一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺及协同定位控制方法技术

本发明专利技术公开了一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺及协同定位控制方法，所述工艺为基于一种巷道综合掘进成套装备掘进系统的设备布置工艺，所述一种巷道综合掘进成套装备掘进系统包括综合掘进成套装备、协同定位控制系统、分布式无线通讯收发装置、惯性定位导航系统、激光测距定位系统、串联式光纤光栅三维曲率传感系统，所述控制方法基于上述工艺，可以普遍适用于现有巷道掘进工况，以合理的装备布置工艺实现综合掘进成套装备的紧密匹配，并基于自主定位方法和相对定位方法实现掘进、支护、运输等多个掘进工序之间的并行作业协同控制，提升巷道的综合掘进效率和自动化、智能化水平。

【技术实现步骤摘要】
一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺及协同定位控制方法
本专利技术涉及巷道掘进工作面装备布置工艺及自动化控制
，具体涉及一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺及协同定位控制方法。
技术介绍
多年以来，巷道掘进存在速度慢、掘进效率低、综合机械化掘进装备配套混乱、成套装备无法平行作业、装备智能化控制水平低等亟待解决的难题，同时掘进工作面环境恶劣，人员密度大，装备单机人工操作繁琐，工人劳动强度大，导致巷道综合掘进自动化水平一直无法向采煤工作面一样，形成多种装备之间的紧密配套融合，进而无法突破单机掘进和支护的局限性，掘进装备的协同控制与平行作业问题成为巷道掘进的“卡脖子”问题，巷道掘进效率和智能化水平始终无法突破瓶颈，加剧了的采掘接续难题。因此，目前亟需设计一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺及协同定位控制方法，以实现巷道掘进装备间掘、支、运的协同控制和平行作业，并普遍适用于各种巷道施工，快速提升巷道的掘进效率和自动化、智能化水平。
技术实现思路
针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺及协同定位控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺，所述工艺为基于一种巷道综合掘进成套装备掘进系统的设备布置工艺，所述一种巷道综合掘进成套装备掘进系统包括综合掘进成套装备、协同定位控制系统、分布式无线通讯收发装置、惯性定位导航系统、激光测距定位系统、串联式光纤光栅三维曲率传感系统，所述综合掘进成套装备包括巷道掘进迎头断面布置的悬臂式掘进机，所述悬臂式掘进机上方布置有自移迈步式临时支护装置，所述悬臂式掘进机的运输机构后方布置有履带自移式转载机，所述履带自移式转载机上布置有骑跨式自动锚杆钻机，所述履带自移式转载机后方衔接布置有自移式柔性连续运输机，所述悬臂式掘进机机体安装有惯性定位导航系统，所述悬臂式掘进周围安装有激光测距定位系统，所述履带自移式转载机机体、自移式柔性连续运输机机身布置有串联式光纤光栅三维曲率传感系统，所述协同定位控制系统布置在巷道侧帮的硐室中负责综合掘进成套装备的位姿信息的统一接收、计算和控制信息的下发，所述悬臂式掘进机、履带自移式转载机、骑跨式自动锚杆钻机、自移式柔性连续运输机上分别布置有分布式无线通讯收发装置以实现各装置位姿信息和协同定位控制系统的通讯。优选地，所述悬臂式掘进机用于实现巷道断面的破岩开掘，所述自移迈步式临时支护装置负责巷道的临时支护，防止空顶作业，所述履带自移式转载机负责岩石物料的运输和成套装备的衔接，所述骑跨式自动锚杆钻机用于实现巷道永久锚杆支护，所述自移式柔性连续运输机负责柔性跟随性物料运输。优选地，所述分布式无线通讯收发装置包括控制中心无线通讯收发装置、掘进机无线通讯收发装置、转载机无线通讯收发装置、运输机无线通讯收发装置，所述控制中心无线通讯收发装置布置在巷道综合掘进成套装备的协同定位控制系统中负责对各分布式无线通讯收发装置进行信息通讯和控制指令下发，所述掘进机无线通讯收发装置安装在悬臂式掘进机机体上负责将惯性定位导航系统和激光测距定位系统获取的悬臂式掘进机和临时支护装置的定位信息发送至控制中心无线通讯收发装置并收取运动控制指令，所述转载机无线通讯收发装置安装在履带自移式转载机机体上负责将转载机串联式光纤光栅三维曲率传感系统获取的转载机和自动锚杆钻机的定位信息发送至控制中心无线通讯收发装置并收取运动控制指令，所述运输机无线通讯收发装置安装在自移式柔性连续运输机机体上负责将运输机串联式光纤光栅三维曲率传感系统获取的自移式柔性连续运输机的定位信息发送至控制中心无线通讯收发装置并收取运动控制指令。