團隊簡介

北斗天地股份有限公司基于國產慣導實現采煤工作面自動找直應用技術研發團隊（簡稱慣導研發團隊），由設計師和技術專家等20名組成，在礦山開采工藝、 自動化控制、礦山信息化技術應用方面，擁有豐富的經驗和深厚的專業知識，慣導研發團隊分別來自電氣工程、計算機科學、機械設計和礦業工程，學科多元化組合確保團隊從多角度審視問題，提出并成功研發的全面解決方案。

慣導研發團隊自成立以來，始終堅持以用戶需求為導向，將最新的科技成果轉化為實際應用。IMOSS 智能綜采作業自導向系統為煤礦行業帶來革命性的變化，提高煤礦生產效率，實現降本提效。

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

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國產化

煤礦智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐。目前，我國已經取得了液壓支架電液控系統、采煤機記憶截割和可視化遠程干預控制、掘進機遠程集控等一系列技術創新，但煤礦綜采工作面智能化核心技術裝備與美國、澳大利亞等發達國家相比還存在一定的差距。

煤礦綜采作業生產過程的智能化運行，采煤機、液壓支架等主要生產設備具備自主定位、姿態監測等高精度實時測量和數據采集功能，只有慣性導航技術能夠滿足相關功能和需求。

在煤礦智能化采煤作業過程中，采煤機記憶截割，液壓支架跟隨采煤機自動降、移、升均已實現。然而，實際生產過程中，工作面直線度卻難以保證，隨工作面推進誤差越來越大，影響工作面自動連續推進，直線度問題嚴重制約著綜采自動化水平。滿足持續穩定、精準高效服務于煤礦綜采工作面，采煤機慣導系統是采煤智能化必然條件。

慣導研發團隊為打破國外技術壟斷和封鎖，解決該領域“卡脖子”問題，研究煤礦智能化領域國產化關鍵核心技術，致力于將國產慣性導航技術應用于智能化煤炭開采領域，解決了煤礦井下生產過程中對綜機設備的精確定位和導航控制難題。基于國產慣導技術，深度結合煤礦智能化建設應用需求，開展國產化礦用采煤機慣導系統和組合定位導航核心算法研發，提升煤礦智能開采領域關鍵核心技術裝備國產化水平，避免國外技術方法侵權風險。北斗天地智能綜采作業自導向系統（Intelligent mining operation self-steering system，IMOSS）常態化應用于煤礦綜采工作面智能化生產，實現減員增效，提升煤礦生產現場的本質化人機安全保障，IMOSS系統開采軌跡查詢界面如圖1所示。

圖1 IMOSS系統開采軌跡查詢界面

智能化技術研發攻關

2.1 研發綜采工作面采煤機慣性導航系統

慣導研發團隊通過深入了解煤礦綜采工作面生產工藝流程，持續開展技術攻關，完成了元器件抗沖擊設計和電磁兼容性優化，完成了適用于煤礦井下生產的采煤機三維坐標精確定位技術研發。結合防爆電氣要求，完成了國產慣導成套系統礦用產品研發，并取得整機安標認證；自主研發出高精度光學陀螺和加速度計，構建慣導成套裝置及配套系統，測量采煤機工作過程中的橫向、縱向、垂直三維空間位置、姿態數據，與高分辨率編碼器組合，測量數據通過無線或專用線纜方式傳輸到數據處理中心，經多源數據融合運算，得到采煤機的開采運行軌跡，實時監控采煤機在工作面的位置姿態信息，IMOSS系統硬件架構設計如圖2所示。

圖2 IMOSS系統硬件架構設計

2.2 構建綜采工作面采煤機定位導航和找直算法

慣導研發團隊結合煤礦綜采工作面生產工藝，重點研發采煤機高精度組合定位導航算法、工作面直線度控制算法、安裝誤差補償算法、斷點續傳位置補償算法，實現了采煤機在綜采工作面的精確定位和位置姿態數據實時采集。

分析慣導裝置記錄的采煤機空間位置坐標，確定當前工作面的直線度，定向研發算法計算出每臺液壓支架的推移量，聯動液壓支架電控系統發出執行信息，對每個液壓支架進行推移行程單獨閉環控制，達成直線度控制目標，實現對工作面直線度的動態調整，IMOSS系統軟件模塊設計如圖3所示。

圖3 IMOSS系統軟件模塊設計

2.3 基于5G無線通信的慣導多信道冗余通信

煤礦井下生產過程中因設備頻繁移動、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，采煤機慣導有線通信介質（網線、光纜、通信電纜、串行通信線等）易受損傷，無法穩定應用于采煤機慣導系統通信，5G網絡高速率、低時延的特征較好契合慣導系統通信需求。

慣導研發團隊針對煤礦井下采煤機和慣導系統通信需求，研究多信道數據通信技術，實現了采煤機慣導系統基于礦用5G專網、礦用無線網絡、礦用光通信網絡等多種通信方式的融合應用，提升了慣導系統數據傳輸穩定性。

