智能化礦山巷道掘進設(shè)備導(dǎo)向系統(tǒng)的研究

賀瑞光

摘要：自第三次科技革命以來，人工智能及智能化引導(dǎo)了世界潮流。我們的生產(chǎn)與生活日新月異，特別是在生產(chǎn)領(lǐng)域取得了長足的進步。就礦山開采領(lǐng)域而言，無論是第一次工業(yè)革命還是第二次工業(yè)革命帶來的成果，都只是局限于傳統(tǒng)的采礦業(yè)礦產(chǎn)挖掘技術(shù)，但是第三次科技革命將智能化應(yīng)用于礦山開采，提高了礦山開采的生產(chǎn)效率。盡管從傳統(tǒng)的形象像這種全自動化過渡是一個從無到有的過程。但有眾多科學(xué)家敢于創(chuàng)新，交流思想的火花，是他們智慧的結(jié)晶。就像是蒸汽機的發(fā)明者改變了世界的進程。正如此，智能化礦山巷道掘進設(shè)備，也是一個巨大的歷史進步，推動了世界采礦業(yè)的進步。

關(guān)鍵詞：智能化礦山;礦山巷道;掘進設(shè)備;創(chuàng)新

引言：從我國整個鑿巖設(shè)備的生產(chǎn)情況來看，智能化的比例比起其他行業(yè)還遠遠算不上先進。眾所周知，之前大多采用的傳統(tǒng)的采礦方法有很多的弊端，主要表現(xiàn)為資源不能夠有效利用，資源的利用率低，資源消耗多。以上的這些都是傳統(tǒng)的采礦法不可避免的問題，與現(xiàn)代新形勢下追求先進高效的采礦業(yè)發(fā)展道路要求還有很大的差函數(shù)距。隨之到來的是現(xiàn)代采礦業(yè)的瓶頸期。在此情況下，我們必須運用第三次科技革命的智能化成果與采礦業(yè)相結(jié)合，致力打造出自動化、智能化和高效安全的采礦體系流程。尤其是智能化礦山，導(dǎo)向系統(tǒng)的科技創(chuàng)新研究。

一、智能化礦山巷道掘進導(dǎo)向系統(tǒng)的概述

采挖大量的礦產(chǎn)，但是采量出來的純度較小，可供利用的成品資源少。其次，傳統(tǒng)的采礦方法大多生產(chǎn)效率低，大多以人力為主，眾多礦工耗費了大量的勞動力，但是工作成果并不是很可觀。再者，開采礦山一直都是比較危險的工作，傳統(tǒng)的開采礦山法的危險系數(shù)較高，安全系數(shù)低，礦井的環(huán)境危險，礦工面臨的危險幾乎隨處可在，人身安全保障小。另外，傳統(tǒng)的開采礦產(chǎn)的方法，面臨著環(huán)境污染嚴重的生態(tài)問題。諸如像植被破壞，土壤流失等等較為惡劣的生態(tài)問題。并且這些大多都是難以修復(fù)的。因此，現(xiàn)在注重礦山開采的生態(tài)問題保護也是我們最為關(guān)注的問題之一。

（一）智能化礦山巷道掘進導(dǎo)向系統(tǒng)構(gòu)成

隨著時代的進步，智能化礦山巷道掘進系統(tǒng)為全球礦業(yè)帶來了一片向好的前景，傳統(tǒng)的礦業(yè)進入了一個極具信息化的新興行業(yè)。智能化礦山巷道導(dǎo)向系統(tǒng)是采用高靈敏通信傳感器、AI、VR等現(xiàn)代IT技術(shù)，計算機高新科技及礦山全自動化設(shè)備結(jié)合為一體的一個優(yōu)良導(dǎo)向系統(tǒng)[1]。在礦產(chǎn)開采過程中，操作人員的工作量大大減少，僅僅在巷道外操作計算機，就可以通過計算機發(fā)出的無線電信號來控制鉆車在井下的工作過程。具體為兩個主要步驟：

1.準(zhǔn)備工作

通過專門為巷道掘進系統(tǒng)開發(fā)的軟件，在三向坐標(biāo)上建立巷道軸線與激光束之間的關(guān)系函數(shù)，然后把爆破孔高精確地對應(yīng)在巷道斷面圖上，并標(biāo)出每個鉆孔相對于巷道軸線的角度和孔深。這是準(zhǔn)備工作前的操作。

2.鉆孔作業(yè)

做完準(zhǔn)備工作，操作人員只需要按下確認按鈕。鉆車就會按照既定流程自動在巷道內(nèi)開始鉆孔作業(yè)，鉆車依據(jù)裝置在鉆車上的校準(zhǔn)后的激光定位孔位的坐標(biāo)，通過中心處理器控制鉆車各個關(guān)節(jié)位置的傳感器，在爆破面上找出預(yù)先在計算機里面設(shè)定的爆破孔。

（二）智能化礦山巷道掘進導(dǎo)向系統(tǒng)的精準(zhǔn)化導(dǎo)向過程

導(dǎo)向系統(tǒng)對鉆車的方向控制，含有角度控制和孔升控制兩部分。是通過對鉆車推進器的角度及長度進行控制而完成操作的。這就要求對其的角度每一節(jié)鉆孔的深度采取實地實時測量，在此軟件中通過顯示屏呈現(xiàn)出來，操作人員通過指令完成對鉆車的智能化控制是鉆車達到最終的作業(yè)要求[2]。

