分析井下無(wú)人采礦技術(shù)裝備導(dǎo)航及關(guān)鍵技術(shù)

徐龍濱

黑龍江龍煤雙鴨山礦業(yè)有限責(zé)任公司集賢煤礦生產(chǎn)科

分析井下無(wú)人采礦技術(shù)裝備導(dǎo)航及關(guān)鍵技術(shù)

徐龍濱

黑龍江龍煤雙鴨山礦業(yè)有限責(zé)任公司集賢煤礦生產(chǎn)科

現(xiàn)代科技的發(fā)展極大地促進(jìn)了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不論是對(duì)人們的日常生活還是對(duì)社會(huì)的各個(gè)行業(yè)，都發(fā)生了翻天覆地的變化。如今在金屬礦山的開(kāi)發(fā)方面也開(kāi)始應(yīng)用先進(jìn)科技，無(wú)人采礦技術(shù)目前已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，雖然范圍不廣，但前景很好。文章就無(wú)人采礦技術(shù)的現(xiàn)狀和問(wèn)題進(jìn)行探討，解析了無(wú)人采礦技術(shù)的特點(diǎn)以及關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，希望能給相關(guān)的為提出些有價(jià)值的建議，對(duì)我國(guó)井下無(wú)人采礦技術(shù)的發(fā)展做出些有用的貢獻(xiàn)。

采礦工程；裝備導(dǎo)航；關(guān)鍵技術(shù)

一、無(wú)人采礦仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前就井下無(wú)人采礦工藝的裝備和控制技術(shù)的建立，主要的相關(guān)理論有控制理論、系統(tǒng)運(yùn)籌學(xué)、信息處理技術(shù)和相似理論等，實(shí)質(zhì)上就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行無(wú)人采礦的控制，在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和數(shù)據(jù)整理分析，專(zhuān)門(mén)研究采礦的工藝技術(shù)，顯示在采礦過(guò)程中的各個(gè)作業(yè)方面的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化，因此也為無(wú)人采礦技術(shù)的工藝設(shè)計(jì)和具體實(shí)施提供一定的參考數(shù)據(jù)和決策建議。近幾年的信息技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展改變了無(wú)人采礦的技術(shù)現(xiàn)狀，由傳統(tǒng)的工藝技術(shù)開(kāi)始向著智能化、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)化、數(shù)字信息通信化和新型采礦工藝等先進(jìn)技術(shù)方面發(fā)展。

二、目前采礦行業(yè)中存在的問(wèn)題

1.隨著煤炭的產(chǎn)量的提高，煤炭事故也在不斷地升級(jí)，造成采礦中人員的傷亡數(shù)量持續(xù)上升。,不論是我國(guó)還是別的國(guó)家，采礦業(yè)的人員死亡率每年都在增加。

2.煤炭需求量大,資源浪費(fèi)嚴(yán)重。煤炭的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)要超過(guò)其他資源的需求，主要是因?yàn)槊禾康挠猛颈容^廣泛，而且與其他礦產(chǎn)資源相比較蘊(yùn)含量也比較豐富，所以每年的采礦煤炭量時(shí)想的大，這就無(wú)意在進(jìn)行采礦的時(shí)候?qū)Y源的不重視，造成資源的浪費(fèi)，再加上采礦技術(shù)的限制或者其他各方面原因綜合下來(lái)，最后導(dǎo)致煤炭的大量浪費(fèi)，不能得到有效利用。

3.重大災(zāi)害事故頻繁。采礦業(yè)事故頻發(fā)是必不可免的，盡管相關(guān)單位也進(jìn)行了一定的措施預(yù)防，但也總少不了比如瓦斯爆炸或者人為操作不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻囊詾槭鹿?。?dāng)然也有些事故是由于在進(jìn)行操作時(shí)由于地址原因造成的，但總的來(lái)說(shuō)，采礦業(yè)的事故死亡率比較高，危險(xiǎn)度也比較大。

4.開(kāi)采技術(shù)發(fā)展迅速,總體水平落后。我國(guó)采礦業(yè)的發(fā)展，自從改革開(kāi)放之后有了很大的進(jìn)步，技術(shù)上也進(jìn)行了一系列的改進(jìn)和深化，但實(shí)際情況是，由于我國(guó)地形復(fù)雜，地質(zhì)結(jié)構(gòu)也較為多樣化，這在采礦作業(yè)的過(guò)程中加重了施工的難度，雖然已有一些先進(jìn)科技的投入，有現(xiàn)代的新方法的使用，但任然會(huì)多少受到一些外在因素的制約。尤其是在一些環(huán)境條件差，經(jīng)濟(jì)比較落后的地區(qū)，這種情況尤為突出。就井下無(wú)人采礦技術(shù)而言，在我國(guó)的發(fā)展還算可以，雖然總體上來(lái)說(shuō)比較落后，但在目前已經(jīng)投入使用，只是范圍并不是很廣。再者，我國(guó)的采礦設(shè)備也還是比較落后，不過(guò)在近幾年有了很大改善。我國(guó)的采礦技術(shù)主要從國(guó)外引進(jìn)，所以自己在技術(shù)領(lǐng)域這一塊還是比較薄弱。從整體上來(lái)看，我國(guó)的采礦技術(shù)發(fā)展確實(shí)迅猛，而且實(shí)際開(kāi)采的工作效率也比較高，但是總體的開(kāi)采水平比較落后，跟國(guó)外相比仍然由很大的距離。