通過采煤機安裝部署礦用慣導裝置，實現采煤機在工作面的位置姿態信息的實時采集，慣導通過內置5G模組，適配礦用5G專網系統，對接液壓支架電液控系統，實現綜采工作面液壓支架矯直和整體直線度的動態控制，多信道通信系統架構設計如圖4所示。

圖4 多信道通信系統架構設計

慣導研發團隊攻關核心關鍵技術

為了高精度慣導裝置及軟件系統研發試制成功，慣導研發團隊自主驗證了國產慣導在綜采工作面采煤機位置姿態、位置實時檢測、定位導航方面的適配可行性，提升了煤礦智能化生產領域的核心技術裝備國產化水平，實現了綜采工作面自動取直關鍵技術的重大突破。

（1）結合煤礦綜采工作面找直需求，自主研發綜采工作面找直算法、開采軌跡曲線擬合算法、誤差補償算法，適配機載傳感器和慣導系統，實時監測采集采煤機在生產過程中的位置坐標和姿態角度信息數值，通過神經網絡算法，解算輸出電液控制系統每個控制器對應的修正值、移架找直目標值及實際行程值，實時調整工作面整體直線度，達到工作面找直的目標。目前已驗證達到500 m長度以內工作面，整體取直誤差優于50 cm的技術指標，達到國內領先水平。

（2）煤礦工作面實際環境存在高粉塵、強振動、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、環境適應能力強、性能長期穩定的特點，為了攻克國產慣導在煤礦井下工況環境適應性難題，慣導研發團隊通過多項技術研發和融合措施，實現了國產慣導在綜采工作面的常態化應用。

（3）礦用高精度慣導系統具備較短時間內完成快速智能初始對準，提高煤礦開采工作效率，同時具備高動態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境下的高精度純慣性性能保持能力，以及很強的溫度、振動、沖擊、磁場條件下的環境適應能力。

（4）慣導研發團隊通過綜合鎖區減小技術、高精度諧振腔光路控制技術、超精密諧振腔穩定化技術、高穩定性的抖動偏頻技術、高氣密性電極封接技術、磁屏蔽技術等多項關鍵技術研發，使采煤機慣導裝置具備抗沖擊、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環境適應性，實現了慣導系統裝置在綜采工作面的常態化穩定應用。

（5）攻克了采煤機慣導無可靠通信信道的技術難題，研發多信道數據通信技術，實現了采煤機慣導系統基于礦用5G專網、礦用無線網絡、礦用光通信網絡等多種通信方式的融合應用，提升了慣導系統數據傳輸穩定性。

（6）自主研發設計的接口轉換部件、5Gcpe通信模組將慣導數據通過礦用本安型5G模組連接礦用5G專網，慣導上位機服務器通過5G專網實現慣導數據的接收和通信，經過實際應用測試，通信時延、信道帶寬、通信穩定性等相關指標，均滿足礦用慣導系統應用需要。

慣導研發團隊取得科研成果

IMOSS系統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、兗礦能源集團股份有限公司東灘煤礦沖擊地壓風險較高的綜放工作面等不同地質條件下的工作面試驗應用，均實現采煤機定位精度≤10 cm，工作面整體直線度控制精度≤50 cm，采煤機定位和工作面找直功能實測應用正常，兗礦能源集團股份有限公司南屯煤礦綜采工作面IMOSS慣導找直應用情況如圖5所示。

圖5 綜采工作面IMOSS慣導找直應用情況

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

人才管理與團隊培養

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

（2）注重員工教育和培訓，團隊成員通過不斷學習和提高自己的能力，培訓包括內部培訓和外部培訓。內部培訓由團隊內部的專業人員組織，專注團隊自身需求進行培訓，外部培訓讓成員拓展更多的團隊知識和其他團隊的管理經驗，從而更好地學習和提高自己的能力。

（3）建立科學的績效考核和激勵機制，讓團隊更加明確自己的工作目標和要求，更有動力去完成工作任務。在考核方面，團隊根據員工的工作成果、能力和職業素養等方面進行考核。在獎懲機制方面，慣導研發團隊根據員工的績效和貢獻，給予適當的獎勵和激勵，提高員工的積極性和工作熱情。

團隊未來發展方向

（1）提升導航精度與抗干擾能力

當前慣導系統在井下復雜環境中，仍面臨誤差累積和極端條件適應性挑戰，需通過優化算法降低純慣性導航1.5～3 m/h的位置漂移，并結合里程計約束提升長期導航精度；同時，針對井下高溫（>60 ℃）、高濕（RH>95%）等極端環境，改進慣性器件的抗干擾能力和穩定性。

（2）標準化與模塊化設計

為適應不同煤層厚度（薄/中/厚）、地質條件（如大傾角、破碎頂板）等多樣化需求，研發團隊將推進慣導系統的標準化和模塊化，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，是煤炭行業最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業最大最權威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領域產學研用新進展的綜合性技術刊物。

主編：王國法院士

投稿網址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯系人：李編輯 010-87986441

郵發代號：82-476

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