分析井下無人采礦技術裝備導航及關鍵技術

徐龍濱

黑龍江龍煤雙鴨山礦業有限責任公司集賢煤礦生產科

分析井下無人采礦技術裝備導航及關鍵技術

徐龍濱

黑龍江龍煤雙鴨山礦業有限責任公司集賢煤礦生產科

現代科技的發展極大地促進了社會和經濟的發展，不論是對人們的日常生活還是對社會的各個行業，都發生了翻天覆地的變化。如今在金屬礦山的開發方面也開始應用先進科技，無人采礦技術目前已經開始應用，雖然范圍不廣，但前景很好。文章就無人采礦技術的現狀和問題進行探討，解析了無人采礦技術的特點以及關鍵技術的應用，希望能給相關的為提出些有價值的建議，對我國井下無人采礦技術的發展做出些有用的貢獻。

采礦工程；裝備導航；關鍵技術

一、無人采礦仿真技術研究現狀

目前就井下無人采礦工藝的裝備和控制技術的建立，主要的相關理論有控制理論、系統運籌學、信息處理技術和相似理論等，實質上就是利用計算機技術進行無人采礦的控制，在生產過程中進行計算機模擬和數據整理分析，專門研究采礦的工藝技術，顯示在采礦過程中的各個作業方面的數據動態變化，因此也為無人采礦技術的工藝設計和具體實施提供一定的參考數據和決策建議。近幾年的信息技術和通信技術的發展改變了無人采礦的技術現狀，由傳統的工藝技術開始向著智能化、系統監測化、數字信息通信化和新型采礦工藝等先進技術方面發展。

二、目前采礦行業中存在的問題

1.隨著煤炭的產量的提高，煤炭事故也在不斷地升級，造成采礦中人員的傷亡數量持續上升。,不論是我國還是別的國家，采礦業的人員死亡率每年都在增加。

2.煤炭需求量大,資源浪費嚴重。煤炭的需求量遠遠要超過其他資源的需求，主要是因為煤炭的用途比較廣泛，而且與其他礦產資源相比較蘊含量也比較豐富，所以每年的采礦煤炭量時想的大，這就無意在進行采礦的時候對資源的不重視，造成資源的浪費，再加上采礦技術的限制或者其他各方面原因綜合下來，最后導致煤炭的大量浪費，不能得到有效利用。

3.重大災害事故頻繁。采礦業事故頻發是必不可免的，盡管相關單位也進行了一定的措施預防，但也總少不了比如瓦斯爆炸或者人為操作不當等因素造成的以為事故。當然也有些事故是由于在進行操作時由于地址原因造成的，但總的來說，采礦業的事故死亡率比較高，危險度也比較大。

4.開采技術發展迅速,總體水平落后。我國采礦業的發展，自從改革開放之后有了很大的進步，技術上也進行了一系列的改進和深化，但實際情況是，由于我國地形復雜，地質結構也較為多樣化，這在采礦作業的過程中加重了施工的難度，雖然已有一些先進科技的投入，有現代的新方法的使用，但任然會多少受到一些外在因素的制約。尤其是在一些環境條件差，經濟比較落后的地區，這種情況尤為突出。就井下無人采礦技術而言，在我國的發展還算可以，雖然總體上來說比較落后，但在目前已經投入使用，只是范圍并不是很廣。再者，我國的采礦設備也還是比較落后，不過在近幾年有了很大改善。我國的采礦技術主要從國外引進，所以自己在技術領域這一塊還是比較薄弱。從整體上來看，我國的采礦技術發展確實迅猛，而且實際開采的工作效率也比較高，但是總體的開采水平比較落后，跟國外相比仍然由很大的距離。

三、井下無人采礦仿真技術裝備控制關鍵技術

1.采掘規劃技術

采掘規劃的主要內容就是設計規劃出用什么樣的采掘方式進行開采，需要配置什么樣的設備以及使用何種技術等。現在的避障技術目前已成為了規劃的內容之一。在過去，規劃控制的任務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轉化為具體的目標。這種傳統方法只是簡單地進行規劃，并沒有進一步深入分析然后在進行設計方案，顯得不太成熟有草率。

2.井下裝備定位與導航控制技術

隨著激光雷達在移動機器人領域的廣泛適用,基于激光雷達的位姿估計正不斷引起人們的注意。適用基于激光雷達的位姿估計可以方便地將位姿信息集成到其它基于激光雷達的算法中,井下采礦作業環境高度復雜,信號通透性差且可見度低,這極大限制了GPS系統及視覺系統在井下設備定位與導航方面的應用。

3.井下設備自動控制技術

在地下礦山和隧道工程施工等惡劣作業環境中,國外從20世紀70年代中期就開始重視鏟運機的視距遙控研究。操作人員位于作業區的危險范圍外,直接觀察和用遙控設備控制鏟運機。

4.目標跟蹤技術

井下移動裝備為了到達指定的工作地點,必須對于導航系統規劃出來的路線進行跟蹤,目標跟蹤技術將規劃出來的路徑目標點轉化為移動設備要執行的動作,而運動控制系統則將這些動作轉化為執行器控制信號,從而完成移動設備的參考軌跡的跟蹤。

5.地形感知技術

采掘作業的對象千變萬化,從不規則的巖石碎塊到大顆粒砂、細沙粒,從堅硬的粘性土層到均勻松軟的細粒土層。即使同一地點進行采掘,鏟斗所碰到的土壤性質也會發生變化。為了實現采掘的全自動化,必須檢測出隨著采掘推進所發生的環境條件的變化。這就要求采掘機必須具有地形成像能力。目前可使用的技術有超聲波、視覺和激光測距儀等

6.運動控制技術

運動控制技術主要是將作業裝置進行運作，并控制其按照規劃的路勁進行動作的自動執行。采礦過程中，采礦裝置就如同的去愛有零部件的執行器，能夠按照規定的方式進行運作，并與其周圍環境相互作用。美國卡耐基梅隆大學中研發了一種挖掘機，該挖掘機是使整個作業按照自動裝車的形式完成的，其中，挖掘機上安裝激光掃描測距的儀器，能夠分辨并確定卡車的位置進行作業，并測量土壤表面是否具有障礙物等情況，這種方式實現了機械的全自動操作。通過確定卡車的位置，測出障礙物的特點，能夠加快作業效率，并且具有準確性。

四、結論

進一步開發出新的開采技術已成為了我國目前采礦業的主要任務。由于我國在采礦業方面一直以來施工效率比較低，技術水平相對落后，不但造成了煤炭資源的浪費，同時也阻礙了國民經濟的發展。為了采礦業的可持續發展，無人采礦技術的到來，無無疑為我國采礦事業的進一步改進帶來了轉機。無人采礦技術將工作人員從繁重的工作量和危險的井下操作、艱苦的體力勞動中解放了出來，不但提高了井下操作的安全性，同時也極大地促進了社會效益，在根本上改變了我國采礦業在技術和設備上的落后性，更加提升了我國的國際競爭實力，實現了長期以來采礦業一直追求的安全、可靠和高效率的目標。

[1]杜杰.井下煤流矸石跳汰分選關鍵技術研究與應用[D].中國礦業大學，2014(05)