物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在露天礦的應(yīng)用與發(fā)展前景

邢景超 李炳辰 侯唐業(yè)

摘 要：以礦山區(qū)物聯(lián)網(wǎng)、礦區(qū)裝備控制智能化及采礦作業(yè)自助化、自主化的發(fā)展態(tài)勢為依托，以達(dá)到露天礦開鑿作業(yè)的智能控制化為目標(biāo)，以恰當(dāng)處置眼下露天礦開鑿作業(yè)在管控、平穩(wěn)及訊息處置等方面蘊含著的問題為宗旨，以當(dāng)今通訊技術(shù)、自助化控制技術(shù)及編程軟硬件技術(shù)為立足點，著力探討了露天式礦山智能開鑿爆破作業(yè)的總體思路、中心任務(wù)、核心技術(shù)等。擬定的主體內(nèi)容包括：①依托鉆機設(shè)備的自助鉆進(jìn)及運作流程、鉆眼精準(zhǔn)定位和定向、鑿眼參數(shù)記錄、常用件及磨損件訊息載錄等效能;②服務(wù)于露天礦開鑿工程的通訊網(wǎng)絡(luò)和參數(shù)庫;③露天礦地況監(jiān)測及開鑿程序軟件。此系統(tǒng)在礦山生產(chǎn)中獲取到了普遍運用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);露天礦山;智能爆破;應(yīng)用;發(fā)展前景

引言

現(xiàn)階段，我們國家露天礦區(qū)的全智能化控制系統(tǒng)特別是重型規(guī)模的全智能化控制系統(tǒng)，側(cè)重選取國外高端化技術(shù)，消耗費用多、設(shè)備維護(hù)不便捷，亟需展開本土研發(fā)及裝備設(shè)計。開鑿爆破是屬于實現(xiàn)露天礦區(qū)作業(yè)自助化高效化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，穿爆作業(yè)的成功與否在很大程度上關(guān)聯(lián)著礦山后繼作業(yè)程序的安穩(wěn)和順利，比如露天開鑿路線、轉(zhuǎn)裝、運送、邊坡強化等。盡管最近幾年我們國家在露天型礦區(qū)安全管理及爆破作業(yè)獲取到了顯著的提升，然而在訊息化、自助化、規(guī)范化及科學(xué)化等項內(nèi)容上依然表現(xiàn)著嚴(yán)重的欠缺，在自助穿眼、標(biāo)準(zhǔn)裝藥、實地監(jiān)控、人事裝備管理、安全管控、穿眼開鑿設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容上的水準(zhǔn)亟待著實現(xiàn)大幅度提升，從而達(dá)到露天礦山開鑿爆破作業(yè)的整體自動化控制。

1、露天礦物聯(lián)網(wǎng)體系基本結(jié)構(gòu)

以現(xiàn)實高端化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及訊息化技術(shù)為依托，擬建以網(wǎng)絡(luò)體系為支撐的自動型露天礦山開鑿爆破作業(yè)方案。

1.1物聯(lián)網(wǎng)體系的組成架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)體系中的應(yīng)用層重點涵蓋礦山工程管理人員所需用的爆破作業(yè)程序軟件，監(jiān)控數(shù)據(jù)軟件，適合借助于網(wǎng)頁來觀覽對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中所儲存的訊息以便可以精準(zhǔn)把握住礦山工程進(jìn)程中的具體施工形態(tài);亦涵蓋鉆機自助化的各類運用。在物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層選取了采用高速參數(shù)傳送的蜂窩型網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，也就是第3代網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以在同一時間一并傳輸聲音訊息和參數(shù)訊息，其傳輸速率通常在數(shù)百kbps之上，另外信號傳送范圍廣，可實現(xiàn)大數(shù)據(jù)訊息傳送的平穩(wěn)性。再有，和有線性網(wǎng)絡(luò)及辦公網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行緊密的結(jié)合，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)中實用層和感應(yīng)層之間的通信功能。

