團(tuán)隊簡介

北斗天地股份有限公司基于國產(chǎn)慣導(dǎo)實現(xiàn)采煤工作面自動找直應(yīng)用技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊（簡稱慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊），由設(shè)計師和技術(shù)專家等20名組成，在礦山開采工藝、 自動化控制、礦山信息化技術(shù)應(yīng)用方面，擁有豐富的經(jīng)驗和深厚的專業(yè)知識，慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊分別來自電氣工程、計算機(jī)科學(xué)、機(jī)械設(shè)計和礦業(yè)工程，學(xué)科多元化組合確保團(tuán)隊從多角度審視問題，提出并成功研發(fā)的全面解決方案。

慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊自成立以來，始終堅持以用戶需求為導(dǎo)向，將最新的科技成果轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用。IMOSS 智能綜采作業(yè)自導(dǎo)向系統(tǒng)為煤礦行業(yè)帶來革命性的變化，提高煤礦生產(chǎn)效率，實現(xiàn)降本提效。

目前，慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊已申請4項發(fā)明專利、1項實用新型、1項外觀專利，7項軟件著作權(quán)；先后獲得第七屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽軍轉(zhuǎn)民大賽三等獎、第三屆山東省智能制造（工業(yè) 4.0）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎、第三屆山東省科技工作者創(chuàng)新大賽二等獎、2024年度全國煤礦智能化卓越團(tuán)隊等獎勵和榮譽(yù)。

文章來源：《智能礦山》2025年第8期“專訪”欄目

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煤礦綜采工作面智能化核心技術(shù)國產(chǎn)化

煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。目前，我國已經(jīng)取得了液壓支架電液控系統(tǒng)、采煤機(jī)記憶截割和可視化遠(yuǎn)程干預(yù)控制、掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程集控等一系列技術(shù)創(chuàng)新，但煤礦綜采工作面智能化核心技術(shù)裝備與美國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的差距。

煤礦綜采作業(yè)生產(chǎn)過程的智能化運(yùn)行，采煤機(jī)、液壓支架等主要生產(chǎn)設(shè)備具備自主定位、姿態(tài)監(jiān)測等高精度實時測量和數(shù)據(jù)采集功能，只有慣性導(dǎo)航技術(shù)能夠滿足相關(guān)功能和需求。

在煤礦智能化采煤作業(yè)過程中，采煤機(jī)記憶截割，液壓支架跟隨采煤機(jī)自動降、移、升均已實現(xiàn)。然而，實際生產(chǎn)過程中，工作面直線度卻難以保證，隨工作面推進(jìn)誤差越來越大，影響工作面自動連續(xù)推進(jìn)，直線度問題嚴(yán)重制約著綜采自動化水平。滿足持續(xù)穩(wěn)定、精準(zhǔn)高效服務(wù)于煤礦綜采工作面，采煤機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)是采煤智能化必然條件。

慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊為打破國外技術(shù)壟斷和封鎖，解決該領(lǐng)域“卡脖子”問題，研究煤礦智能化領(lǐng)域國產(chǎn)化關(guān)鍵核心技術(shù)，致力于將國產(chǎn)慣性導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于智能化煤炭開采領(lǐng)域，解決了煤礦井下生產(chǎn)過程中對綜機(jī)設(shè)備的精確定位和導(dǎo)航控制難題?；趪a(chǎn)慣導(dǎo)技術(shù)，深度結(jié)合煤礦智能化建設(shè)應(yīng)用需求，開展國產(chǎn)化礦用采煤機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)和組合定位導(dǎo)航核心算法研發(fā)，提升煤礦智能開采領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)裝備國產(chǎn)化水平，避免國外技術(shù)方法侵權(quán)風(fēng)險。北斗天地智能綜采作業(yè)自導(dǎo)向系統(tǒng)（Intelligent mining operation self-steering system，IMOSS）常態(tài)化應(yīng)用于煤礦綜采工作面智能化生產(chǎn)，實現(xiàn)減員增效，提升煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場的本質(zhì)化人機(jī)安全保障，IMOSS系統(tǒng)開采軌跡查詢界面如圖1所示。

