В России разработали систему навигации комбайна для добычи калия без участия человека

Ученые предложили метод добычи калийных руд с помощью беспилотных комбайнов, оборудованных инерциальной навигационной системой. Разработка позволяет технике проходить горные выработки без контроля направления движения со стороны инженеров. Над системой работали специалисты подведомственного Минобрнауки России Горного института (ГИ) Уральского отделения РАН — филиала Пермского федерального исследовательского центра (ПФИЦ) УрО РАН.

В России разработали систему навигации комбайна для добычи калия без участия человека

Беспилотные технологии позволяют вывести работников из опасных участков работ, решить проблему дефицита квалифицированных рабочих кадров, снизить вероятность профессиональных заболеваний и получить экономическую выгоду для компании. Однако горнодобывающая промышленность — одна из самых медленно автоматизируемых областей. Полной автоматизации процесса добычи полезных ископаемых добиться пока не удается, и даже автопилотные погрузочно-доставочные машины нуждаются в помощи машиниста.

Разработанная пермскими учеными инерциальная навигационная система не требует наличия внешних ориентиров или поступающих извне сигналов.

«Наша система представляет собой набор датчиков. Акселерометры и гироскопы в ней расположены перпендикулярно в трех плоскостях. Акселерометры измеряют ускорение, а гироскопы — положение в пространстве, то есть идет измерение всех углов по всем плоскостям. При помощи ускорения можно вычислить пройденный путь. Таким образом осуществляем навигацию от первой заданной точки и определяем координаты в следующей. Подобные системы работают как дополнительная навигация в местах, где недостаточно GPS», — говорит кандидат технических наук, старший научный сотрудник ГИ УрО РАН (филиала ПФИЦ УрО РАН) Денис Кормщиков.

Кроме того, исследователи установили на комбайне монитор, блок навигации и вычислений, а также одометрическую систему — устройство для определения скорости движения и уточнения местоположения транспорта. Связь с диспетчером на руднике осуществляется по радиоканалу.

Первые испытания на калийном руднике показали, что комбайн благодаря новой системе навигации может преодолеть прямолинейный участок горной выработки длиной до 300 метров без дополнительного контроля со стороны горного инженера. При этом отклонение от проектной оси выработки не превысило 20 см.

«На предприятии добыча ведется параллельными камерами: комбайн проходит выработку, потом сдает назад и идет вновь. Желательно, чтобы все выработки были параллельны, а отклонение более чем на 20 см от проектной оси не допускается. На целиках (оставшихся частях между камерами) поддерживается вся шахта, чтобы вышележащие глиняные пласты не осели, и подземные воды не затопили шахту. Поэтому обеспечивать параллельность добычных камер — очень важная задача», — объясняет Денис Кормщиков.

Также исследователям удалось разработать концепцию контроля пласта на основе радиоактивного излучения калия. В этом году комбайн будет дооборудован системой детекторов для измерения гамма-излучений в горном пласте. По словам авторов, такой контроль пласта позволит перейти к автономному или как минимум дистанционному управлению комбайном при добыче полезного ископаемого.

Сейчас ученые готовятся испытать систему на точность определения пройденного расстояния и попробовать пройти с ней сложные криволинейные участки. Также они разрабатывают программное обеспечение для работы системы в кабинете горного инженера и диспетчерской рудника.

«В декабре 2023 года мы планируем закончить опытно-промышленные испытания. В течение 2024 года готовы произвести еще 5 образцов системы навигации и отладить серийное производство. Разработкой подобных систем рудничной техники сегодня занимаются специалисты Канады, Швеции и Австралии, но наша навигация, не уступая аналогам по точности, использует меньшее количество вспомогательных систем, проще в обслуживании и дешевле при внедрении», — заключает ученый.

Подана заявка на патент.

2
Начать дискуссию