1.2 網(wǎng)絡(luò)體系中的拓?fù)洳糠?/p>

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員借助于爆破程序傳輸終端把數(shù)據(jù)傳送到參數(shù)庫服務(wù)器里邊，鉆孔設(shè)備可借助于無線化網(wǎng)絡(luò)把穿眼設(shè)計鍵入到鉆孔裝備控制機內(nèi)部，鉆空作業(yè)人員依照導(dǎo)航界面指令自助或手工定位至炮孔部位，鉆控設(shè)備依照其自身配置的傳感器參數(shù)自助完成擬定鉆深的鉆孔過程。在實地發(fā)生一些變動情況時，還可依照設(shè)備操控者管理終端的實際授權(quán)來快捷布孔或外增鉆眼。爆破作業(yè)組操作人員由網(wǎng)絡(luò)上去領(lǐng)取鉆孔過程的裝藥程序設(shè)計，依照GPS空間定位程序模塊及裝藥車自助化裝備，依孔排列裝藥。在起爆開始前，利用平板電腦來接納爆破限制區(qū)及人員裝備所處的具體位置訊息。

2、鉆機設(shè)備具備的操作功能

鉆機設(shè)備是屬于露天礦穿眼開鑿作業(yè)中的關(guān)鍵性設(shè)備，是作為大批傳感機構(gòu)、監(jiān)控設(shè)施、顯示器材、機械裝備、通訊裝備的支撐，是屬于露天礦區(qū)實施自主爆破作業(yè)中的關(guān)鍵性組分。工控設(shè)備利用can 功能接口和控制機構(gòu)展開通訊，接納訊息參數(shù)并傳達(dá)指令，接納視頻參數(shù)，和 3G 無線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連通，借助于觸屏液晶屏幕、can 功能數(shù)據(jù)傳輸線及相應(yīng)驅(qū)動器函數(shù)、VisualStudio 實用程序研發(fā)機構(gòu)、新一代 Windows 8 觸控操作系統(tǒng)相結(jié)合開發(fā)相關(guān)功能軟件。

2.1 履帶鉆機的運動機構(gòu)

履帶鉆機采用履帶作為行走裝置，可以實現(xiàn)整體向前，向后，轉(zhuǎn)彎行駛和原地轉(zhuǎn)向等。履帶鉆機通過控制左右履帶的速度差來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，由于爆破現(xiàn)場的地面起伏，轉(zhuǎn)向軌跡的可控性較差。忽略了轉(zhuǎn)向離心力、阻力、接地壓力、縱向滑移、橫向滑移等非線性因素，采用理想模型分析。

2.2鉆孔的精確定位與導(dǎo)航

GPS 定位模塊通過露天礦現(xiàn)場 RTK 技術(shù)的精度修正，抗干擾能力強，可以使孔間的定位精度誤差達(dá)到厘米級。根據(jù)技術(shù)人員傳輸過來的穿孔設(shè)計，顯示在鉆機操作人員面前。顯示界面包括鉆機坐標(biāo)、鉆桿坐標(biāo)、鉆孔孔口坐標(biāo)、鉆孔傾斜方向和角度、設(shè)計鉆深、已鉆進(jìn)深度、設(shè)計裝藥量、已裝藥量、鉆渣范圍、鉆機自動行走路線、鉆孔鎖定狀態(tài)、爆破邊界線。當(dāng)鉆機距離導(dǎo)航鎖定目標(biāo)鉆孔距離小于 2m時，導(dǎo)航行界面為大圖標(biāo)顯示，便于觀察。界面實時顯示鉆機距該孔距離，鉆機開始減速。

2.3鉆機的自動穿孔

以中大型的露天礦用鉆機為例，其鉆桿與地面角度為 90～70°，

無托架。鉆機采用3個 GPS 定位模塊和傾角傳感器定位鉆機、鉆桿和鉆孔三維空間位置，接收爆破設(shè)計，按設(shè)計路線自動行走穿孔。由于鉆機自動調(diào)平速度緩慢，在鉆機與水平傾角較小情況下，將省去調(diào)平環(huán)節(jié)。

結(jié)語

研究露天礦智能爆破的總體架構(gòu)、核心內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)等主要問題，依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在現(xiàn)代通信技術(shù)、自動化技術(shù)和軟硬件技術(shù)的支持下，以露天礦用鉆機為主要技術(shù)平臺，使得露天礦爆破實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、精細(xì)化和智能化。

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