Методы автоматического контроля пространственного положения горных машин в условиях угольных шахт

Оригинальная статья

УДК 622.83:681.5.015 c С.А. Кизилов, М.С. Никитенко, Д.Ю. Худоногов, 2025

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь №12-2025 /1200/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2025-12-72-76

Авторы

Кизилов С.А. канд. техн. наук, научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН», 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: sergkizilov@gmail.com

Никитенко М.С. канд. техн. наук, заведующий лабораторией, ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН», 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: ltd.mseng@gmail.com

Худоногов Д.Ю. научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН», 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: admolv@gmail.com

Аннотации

В статье приведены результаты обзора современных методов автоматического контроля пространственного положения горных машин в подземных выработках угольных шахт. Рассматривается проблема измерения углов наклона относительно продольной и поперечной осей, а также элементов горнотехнических систем при автоматизации проходческих и очистных работ. Предложена классификация методов по физическим принципам работы измеряющих устройств, выделены оптические и неоптические группы. Проанализированы распространённые методы и оборудование, отмечена проблематика использования LiDAR и положительный опыт машинного зрения. Описаны неоптические решения для измерения наклона и их применимость в условиях угольных шахт. Сделан вывод о перспективности MEMS-устройств и технологий машинного зрения для отслеживания положения горных машин.

Ключевые слова

Датчик, сенсор, наклон оборудования, угольная шахта, автоматизация, оптический метод, неоптический метод, инклинометр, гироскоп, лидар.