圖1 IMOSS系統(tǒng)開采軌跡查詢界面

智能化技術(shù)研發(fā)攻關(guān)

2.1 研發(fā)綜采工作面采煤機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊通過深入了解煤礦綜采工作面生產(chǎn)工藝流程，持續(xù)開展技術(shù)攻關(guān)，完成了元器件抗沖擊設(shè)計和電磁兼容性優(yōu)化，完成了適用于煤礦井下生產(chǎn)的采煤機(jī)三維坐標(biāo)精確定位技術(shù)研發(fā)。結(jié)合防爆電氣要求，完成了國產(chǎn)慣導(dǎo)成套系統(tǒng)礦用產(chǎn)品研發(fā)，并取得整機(jī)安標(biāo)認(rèn)證；自主研發(fā)出高精度光學(xué)陀螺和加速度計，構(gòu)建慣導(dǎo)成套裝置及配套系統(tǒng)，測量采煤機(jī)工作過程中的橫向、縱向、垂直三維空間位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)，與高分辨率編碼器組合，測量數(shù)據(jù)通過無線或?qū)Ｓ镁€纜方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，經(jīng)多源數(shù)據(jù)融合運(yùn)算，得到采煤機(jī)的開采運(yùn)行軌跡，實時監(jiān)控采煤機(jī)在工作面的位置姿態(tài)信息，IMOSS系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

圖2 IMOSS系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計

2.2 構(gòu)建綜采工作面采煤機(jī)定位導(dǎo)航和找直算法

慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊結(jié)合煤礦綜采工作面生產(chǎn)工藝，重點研發(fā)采煤機(jī)高精度組合定位導(dǎo)航算法、工作面直線度控制算法、安裝誤差補(bǔ)償算法、斷點續(xù)傳位置補(bǔ)償算法，實現(xiàn)了采煤機(jī)在綜采工作面的精確定位和位置姿態(tài)數(shù)據(jù)實時采集。

分析慣導(dǎo)裝置記錄的采煤機(jī)空間位置坐標(biāo)，確定當(dāng)前工作面的直線度，定向研發(fā)算法計算出每臺液壓支架的推移量，聯(lián)動液壓支架電控系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行信息，對每個液壓支架進(jìn)行推移行程單獨閉環(huán)控制，達(dá)成直線度控制目標(biāo)，實現(xiàn)對工作面直線度的動態(tài)調(diào)整，IMOSS系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計如圖3所示。

圖3 IMOSS系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計

2.3 基于5G無線通信的慣導(dǎo)多信道冗余通信

煤礦井下生產(chǎn)過程中因設(shè)備頻繁移動、落煤、落石、浸水等因素，存在通信線擠壓、彎折、破損等因素影響，采煤機(jī)慣導(dǎo)有線通信介質(zhì)（網(wǎng)線、光纜、通信電纜、串行通信線等）易受損傷，無法穩(wěn)定應(yīng)用于采煤機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)通信，5G網(wǎng)絡(luò)高速率、低時延的特征較好契合慣導(dǎo)系統(tǒng)通信需求。

慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊針對煤礦井下采煤機(jī)和慣導(dǎo)系統(tǒng)通信需求，研究多信道數(shù)據(jù)通信技術(shù)，實現(xiàn)了采煤機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)基于礦用5G專網(wǎng)、礦用無線網(wǎng)絡(luò)、礦用光通信網(wǎng)絡(luò)等多種通信方式的融合應(yīng)用，提升了慣導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。

通過采煤機(jī)安裝部署礦用慣導(dǎo)裝置，實現(xiàn)采煤機(jī)在工作面的位置姿態(tài)信息的實時采集，慣導(dǎo)通過內(nèi)置5G模組，適配礦用5G專網(wǎng)系統(tǒng)，對接液壓支架電液控系統(tǒng)，實現(xiàn)綜采工作面液壓支架矯直和整體直線度的動態(tài)控制，多信道通信系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖4所示。

