時(shí)對(duì)講智能化……工作面作業(yè)人數(shù)由原來25人減至12人。

“3412智能化工作面是由一個(gè)綜合平臺(tái)集九個(gè)子系統(tǒng)組成的智能化控制系統(tǒng)。通過這一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制采煤、裝煤、運(yùn)煤的自動(dòng)化。現(xiàn)在大家都在工作面端頭、端尾操作，最大限度地降低了一線工人的勞動(dòng)強(qiáng)度?！碧岬竭@個(gè)“高大上”的生產(chǎn)過程，該礦綜采二隊(duì)隊(duì)長薛少龍更是贊不絕口。

賀西煤礦與3412智能化工作面同步推進(jìn)、同等重視的另一個(gè)主打項(xiàng)目是快速掘錨成套裝備的投入使用。該設(shè)備由掘錨一體機(jī)、液壓錨桿鉆車、轉(zhuǎn)載輸送機(jī)三部分組成。前半部長12米、寬5米、高2.8米，重95噸，后半部長寬高基本與前半部一樣，重63噸。這樣的龐然大物，堪稱掘進(jìn)戰(zhàn)線上的“航空母艦”，戰(zhàn)斗力非常驚人。

掘錨一體機(jī)主要功能是“開路”和臨時(shí)支護(hù)。截割頭為滾筒式，一次就可以切割5.14米寬、3.2米高的煤，一次成巷。截割下來的煤，在左右兩個(gè)耙爪的作用下進(jìn)入刮板運(yùn)輸機(jī)，再通過后半部的轉(zhuǎn)載運(yùn)輸機(jī)進(jìn)入皮帶，運(yùn)至煤庫，可謂一氣呵成。操作人員摁下集控臺(tái)啟動(dòng)按鈕，地下深處的采煤機(jī)就進(jìn)入了“無人駕駛”狀態(tài)，流暢自如地割煤、移動(dòng)。煤炭猶如流水源源不斷地通過皮帶涌向地面。操作人員不用下井，像城里的白領(lǐng)一樣，坐在辦公室操控設(shè)備，掌握生產(chǎn)狀況……這是賀西煤礦如今呈現(xiàn)出的工作場(chǎng)景。

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