Список литературы

1. Роботизация очистного забоя – полностью автоматизированная высокопроизводительная лава с системой управления «MARCO» «ROBOTIC MINING» (Шахта «Полысаевская») / М. Ройтер, М. Крах, У. Кисслинг и др. // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. 2017. Т. 4. № 2. С. 263-269. Reuter M., Krach M., Kiessling U., Veksler Ju. Face robotics – fully automated highly productive face with the MARCO ROBOTIC MINING system (Polysaevskaya Mine). Fundamental’nyye i prikladnyye voprosy gornykh nauk. 2017;4(2):263-269. (In Russ.).
2. Захаров А.А., Тужилкин А.Ю., Веденин А.С. Алгоритм определения положения и ориентации трехмерных объектов по видеоизображениям на основе вероятностного подхода // Фундаментальные исследования. 2014. № 11-8. С. 1683-1687. Zakharov A.A., Tuzhilkin A.Yu., Vedenin A.S. The algorithm for determining the position and orientation of three-dimensional objects from video images on the basis of a probabilistic approach. Fundamental’nyye issledovaniya. 2014;11-8:1683-1687. (In Russ.).
3. Welch G.F., Foxlin E. Motion Tracking: No Silver Bullet, but a Respectable Arsenal. Computer Graphics and Applications. IEEE. 2002;(22):24-38. DOI: 10.1109/MCG.2002.1046626.
4. Mehendale N., Neoge S. Review on Lidar Technology. 2020. DOI: 10.2139/ssrn.3604309.
5. Kwon K., Ready S. Practical Guide to Machine Vision Software. An Introduction with LabVIEW. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2015. P. 278.
6. Dunn M., Reid P., Malos J. Development of a Protective Enclosure for Remote Sensing Applications – Case Study: Laser Scanning in Underground Coal Mines. Resources. 2020;9(5):56. DOI: 10.3390/resources9050056.
7. Du Y., Zhang H., Liang L., Zhang J., Song B. Applications of Machine Vision in Coal Mine Fully Mechanized Tunneling Faces: A Review. IEEE Access. 2023. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3317048.
8. Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH. URL: https://www.marco-systems.com/ (accessed 15.11.2025).
9. Кострин Д.К. Современные электронные датчики угла наклона: обзор основных физических принципов функционирования и перспективных разработок // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2024. Т. 17. № 6. С. 5-23. DOI: 10.32603/2071-8985-2024-17-6-5-23. Kostrin D.K. Modern Electronic Tilt Angle Sensors: an Overview of the Basic Physical Principles of Operation and Prospective Developments. LETI Transactions on Electrical Engineering & Computer Science. 2024;17(6):5-23. (In Russ.). DOI: 10.32603/2071-8985-2024-17-6-5-23.
10. Wang Shibo, Wang Shijia. Longwall mining automation horizon control: Coal seam gradient identification using piecewise linear fitting. International Journal of Mining Science and Technology. 2022;32(4):821-829. DOI: 10.1016/j.ijmst.2022.02.003.
11. Liang M., Li K., Fang X., Zheng D., Lu X., Wu G., Lu H. Development of FBG Inclination Sensor: A Study on Attitude Monitoring of Hydraulic Supports in Coal Mines. Applied Sciences. 2025;15(7):3429. DOI: 10.3390/app15073429.
12. Long M., Schafrik S., Kolapo P., Agioutantis Z., Sottile J. Equipment and Operations Automation in Mining: A Review. Machines. 2024;12(10):713. DOI: 10.3390/machines12100713.
13. Xu X., Lai J., Lv P., Lu J., Bai S., Hu H. High-Precision Positioning Method of Coal Shearer in the Underground Environment Based on Rail Kinematics Model. IEEE Access. 2021;(9):151198-151208. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3125501.
14. Jin Y., Ma Z., Ye Z., Li M., Zheng X., Jin Z. A self-centering and stiffness-controlled MEMS accelerometer. Microsystems & Nanoengineering. 2024;10(11). DOI: 10.1038/s41378-023-00647-4.
15. Farago D., Maczak B., Gingl Z. Enhancing accuracy in actigraphic measurements: A lightweight calibration method for triaxial accelerometers. IEEE Access. 2024;(12):38102-38111. DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3374652.
16. Афанасьев В.М., Пономарев Р.С. Волоконно-оптический гироскоп с фазовым информационным сигналом // Вестник Пермского университета. Серия: Физика. 2021. № 2. С. 23-35. DOI: 10.17072/1994-3598-2021-2-23-35. Afanas’ev V.M., Ponomarev R.S. Fiber-optic gyroscope with a phase information signal. Bulletin of Perm University. Physics. 2021;(2):23-35. (In Russ.). DOI: 10.17072/1994-3598-2021-2-23-35.
17. Спиридонов Д.М., Вадивасова Т.Е., Обухович Д.В. Волоконно-оптический гироскоп с системой снижения шума в выходном сигнале: влияние параметров системы на шумоподавление // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2025. Т. 33. № 4. С. 497-512. DOI: 10.18500/0869-6632-003168. Spiridonov D.M., Vadivasova T.E., Obukhovich D.V. Fiber optic gyroscope with output signal noise reduction system. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics. 2025;33(4):497-512. (In Russ.). DOI: 10.18500/0869-6632-003168.
18. Проценко Д.Е. Метод электронной юстировки MEMS-инклинометра // 80-я научно-техническая конференция СПбГЭТУ ЛЭТИ, 2024. Т. 1. № 79. С. 343-346.
19. Васильев С.И., Лапушова Л.А. Датчики систем автоматизации технологических процессов бурения нефтяных и газовых скважин. М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2016. 138 с.
20. Yao J., Liu S., Li Z., Li D. A Novel Ferrofluid Inclinometer Exploiting a Hall Element. IEEE Sensors Journal. 2016;16(22):7986-7991. DOI: 10.1109/JSEN.2016.2606108.
21. Guo Y., Xiong L., Wu H., Zhou W., Zhou X., Liu H. A FBG Inclinometer for Simultaneous Measurement of Horizontal Deformation and Sudden Deformation. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2021;(70):1-10. DOI: 10.1109/TIM.2021.3116295.
22. Мареев А.В., Попков М.А., Янгалышев В.Р. и др. Исследование устойчивости прототипа малобюджетного цифрового видеоинклинометра к изменению температуры // Вестник СГУГиТ. 2024. Т. 29. № 6. С. 23-31. DOI: 10.33764/2411-1759-2024-29-6-23-31. Mareev A.V., Popkov M.A., Yangalishev V.R., Tatarenko V.I. Study of the stability of a low-budget digital video inclinometer prototype to temperature changes. Vestnik SGUGiT. 2024;29(6):23-31. (In Russ.). DOI: 10.33764/2411-1759-2024-29-6-23-31.
23. Guo Y., Zhang Z., Chang L., Yu J., Ren Y., Chen K., Cao H., Xie H. Temperature Compensation for MEMS Accelerometer Based on a Fusion Algorithm. Micromachines. 2024;15(7):835. DOI: 10.3390/mi15070835.

Поддержка

Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук» проект FWEZ-2024-0025 «Разработка научных основ создания автономных и автоматизированных горных машин, оборудования, технических и управляющих систем на базе перспективных цифровых и роботизированных технологий» (продление).

Для цитирования

Кизилов С.А., Никитенко М.С., Худоногов Д.Ю. Методы автоматического контроля пространственного положения горных машин в условиях угольных шахт // Уголь. 2025;(12):72-76. DOI: 10.18796/0041-5790-2025-12-72-76.

Информация о статье

Поступила в редакцию: 3.10.2025

Поступила после рецензирования: 15.11.2025

Принята к публикации: 28.11.2025