圖4 多信道通信系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊攻關(guān)核心關(guān)鍵技術(shù)

為了高精度慣導(dǎo)裝置及軟件系統(tǒng)研發(fā)試制成功，慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊自主驗證了國產(chǎn)慣導(dǎo)在綜采工作面采煤機(jī)位置姿態(tài)、位置實時檢測、定位導(dǎo)航方面的適配可行性，提升了煤礦智能化生產(chǎn)領(lǐng)域的核心技術(shù)裝備國產(chǎn)化水平，實現(xiàn)了綜采工作面自動取直關(guān)鍵技術(shù)的重大突破。

（1）結(jié)合煤礦綜采工作面找直需求，自主研發(fā)綜采工作面找直算法、開采軌跡曲線擬合算法、誤差補(bǔ)償算法，適配機(jī)載傳感器和慣導(dǎo)系統(tǒng)，實時監(jiān)測采集采煤機(jī)在生產(chǎn)過程中的位置坐標(biāo)和姿態(tài)角度信息數(shù)值，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，解算輸出電液控制系統(tǒng)每個控制器對應(yīng)的修正值、移架找直目標(biāo)值及實際行程值，實時調(diào)整工作面整體直線度，達(dá)到工作面找直的目標(biāo)。目前已驗證達(dá)到500 m長度以內(nèi)工作面，整體取直誤差優(yōu)于50 cm的技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

（2）煤礦工作面實際環(huán)境存在高粉塵、強(qiáng)振動、大沖擊等特點，要求慣性器件具有較高精度，同時具有慣性器件啟動時間短、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、性能長期穩(wěn)定的特點，為了攻克國產(chǎn)慣導(dǎo)在煤礦井下工況環(huán)境適應(yīng)性難題，慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊通過多項技術(shù)研發(fā)和融合措施，實現(xiàn)了國產(chǎn)慣導(dǎo)在綜采工作面的常態(tài)化應(yīng)用。

（3）礦用高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)具備較短時間內(nèi)完成快速智能初始對準(zhǔn)，提高煤礦開采工作效率，同時具備高動態(tài)條件多物理場作用下的高精度輸出能力，具備在無外部信息源環(huán)境下的高精度純慣性性能保持能力，以及很強(qiáng)的溫度、振動、沖擊、磁場條件下的環(huán)境適應(yīng)能力。

（4）慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊通過綜合鎖區(qū)減小技術(shù)、高精度諧振腔光路控制技術(shù)、超精密諧振腔穩(wěn)定化技術(shù)、高穩(wěn)定性的抖動偏頻技術(shù)、高氣密性電極封接技術(shù)、磁屏蔽技術(shù)等多項關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，使采煤機(jī)慣導(dǎo)裝置具備抗沖擊、抗電磁干擾、防塵防爆等性能，以及煤礦井下工作面特殊作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性，實現(xiàn)了慣導(dǎo)系統(tǒng)裝置在綜采工作面的常態(tài)化穩(wěn)定應(yīng)用。

（5）攻克了采煤機(jī)慣導(dǎo)無可靠通信信道的技術(shù)難題，研發(fā)多信道數(shù)據(jù)通信技術(shù)，實現(xiàn)了采煤機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)基于礦用5G專網(wǎng)、礦用無線網(wǎng)絡(luò)、礦用光通信網(wǎng)絡(luò)等多種通信方式的融合應(yīng)用，提升了慣導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。

（6）自主研發(fā)設(shè)計的接口轉(zhuǎn)換部件、5Gcpe通信模組將慣導(dǎo)數(shù)據(jù)通過礦用本安型5G模組連接礦用5G專網(wǎng)，慣導(dǎo)上位機(jī)服務(wù)器通過5G專網(wǎng)實現(xiàn)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的接收和通信，經(jīng)過實際應(yīng)用測試，通信時延、信道帶寬、通信穩(wěn)定性等相關(guān)指標(biāo)，均滿足礦用慣導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用需要。

慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊取得科研成果

IMOSS系統(tǒng)通過在陜西未來能源化工有限公司金雞灘煤礦超大采高綜采工作面、兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦千米深井綜放工作面、兗礦能源集團(tuán)股份有限公司東灘煤礦沖擊地壓風(fēng)險較高的綜放工作面等不同地質(zhì)條件下的工作面試驗應(yīng)用，均實現(xiàn)采煤機(jī)定位精度≤10 cm，工作面整體直線度控制精度≤50 cm，采煤機(jī)定位和工作面找直功能實測應(yīng)用正常，兗礦能源集團(tuán)股份有限公司南屯煤礦綜采工作面IMOSS慣導(dǎo)找直應(yīng)用情況如圖5所示。

圖5 綜采工作面IMOSS慣導(dǎo)找直應(yīng)用情況

目前，基于國產(chǎn)慣導(dǎo)實現(xiàn)采煤工作面自動找直應(yīng)用研發(fā)已申請專利6項，其中：4項發(fā)明專利（圖6~圖9）、1項實用新型、1項外觀專利，7項軟件著作權(quán)。獲得第七屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽軍轉(zhuǎn)民大賽三等獎（圖10）、第三屆山東省智能制造（工業(yè)4.0）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎（圖11）、第三屆山東省科技工作者創(chuàng)新大賽二等獎（圖12）、2024年度全國煤礦智能化卓越團(tuán)隊（圖13）。

人才管理與團(tuán)隊培養(yǎng)

（1）慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊制定了明確的人才培養(yǎng)和管理計劃，計劃包括團(tuán)隊的發(fā)展目標(biāo)、培養(yǎng)和管理的人才類型、培養(yǎng)和管理時間表等。團(tuán)隊更加明確自己在人才培養(yǎng)和管理方面的目標(biāo)和要求，從而更有效地進(jìn)行人才的培養(yǎng)和管理。

（2）注重員工教育和培訓(xùn)，團(tuán)隊成員通過不斷學(xué)習(xí)和提高自己的能力，培訓(xùn)包括內(nèi)部培訓(xùn)和外部培訓(xùn)。內(nèi)部培訓(xùn)由團(tuán)隊內(nèi)部的專業(yè)人員組織，專注團(tuán)隊自身需求進(jìn)行培訓(xùn)，外部培訓(xùn)讓成員拓展更多的團(tuán)隊知識和其他團(tuán)隊的管理經(jīng)驗，從而更好地學(xué)習(xí)和提高自己的能力。

（3）建立科學(xué)的績效考核和激勵機(jī)制，讓團(tuán)隊更加明確自己的工作目標(biāo)和要求，更有動力去完成工作任務(wù)。在考核方面，團(tuán)隊根據(jù)員工的工作成果、能力和職業(yè)素養(yǎng)等方面進(jìn)行考核。在獎懲機(jī)制方面，慣導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊根據(jù)員工的績效和貢獻(xiàn)，給予適當(dāng)?shù)莫剟詈图睿岣邌T工的積極性和工作熱情。

團(tuán)隊未來發(fā)展方向

（1）提升導(dǎo)航精度與抗干擾能力

當(dāng)前慣導(dǎo)系統(tǒng)在井下復(fù)雜環(huán)境中，仍面臨誤差累積和極端條件適應(yīng)性挑戰(zhàn)，需通過優(yōu)化算法降低純慣性導(dǎo)航1.5～3 m/h的位置漂移，并結(jié)合里程計約束提升長期導(dǎo)航精度；同時，針對井下高溫（>60 ℃）、高濕（RH>95%）等極端環(huán)境，改進(jìn)慣性器件的抗干擾能力和穩(wěn)定性。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化設(shè)計

為適應(yīng)不同煤層厚度（薄/中/厚）、地質(zhì)條件（如大傾角、破碎頂板）等多樣化需求，研發(fā)團(tuán)隊將推進(jìn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，通過更換傳感器組合快速適配特定工況，降低定制化成本。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

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