近日，葛世榮院士在《煤炭學(xué)報(bào)》2022年第1期發(fā)表研究成果《智能采運(yùn)機(jī)組自主定位原理與技術(shù)》，對目前國內(nèi)外采煤機(jī)自主定位技術(shù)進(jìn)行了梳理歸納，系統(tǒng)闡述了采煤機(jī)自主定位解算原理及定位誤差補(bǔ)償算法，提出了基于慣導(dǎo)與UWB組合的采煤機(jī)自主精確定位技術(shù)，給出了刮板輸送機(jī)軌跡定位監(jiān)測算法，為實(shí)現(xiàn)智能采運(yùn)機(jī)組自主定位導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛、自適截割和自動(dòng)糾偏提供可借鑒的理論基礎(chǔ)。
智采工作面裝備運(yùn)行的2個(gè)核心問題是控制工作面開采裝備在煤層中自適應(yīng)截割、保持采運(yùn)機(jī)組在連續(xù)推進(jìn)過程中的直線度。
研究指出解決這2個(gè)問題必須實(shí)時(shí)獲取采煤機(jī)在工作面空間的準(zhǔn)確定位信息。通過對比分析國內(nèi)外采煤機(jī)定位系統(tǒng)的技術(shù)原理和硬件架構(gòu)，發(fā)現(xiàn)開發(fā)采煤機(jī)定位誤差消減算法是在井下GPS拒止環(huán)境下保證采煤機(jī)長時(shí)定位精度的關(guān)鍵途徑。
根據(jù)采煤機(jī)定位原理可知，采煤機(jī)定位誤差主要來源于慣性導(dǎo)航安裝偏差和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)隨機(jī)誤差。慣性導(dǎo)航安裝偏差是確定性誤差，采用基于兩點(diǎn)法的確定性偏差補(bǔ)償算法可使定位誤差減小99.12％。針對采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的非完整性約束特點(diǎn)，基于采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的閉合路徑優(yōu)化算法和動(dòng)態(tài)零速校正算法分別使采煤機(jī)定位誤差降低了50%和30%。
采用信息濾波模型將閉合路徑優(yōu)化算法和動(dòng)態(tài)零速校正算法進(jìn)一步融合，抑制了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)航向角的漂移，抑制了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)航向角的漂移。
利用UWB基站群自主遷移方法實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)在工作面端頭定位，采用VB－UKF算法平滑采煤機(jī)定位過程中時(shí)變的測量噪聲，增加了運(yùn)動(dòng)軌跡的平滑性，使得 IMU／UWB緊融合的定位軌 跡更加精確，為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供校準(zhǔn)的基準(zhǔn)。
基于采煤機(jī)定位軌跡的刮板輸送機(jī)軌跡檢測方法實(shí)現(xiàn)了刮板輸送機(jī)形狀在線監(jiān)測，為綜采工作面彎曲度自動(dòng)化檢測和校直提供理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
葛世榮院士團(tuán)隊(duì)的采煤機(jī)定位技術(shù)
葛世榮院士團(tuán)隊(duì)借鑒無人駕駛汽車原理，首先結(jié)合精細(xì)物探技術(shù)構(gòu)建了工作面煤層三維模型，以此作為采煤機(jī)定位導(dǎo)航地圖。該煤層模型頂?shù)装迩嬉?/span>0.8 m×0.8 m柵格形式存儲(chǔ)，與煤層鉆探數(shù)據(jù)對比，平均煤厚誤差0.02 m，高程平均誤差±0.125 m。
該煤層模型以2000國家大地坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，經(jīng)過坐標(biāo)變換可轉(zhuǎn)換為局部東北天地理坐標(biāo)系，作為長壁綜采工作面導(dǎo)航系統(tǒng)的定位參考坐標(biāo)系。然后開發(fā)了長壁綜采工作面導(dǎo)航系統(tǒng)（Longwall Mining Workface Navigation System，LMWNS）。
長壁綜采工作面導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理是，利用安裝于采煤機(jī)機(jī)身的具有自動(dòng)尋北功能的慣性導(dǎo)航裝置測量采煤機(jī)機(jī)身的運(yùn)行方位與姿態(tài)、采煤機(jī)行走部軸編碼器和截割部軸編碼器測量的行走距離和搖臂擺角，通過相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)在工作面煤層中的定位，獲得采煤機(jī)的運(yùn)行軌跡和截割軌跡。LMWNS-II由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、嵌入式服務(wù)器和電源系統(tǒng)構(gòu)成。
工作面煤層及煤層頂?shù)装迦S模型
長壁綜采工作面導(dǎo)航系統(tǒng)
采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)配套正等側(cè)視圖和俯視圖
現(xiàn)場綜采工作面刮板輸送機(jī)軌道檢測布置
引用格式：葛世榮,王世佳,曹波,等. 智能采運(yùn)機(jī)組自主定位原理與技術(shù)[J]. 煤炭學(xué)報(bào),2022,47(1):75-86.
|來源：《煤炭學(xué)報(bào)》、煤炭行業(yè)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)；責(zé)任編輯：宮在芹