优选地，所述惯性定位导航系统和激光测距定位系统用于实时测量掘进机机体位姿。优选地，所述履带自移式转载机机体的一侧布置有串联式光纤光栅三维曲率传感系统以感知转载机的关节沿水平方向和数值方向的弯曲姿态以及骑跨式自动锚杆钻机在转载机的相对位置，所述自移式柔性连续运输机机身的一侧布置串联式光纤光栅三维曲率传感系统以感知柔性连续运输机沿水平方向和竖直方向的弯曲姿态。优选地，所述串联式光纤光栅三维曲率传感系统由若干段光纤光栅三维曲率传感器串联组成，若干段光纤光栅三维曲率传感系统首尾相接组成串联式光纤光栅三维曲率传感系统。优选地，每一段所述光纤光栅三维曲率传感器包括柔性基材一、柔性基材二、光纤光栅串一、光纤光栅串二、公接头、母接头、正交开槽柔性橡胶管。优选地，所述光纤光栅串一和光纤光栅串二正交布置在正交开槽柔性橡胶管内能够获得串联式光纤光栅三维曲率传感系统各段的弯曲姿态信息，进而可以估计得到转载机和运输机的位姿信息。本专利技术还提供一种基于上述工艺的协同定位控制方法，具体包括以下步骤：(1)巷道综合掘进成套装备按权利要求1的布置方式沿巷道进行布置；(2)启动协同定位控制系统、惯性定位导航系统、激光测距定位系统、串联式光纤光栅三维曲率传感系统，并完成初始对准及标定；(3)启动悬臂式掘进机，进行迎头断面掘进，惯性定位导航系统和激光测距定位系统实时测量掘进机机体位姿，掘进机无线通讯收发装置实时将掘进机机体位姿和掘进机相对巷道迎头、侧帮和自移迈步式临时支护装置的距离发送至协同定位控制系统；(4)与步骤(3)同步操作，启动自移迈步式临时支护装置在掘进机上方进行临时支护，防止掘进机空顶作业；(5)与步骤(3)同步操作，启动履带自移式转载机，将掘进机截割下的物料连续转运至巷道后方，履带自移式转载机机体安装的串联式光纤光栅三维曲率传感系统实时采集履带自移式转载机沿水平方向和竖直方向的弯曲位姿，并通过转载机无线通讯收发装置发送至协同定位控制系统；(6)与步骤(3)同步操作，启动骑跨式自动锚杆钻机，骑跨式自动锚杆钻机自动对新掘进巷道的顶板和侧帮进行打锚杆作业，对巷道进行永久支护，骑跨式自动锚杆钻机骑跨在履带自移式转载机上方，待一排锚杆支护作业完成后，骑跨式自动锚杆钻机沿履带自移式转载机向巷道迎头方向移动一定间距后固定，然后进行下一排锚杆支护作业，安装在履带自移式转载机的串联式光纤光栅三维曲率传感系统感知自动锚杆钻机在履带自移式转载机的相对位置，并通过转载机无线通讯收发装置发送至协同定位控制系统；(7)与步骤(3)同步操作，启动柔性连续运输机，将履带自移式转载机转运的物料进行连续输送至巷道后方，柔性连续运输机安装的串联式光纤光栅三维曲率传感系统实时采集柔性连续运输机沿水平方向和竖直方向的弯曲位姿，并通过运输机无线通讯收发装置发送至协同定位控制系统；(8)与步骤(3)同步操作，协同定位控制系统实时接收掘进机无线通讯收发装置、转载机无线通讯收发装置、运输机无线通讯收发装置的位姿信息，并对成套装备的相对位姿进行统一计算判断，并下发各装备的运行控制指令。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的工艺和方法可以普遍适用于现有巷道掘进工况，以合理的装备布置工艺实现综合掘进成套装备的紧密匹配，并基于自主定位方法和相对定位方法实现掘进、支护、运输等多个掘进工序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺，其特征在于：所述工艺为基于一种巷道综合掘进成套装备掘进系统的设备布置工艺，所述一种巷道综合掘进成套装备掘进系统包括综合掘进成套装备、协同定位控制系统、分布式无线通讯收发装置、惯性定位导航系统、激光测距定位系统、串联式光纤光栅三维曲率传感系统，所述综合掘进成套装备包括巷道掘进迎头断面布置的悬臂式掘进机，所述悬臂式掘进机上方布置有自移迈步式临时支护装置，所述悬臂式掘进机的运输机构后方布置有履带自移式转载机，所述履带自移式转载机上布置有骑跨式自动锚杆钻机，所述履带自移式转载机后方衔接布置有自移式柔性连续运输机，所述悬臂式掘进机机体安装有惯性定位导航系统，所述悬臂式掘进周围安装有激光测距定位系统，所述履带自移式转载机机体、自移式柔性连续运输机机身布置有串联式光纤光栅三维曲率传感系统，所述协同定位控制系统布置在巷道侧帮的硐室中负责综合掘进成套装备的位姿信息的统一接收、计算和控制信息的下发，所述悬臂式掘进机、履带自移式转载机、骑跨式自动锚杆钻机、自移式柔性连续运输机上分别布置有分布式无线通讯收发装置以实现各装置位姿信息和协同定位控制系统的通讯。/n

