[00383323]凿岩钻车自动定位炮孔的系统开发及在煤矿巷道爆破的应用

凿岩爆破是煤矿巷道掘进的主要工艺，减少掘进中人为影响、提高钻孔自动化水平是凿岩爆破发展的方向，也是智能化矿山亟待解决的核心难题。 该项目以国产凿岩钻车为平台，对自动化定位钻孔（钻孔智能化）进行研究，整个系统（包括理论推导、各部设计、电路控制以及软件开发）全部自行开发，具有完全自主知识产权。为确保研究的高起点和高精度，传感、控制元器件均从国外定制，项目具有科技含量高，技术难度大的特点。 该项目主要技术内容如下： 将爆破设计与自动定位融为一体，可通过程序对不同尺寸断面、不同进尺条件的爆破设计进行任意切换或实时修改；首次提出双臂车体定位法并进行应用；解决六自由度串联钻臂运动学逆解的统一建模及求解问题，奠定钻臂定位精确控制和误差补偿的基础；提出基于固定姿态约束的主动避障策略，针对空间杆件的干涉判断提出不同类型距离的计算方法；以蚁群算法结合钻臂运动量求解爆破孔序规划；开发国际先进的控制程序；研发多重防水、防潮体系及高突矿井防爆体系（井下应用必备条件）；其它内容包括：人性化操作界面；手动化与自动化钻孔随时切换功能；自动操作、6杆手动操作、电动手柄一体式操作三种操作模式。 该项目授权专利情况如下： 在申请发明专利项目四件：1、一种特种移动机器人的车体定位法（201710298040.2）；2、一种特种移动机器人多臂运动的主动避碰方法（201710298041.7）；3、一种重型6自由度机械臂各关节传感器的现场标定方法（201710354422.2）；4、一种基于双钻臂凿岩钻孔机器人的车体定位方法（201720178417.9）。 该项目实现技术经济指标如下： 采用自动化钻孔新装备，月进尺有明显提升；台车工作人员减少，节约人工费用；光面爆破效果好，爆后每循环岩石方量减少，相应节约排矸运输成本；炸药雷管消耗量比原技术方案少；掘进工作面成型得到改观，节约支护材料成本。2014-2016年期间，先后在川煤广能公司绿水洞煤矿和龙滩煤矿应用进尺1991m、2150m、2111m，三年分别创造增收节支828.93万元、899.26万元、839.94万元，合计2568.13万元。自动化凿岩台车产品销售利润在130万元/台以上。 该项目的应用推广及效益情况： 该项目以绿水洞煤矿运输大巷爆破掘进施工为研究对象，在高瓦斯突出矿井（且不限于煤矿）恶劣施工环境下，首次完成了凿岩台车自动定位钻布孔程序化研究，并开展推广应用，实现了在程序中自由切换不同断面炮孔设计、炮孔自动定位、定角度、钻孔、退钻等功能；实现手动自动自由切换；通过激光准确定位，钻孔不受车体停靠位置和渣高变化影响。结果表明：自动定位走孔平均时间23s，手动定位平均走孔时间51s，效率提高55%；钻孔孔口平均误差4.63cm，孔底平均误差7.02cm，定位精度大幅提升；炮眼利用率93.5%，眼痕率86.7%，爆破效果好，爆后巷道净宽质量达到优秀以上标准，无不合格品，未出现影响安全作业隐患。 引入自动化凿岩台车能改善劳动条件，降低安全威胁；提高劳动生产率，实现减人提效；推动凿岩爆破从机械化向自动化转变，为今后实施少人或近似无人掘进工作面创造条件，促进煤矿科技水平的提升。 该项目研制和应用的成功，在国内企业及科研单位中产生很大影响。学术界、企业界均十分关注，中煤科工集团等大型企业均表示了合作意愿，并已与徐工集团、太原煤科院、石煤机公司等展开了商品化生产洽谈。