項(xiàng)杰 楊尚武

摘? 要：文章主要以懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)為中心，首先介紹了懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展背景，其次對(duì)導(dǎo)航技術(shù)研究問(wèn)題進(jìn)行闡述，最后從幾個(gè)角度研究了導(dǎo)航定位技術(shù)的應(yīng)用與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。目的在于進(jìn)一步提高懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航定位準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：懸臂式掘進(jìn)機(jī);導(dǎo)航定位;巷道截面;動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TD632.2? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）14-0160-02

Abstract： In view of the present situation and development trend of the navigation technology of the cantilever roadheader， this paper first introduces the development background of the cantilever roadheader， and then expounds the research problems of the navigation technology. Finally， the application and future development trend of navigation and positioning technology are studied from several angles. The purpose is to further improve the accuracy of navigation and positioning of the cantilever roadheader.

Keywords： cantilever roadheader; navigation and positioning; roadway section; dynamic monitoring

懸臂式掘進(jìn)機(jī)是掘進(jìn)機(jī)中的一種，懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究，首先需要了解懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工方式。掘進(jìn)機(jī)施工主要通過(guò)巷道斷面的方式進(jìn)行施工作業(yè)，具體作業(yè)方式分為兩種，首先是全斷面掘進(jìn)機(jī)、其次是部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)。當(dāng)前我國(guó)應(yīng)用最頻繁的為部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)，其中懸臂式掘進(jìn)機(jī)最為關(guān)鍵。懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究一直在不斷深入，其中不乏吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，并且結(jié)合我國(guó)近些年的工作經(jīng)驗(yàn)，但是導(dǎo)航技術(shù)研究卻一直進(jìn)步緩慢，并沒有獲得顯著的成效。懸臂式掘進(jìn)機(jī)在我國(guó)的正式應(yīng)用，主要從1979年開始，作為引進(jìn)設(shè)備，為我國(guó)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展推向全新進(jìn)程。懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航定位研究，以導(dǎo)航定位問(wèn)題逐漸總結(jié)全新的導(dǎo)航定位技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展。

1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展背景

懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)最初出現(xiàn)是在20世紀(jì)60年代中期，當(dāng)時(shí)的建設(shè)與發(fā)展對(duì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)需求極大，積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)掘進(jìn)機(jī)技術(shù)，并且通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)技術(shù)研究的經(jīng)驗(yàn)積累，初步提出懸臂式掘進(jìn)機(jī)研究設(shè)計(jì)理念。其中主要從小功率掘進(jìn)機(jī)角度出發(fā)，設(shè)定功率為30-50kW，整體研究規(guī)模較小，當(dāng)然研究成果并不是很顯著。引進(jìn)國(guó)外100多臺(tái)掘進(jìn)機(jī)，其中包括佳木斯煤機(jī)廠引進(jìn)日本S-100型掘進(jìn)機(jī)、淮南煤機(jī)廠引進(jìn)奧地利AM50型掘進(jìn)機(jī)等[1]。積極吸收國(guó)外先進(jìn)掘進(jìn)機(jī)技術(shù)，并且聯(lián)系我國(guó)掘進(jìn)機(jī)研究，使得我國(guó)掘進(jìn)機(jī)技術(shù)研究更上一個(gè)階層，同時(shí)這也為懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。圖1為懸臂式掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖。

2 懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究問(wèn)題

懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究中，因?yàn)閷?dǎo)航技術(shù)具有特殊性，所以在發(fā)展中出現(xiàn)一些問(wèn)題，困擾懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展。懸臂式掘進(jìn)機(jī)本身以懸臂回轉(zhuǎn)、俯仰的方式完成煤巖切割，并且實(shí)際工作中對(duì)機(jī)身、巷道底板依賴性非常大，這期間的摩擦力與截割位置阻力變化是保證懸臂式掘進(jìn)機(jī)平衡的關(guān)鍵，只有懸臂式掘進(jìn)機(jī)保持平衡的基礎(chǔ)上，才能夠真正實(shí)現(xiàn)底板相對(duì)靜止，掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)持續(xù)工作。懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用中，側(cè)向截割阻力如果與巷道底板摩擦力不平衡，則懸臂式掘進(jìn)機(jī)自身會(huì)出現(xiàn)失衡情況，直接影響到導(dǎo)航技術(shù)的參數(shù)變化，甚至出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)或者側(cè)滑等情況。

相較于傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)施工工藝，懸臂式掘進(jìn)機(jī)采取激光指向儀的方式，及時(shí)投射出激光束，從而在巷道斷面做出指示，準(zhǔn)確對(duì)斷面進(jìn)行測(cè)量與截割，不僅可以確保懸臂式掘進(jìn)機(jī)工作方向與巷道設(shè)計(jì)始終一致，同時(shí)還可以保證懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航準(zhǔn)確。當(dāng)然這其中需要在截割期間不斷進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中需要將懸臂式掘進(jìn)機(jī)停機(jī)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割期間，因?yàn)橄锏赖刭|(zhì)情況，出現(xiàn)大量粉塵，并且操作期間會(huì)發(fā)出噪音，這些都是威脅掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵安全隱患，尤其限制懸臂式掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航發(fā)展[2]。自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)可以幫助懸臂式掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并且自動(dòng)對(duì)巷道斷面進(jìn)行監(jiān)視與截割，是掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)化發(fā)展的標(biāo)志。

但是懸臂式掘進(jìn)機(jī)實(shí)際施工中，機(jī)身控制度不夠，頻繁出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)、側(cè)滑等問(wèn)題，掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)變化直接影響到位置參數(shù)與形態(tài)，因此想要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航，就必須隨時(shí)對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)定位。掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用中，三維定位、三維姿態(tài)檢測(cè)等，都是導(dǎo)航技術(shù)研究的關(guān)鍵。懸臂式掘進(jìn)機(jī)如果以懸臂末端截割部位對(duì)巷道斷面加以控制，并且精確懸臂式掘進(jìn)機(jī)位置，科學(xué)預(yù)防在懸臂式掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)出現(xiàn)偏差。一旦這種情況得不到有效控制，就會(huì)導(dǎo)致巷道界面截割位置錯(cuò)位，影響掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行準(zhǔn)確性。懸臂式掘進(jìn)機(jī)對(duì)于坡度控制，偏差必須≤±1‰。懸臂式挖掘機(jī)裝配精良，即便在惡劣天氣下依然能夠持續(xù)工作。但是懸臂式掘進(jìn)機(jī)工作精度會(huì)受到周圍天氣與環(huán)境的影響，導(dǎo)致其精準(zhǔn)度下降[3]。

縱觀懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展，雖然掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航目標(biāo)精準(zhǔn)，但是因?yàn)闄z測(cè)技術(shù)與各種限制條件的影響，無(wú)法利用導(dǎo)航技術(shù)對(duì)巷道斷面進(jìn)行成型控制，這樣一來(lái)就直接影響到懸臂式掘進(jìn)機(jī)的導(dǎo)航定位準(zhǔn)確性。懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航定位技術(shù)，必須以巷道為基礎(chǔ)，沿著巷道的走向進(jìn)行角度控制，以直線型巷道控制為主。懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航定位技術(shù)中，包括空間位置定位檢測(cè)、姿態(tài)定位檢測(cè)。必須徹底解決懸臂式掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航定位控制問(wèn)題，才能為懸臂式掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航發(fā)展奠定基礎(chǔ)[4]。