「重点论文推荐」采煤机技术发展历程(九)——环境感知技术

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采煤机技术发展历程(九)——环境感知技术

论文概要

采煤机实现自动化或智能化运行，必须能够准确获取作业位置、周围环境、煤层状态等信息。重点介绍了采煤机运行过程中的空间障碍、瓦斯浓度、行走位置、轨迹直线度等感知技术发展。在采煤机空间避障和防撞保护方面，基于毫米波雷达、激光雷达、图像识别的机器视觉感知技术具有优势，但目前在采煤机上尚未成熟应用，亟需深入研究。在机载瓦斯监测方面，差分吸收激光雷达探测技术和可调谐二极管激光吸收光谱探测技术是具有应用前景的瓦斯探测技术，目前尚少相关研究报道。在采煤机行进轨迹定位和直线度检测方面，基于捷联惯导的多传感器定位技术成为研究和应用热点，国内技术已渐进成熟和实用化。此外，基于激光雷达的SLAM 机器视觉技术值得关注，可以把空间建模、避障防撞、行走定位、轨迹跟踪、姿态监测等多项任务融为一体，为构建采煤机数字孪生运行模型奠定感知技术基础。

作者简介

葛世荣(1963-)，男，汉族，浙江天台人，教授，中国矿业大学(北京) 校长，党委副书记，从事智能采矿装备、摩擦可靠性工程研究。俄罗斯工程院外籍院士。主持完成了国家“973 计划”项目“深部危险煤层无人采掘装备关键基础研究”，发明了基于煤层地质信息融合的采煤机自动定位、纠偏及控制方法。主持国家自然科学基金重点项目“煤矿井下无人化综采机组的智能感知与协同控制基础研究”，探索井下无人驾驶采煤机的自主定位及调控新原理和新技术。研制成功国内第一台安标认证的煤矿搜救机器人，研究制定了“煤矿机器人重点研发目录”，形成目前最全面的煤矿机器人技术体系。研发成功新型超长运距智能化带式输送机。曾获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。并且曾获得“国家杰出青年科学基金” 资助，荣获“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”。在2020年5月30日，荣获全国“第二届创新争先奖状”。E-mail：gesr＠cumtb.edu.cn。

主要内容

首先，对处于机械化阶段、自动化阶段和智能化阶段采煤机运行中涉及的环境感知技术以及环境感知的主要内容、传感器类型、环境感知应遵循的主要原则，进行了具体介绍。

其次，阐述了采煤机空间环境感知技术的主要技术方法及其发展历程。主要技术手段：煤层构造感知、空间障碍感知、机器视觉感知技术。其中，空间避障感知技术包括红外线测距避障、超声波测距避障、毫米波雷达探测避障、激光成像雷达探测避障等。

第三，阐述了瓦斯浓度感知技术的主要技术方法及其发展历程。主要技术手段：常规瓦斯监测仪、光纤瓦斯监测仪、激光瓦斯遥测技术。其中，激光瓦斯遥测技术有近红外激光雷达探测技术、差分吸收激光雷达探测技术、可调谐二极管激光吸收光谱探测技术等。

第四，阐述了采煤机定位技术的主要技术方法及其发展历程。主要技术手段：里程计定位技术、红外线定位技术、反射波定位技术、激光测距定位技术、捷联惯导定位技术。其中，反射波定位技术有超声波定位技术、射频定位技术、超宽带定位技术、5G定位技术等。

第五，阐述了工作面测直技术的主要技术方法及其发展历程。主要技术手段：基于采煤机轨迹的测直方法、基于刮板输送机中心线的测直方法和基于液压支架中心线的测直方法。

最后，简要介绍了自动驾驶汽车环境感知技术手段，提出，基于机载环境感知系统，研发采煤机SLAM技术，使之能在复杂环境中实现智能化运行，可解决最核心的定位、建图、导航（包括路径规划和跟踪）、执行反馈4个感知问题，进而把采煤机行走避障、定位、调直、调姿等多项任务融为一体，构建采煤机运行数字孪生系统。

主要图表

图２威特公司制造的全球第１台红外测距仪

图５瑞典捷创力公司制造的第１台产品级激光测距仪

图６３种微波测距技术雷达对比图

图８光纤传感器检测甲烷和乙炔浓度原理

图12 连续采煤机导航和定位系统

图19 自动驾驶汽车环境传感器布置

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