【技术特征摘要】
1.一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺，其特征在于：所述工艺为基于一种巷道综合掘进成套装备掘进系统的设备布置工艺，所述一种巷道综合掘进成套装备掘进系统包括综合掘进成套装备、协同定位控制系统、分布式无线通讯收发装置、惯性定位导航系统、激光测距定位系统、串联式光纤光栅三维曲率传感系统，所述综合掘进成套装备包括巷道掘进迎头断面布置的悬臂式掘进机，所述悬臂式掘进机上方布置有自移迈步式临时支护装置，所述悬臂式掘进机的运输机构后方布置有履带自移式转载机，所述履带自移式转载机上布置有骑跨式自动锚杆钻机，所述履带自移式转载机后方衔接布置有自移式柔性连续运输机，所述悬臂式掘进机机体安装有惯性定位导航系统，所述悬臂式掘进周围安装有激光测距定位系统，所述履带自移式转载机机体、自移式柔性连续运输机机身布置有串联式光纤光栅三维曲率传感系统，所述协同定位控制系统布置在巷道侧帮的硐室中负责综合掘进成套装备的位姿信息的统一接收、计算和控制信息的下发，所述悬臂式掘进机、履带自移式转载机、骑跨式自动锚杆钻机、自移式柔性连续运输机上分别布置有分布式无线通讯收发装置以实现各装置位姿信息和协同定位控制系统的通讯。


2.权利要求1所述的一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺，其特征在于：所述悬臂式掘进机用于实现巷道断面的破岩开掘，所述自移迈步式临时支护装置负责巷道的临时支护，防止空顶作业，所述履带自移式转载机负责岩石物料的运输和成套装备的衔接，所述骑跨式自动锚杆钻机用于实现巷道永久锚杆支护，所述自移式柔性连续运输机负责柔性跟随性物料运输。


3.权利要求1所述的一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺，其特征在于：所述分布式无线通讯收发装置包括控制中心无线通讯收发装置、掘进机无线通讯收发装置、转载机无线通讯收发装置、运输机无线通讯收发装置，所述控制中心无线通讯收发装置布置在巷道综合掘进成套装备的协同定位控制系统中负责对各分布式无线通讯收发装置进行信息通讯和控制指令下发，所述掘进机无线通讯收发装置安装在悬臂式掘进机机体上负责将惯性定位导航系统和激光测距定位系统获取的悬臂式掘进机和临时支护装置的定位信息发送至控制中心无线通讯收发装置并收取运动控制指令，所述转载机无线通讯收发装置安装在履带自移式转载机机体上负责将转载机串联式光纤光栅三维曲率传感系统获取的转载机和自动锚杆钻机的定位信息发送至控制中心无线通讯收发装置并收取运动控制指令，所述运输机无线通讯收发装置安装在自移式柔性连续运输机机体上负责将运输机串联式光纤光栅三维曲率传感系统获取的自移式柔性连续运输机的定位信息发送至控制中心无线通讯收发装置并收取运动控制指令。


4.如权利要求1所述的一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺，其特征在于：所述惯性定位导航系统和激光测距定位系统用于实时测量掘进机机体位姿。


5.如权利要求1所述的一种巷道综合掘进成套装备掘进工艺，其特征在于：所述履带自移式转载机机体的一侧布置有串联式光纤光栅三维曲率传感系统以感知转载机的关节沿水平方向和数值方向的弯曲姿态以及骑跨式自动锚杆钻机在转载机的相对位置，所述自移式柔性连续运输机机身...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘送永，朱真才，崔玉明，李洪盛，江红祥，许少毅，张德义，孙敦凯，李思成，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32