智能導(dǎo)向系統(tǒng)的角度只是包括測量和顯示的方向，系統(tǒng)會測算出與參數(shù)方向的偏差，偏差會顯示在控制屏上，為了使系統(tǒng)顯示準(zhǔn)確的值。操作人員需要規(guī)定一個參考方向。智能導(dǎo)向系統(tǒng)的孔深控制過程是鉆車配備了側(cè)孔深的設(shè)備，系統(tǒng)會在鉆孔時顯示即時深度，為了使系統(tǒng)能夠控制鉆車的鉆孔深度，達到工程要求操作人員需要給出一個全長度的孔。

工作菜單進入工作菜單后，屏幕出現(xiàn)所示的界面。將恐深探測儀的數(shù)據(jù)清零，查看操作者定義的參考方向，參考方向的模式選擇設(shè)定的孔扇推進器俯仰角推進方向，當(dāng)前孔深。推薦方向用電把表示把新表是參考方向，當(dāng)推薦方向與參考方向有偏差時，則以一條黑線來表示實際空低與參考方向所鉆的孔底的距離，如果完全按照參考方向推進，則黑線縮短為一個點，并與靶心重合。

（三）智能化礦山巷道掘進多少系統(tǒng)的配備和系統(tǒng)即達到的效果

配套設(shè)備包括三個傳感器，一個用于水平角度，兩個用于垂直角度。一臺顯示器。

系統(tǒng)功能主要有兩條。儀式在顯示器上實時顯示推進量相對于動軸線的方向。二是通過監(jiān)視器的操作人員可以把推進去調(diào)整到正確的方向上。

計算機文檔：隧道掘進導(dǎo)向系統(tǒng)由大量的硬件和軟件工程這些硬件軟件都是專門為了鉆孔作業(yè)臺車及其系統(tǒng)所設(shè)計，主要有安裝在告狀關(guān)節(jié)點上的角度傳感器外甥和推進器的線性傳感器以及差量著孔速度的傳感器組成還包括測量鉆車且協(xié)助的請寫一個傳感器的信號被傳輸至計算機，通過計算機這些數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化為可讀數(shù)據(jù)，并在顯示屏上顯示，同時以電子文檔的形式保存在計算機內(nèi)。

達到的效果主要有兩條。保證周邊孔鉆孔的準(zhǔn)確性，使得孔與孔之間的平行度更加精準(zhǔn)。配置的系統(tǒng)配置。硬件配置系統(tǒng)功能效果如下。配套設(shè)備包括：一是九個傳感器，三個用于水平角度，六個用于垂直角度。

二、智能化礦山巷道掘進導(dǎo)向系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵點

（一）體系閉環(huán)運行

全斷面快速自動化掘進系統(tǒng)的應(yīng)用，連續(xù)運輸系統(tǒng)，破碎轉(zhuǎn)載機。工業(yè)性實驗結(jié)論得出一次成型絕之韻同步連續(xù)作業(yè)以及遙控操作。世界首創(chuàng)月進尺可達4000米，從而打造出一套高效的自動化兼智能化的礦山巷道掘進導(dǎo)向系統(tǒng)。

（二）現(xiàn)場無人值守

下礦井的人員減少1/3，可以說是極大解放的雙手和勞動力。而現(xiàn)場無人值守就可以避免這些安全事故的發(fā)生。整個過程完全依照自動化，只需技術(shù)人員控制操縱系統(tǒng)運行，無需向以前傳統(tǒng)采礦法一樣。這樣就可極大提高礦業(yè)工作的安全系數(shù)，將危險和風(fēng)險止于始端，大大保證了礦工的人身及生命安全。21世紀(jì)的今天，我們要積極進行技術(shù)創(chuàng)新，將更多的高新科技投入到生產(chǎn)領(lǐng)域。全封閉業(yè)的智能化采礦系統(tǒng)，具有諸多優(yōu)勢，節(jié)約了人力物力和財力，提高了勞動生產(chǎn)效率。礦工的人員數(shù)量也大大減少。礦工的生命安全也要得到保障。智能化的礦山巷道系統(tǒng)的一個高專業(yè)化高精準(zhǔn)度的系統(tǒng)，外行人難以操作，只有內(nèi)行才能得以熟練運用。

（三）遠程診斷維護

煤礦特種機器人開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，市場需求巨大。包括煤礦生產(chǎn)作業(yè)，生產(chǎn)性領(lǐng)域。礦難事故處理作業(yè)，救援型領(lǐng)域。作業(yè)巡檢與安全預(yù)警服務(wù)，服務(wù)型領(lǐng)域。成功的開發(fā)了智能化礦山，巷道掘進早上系統(tǒng)，并應(yīng)用到各類礦山巷道掘進和采煤頂板切割設(shè)備中，可實現(xiàn)巷道的無人安全操作，減少對操作人員的身體傷害，并可獲得較正確地航道開挖斷面，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

四、結(jié)束語

智能化礦山巷道掘進設(shè)備導(dǎo)向系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，是落實國家通過高新技術(shù)提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)政策的具體體現(xiàn)。智能化是以自動化、信息化以及人工智能等眾多高新技術(shù)為基礎(chǔ)，通過多學(xué)科、多技術(shù)的交叉融合及綜合應(yīng)用而形成的高端技術(shù)，將促進我國采礦業(yè)這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與諸多高新技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)巷道的無人安全操作，減少對操作人員的身體傷害。并可獲得較準(zhǔn)確的巷道開挖斷面，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，從而有效提高礦山企業(yè)的競爭能力。

參考文獻：

[1]李硯耕.智能化礦山巷道掘進設(shè)備導(dǎo)向系統(tǒng)的研究[J].中國地質(zhì)大學(xué)，2019（01）：51-58.

[2]羅金基斯.礦山巷道掘進設(shè)備和工藝的發(fā)展與革新的規(guī)律[J].中國科技博覽，2015（08）：62-65.

[3]王金華.我國煤礦智能化采掘技術(shù)的新進展[J].中國科技博覽，2017（11）：46-47.