三、井下無(wú)人采礦仿真技術(shù)裝備控制關(guān)鍵技術(shù)

1.采掘規(guī)劃技術(shù)

采掘規(guī)劃的主要內(nèi)容就是設(shè)計(jì)規(guī)劃出用什么樣的采掘方式進(jìn)行開(kāi)采，需要配置什么樣的設(shè)備以及使用何種技術(shù)等?，F(xiàn)在的避障技術(shù)目前已成為了規(guī)劃的內(nèi)容之一。在過(guò)去，規(guī)劃控制的任務(wù)就是確定使用什么樣的方法，然后在用什么樣的施工行為等將工作的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)化為具體的目標(biāo)。這種傳統(tǒng)方法只是簡(jiǎn)單地進(jìn)行規(guī)劃，并沒(méi)有進(jìn)一步深入分析然后在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案，顯得不太成熟有草率。

2.井下裝備定位與導(dǎo)航控制技術(shù)

隨著激光雷達(dá)在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的廣泛適用,基于激光雷達(dá)的位姿估計(jì)正不斷引起人們的注意。適用基于激光雷達(dá)的位姿估計(jì)可以方便地將位姿信息集成到其它基于激光雷達(dá)的算法中,井下采礦作業(yè)環(huán)境高度復(fù)雜,信號(hào)通透性差且可見(jiàn)度低,這極大限制了GPS系統(tǒng)及視覺(jué)系統(tǒng)在井下設(shè)備定位與導(dǎo)航方面的應(yīng)用。

3.井下設(shè)備自動(dòng)控制技術(shù)

在地下礦山和隧道工程施工等惡劣作業(yè)環(huán)境中,國(guó)外從20世紀(jì)70年代中期就開(kāi)始重視鏟運(yùn)機(jī)的視距遙控研究。操作人員位于作業(yè)區(qū)的危險(xiǎn)范圍外,直接觀(guān)察和用遙控設(shè)備控制鏟運(yùn)機(jī)。

4.目標(biāo)跟蹤技術(shù)

井下移動(dòng)裝備為了到達(dá)指定的工作地點(diǎn),必須對(duì)于導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃出來(lái)的路線(xiàn)進(jìn)行跟蹤,目標(biāo)跟蹤技術(shù)將規(guī)劃出來(lái)的路徑目標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為移動(dòng)設(shè)備要執(zhí)行的動(dòng)作,而運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)則將這些動(dòng)作轉(zhuǎn)化為執(zhí)行器控制信號(hào),從而完成移動(dòng)設(shè)備的參考軌跡的跟蹤。

5.地形感知技術(shù)

采掘作業(yè)的對(duì)象千變?nèi)f化,從不規(guī)則的巖石碎塊到大顆粒砂、細(xì)沙粒,從堅(jiān)硬的粘性土層到均勻松軟的細(xì)粒土層。即使同一地點(diǎn)進(jìn)行采掘,鏟斗所碰到的土壤性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。為了實(shí)現(xiàn)采掘的全自動(dòng)化,必須檢測(cè)出隨著采掘推進(jìn)所發(fā)生的環(huán)境條件的變化。這就要求采掘機(jī)必須具有地形成像能力。目前可使用的技術(shù)有超聲波、視覺(jué)和激光測(cè)距儀等

6.運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)主要是將作業(yè)裝置進(jìn)行運(yùn)作，并控制其按照規(guī)劃的路勁進(jìn)行動(dòng)作的自動(dòng)執(zhí)行。采礦過(guò)程中，采礦裝置就如同的去愛(ài)有零部件的執(zhí)行器，能夠按照規(guī)定的方式進(jìn)行運(yùn)作，并與其周?chē)h(huán)境相互作用。美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)中研發(fā)了一種挖掘機(jī)，該挖掘機(jī)是使整個(gè)作業(yè)按照自動(dòng)裝車(chē)的形式完成的，其中，挖掘機(jī)上安裝激光掃描測(cè)距的儀器，能夠分辨并確定卡車(chē)的位置進(jìn)行作業(yè)，并測(cè)量土壤表面是否具有障礙物等情況，這種方式實(shí)現(xiàn)了機(jī)械的全自動(dòng)操作。通過(guò)確定卡車(chē)的位置，測(cè)出障礙物的特點(diǎn)，能夠加快作業(yè)效率，并且具有準(zhǔn)確性。

四、結(jié)論

進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出新的開(kāi)采技術(shù)已成為了我國(guó)目前采礦業(yè)的主要任務(wù)。由于我國(guó)在采礦業(yè)方面一直以來(lái)施工效率比較低，技術(shù)水平相對(duì)落后，不但造成了煤炭資源的浪費(fèi)，同時(shí)也阻礙了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了采礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，無(wú)人采礦技術(shù)的到來(lái)，無(wú)無(wú)疑為我國(guó)采礦事業(yè)的進(jìn)一步改進(jìn)帶來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)。無(wú)人采礦技術(shù)將工作人員從繁重的工作量和危險(xiǎn)的井下操作、艱苦的體力勞動(dòng)中解放了出來(lái)，不但提高了井下操作的安全性，同時(shí)也極大地促進(jìn)了社會(huì)效益，在根本上改變了我國(guó)采礦業(yè)在技術(shù)和設(shè)備上的落后性，更加提升了我國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期以來(lái)采礦業(yè)一直追求的安全、可靠和高效率的目標(biāo)。

[1]杜杰.井下煤流矸石跳汰分選關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2014(05)