GPS在露天煤礦半連續(xù)開采工藝中的應(yīng)用

任金萍中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司

GPS在露天煤礦半連續(xù)開采工藝中的應(yīng)用

任金萍
中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司

本文闡述了全球定位系統(tǒng)在露天礦半連續(xù)開采工藝中的作用及其實(shí)現(xiàn)原理，為實(shí)現(xiàn)半連續(xù)開采系統(tǒng)的連續(xù)作業(yè)提供了理論依據(jù)，并對(duì)露天開采系統(tǒng)全自動(dòng)控制的發(fā)展方向提出了設(shè)想。

全球定位系統(tǒng)；露天礦；半連續(xù)開采

引言

露天煤礦半連續(xù)工藝應(yīng)用于運(yùn)輸距離較長，采用汽車運(yùn)輸成本過高的露天煤礦，其工藝介于間斷開采工藝和連續(xù)開采工藝之間，采用爆破-單斗挖掘機(jī)-破碎站（篩分破碎站）-轉(zhuǎn)載機(jī)-帶式輸送機(jī)-排土機(jī)（或直接運(yùn)送至料倉）的形式。其優(yōu)勢(shì)主要有：擴(kuò)大連續(xù)工藝系統(tǒng)的適用范圍；降低物料運(yùn)輸成本；移置式膠帶機(jī)移設(shè)頻率降低等。其技術(shù)難點(diǎn)在于破碎站、轉(zhuǎn)載機(jī)及膠帶機(jī)受料點(diǎn)之間的動(dòng)態(tài)銜接難度大，上游設(shè)備排料點(diǎn)與下游設(shè)備受料點(diǎn)對(duì)接時(shí)，操作困難。因此，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)對(duì)接是露天礦開采亟待解決的問題。

1　GPS簡(jiǎn)介

1.1簡(jiǎn)介

全球定位系統(tǒng)（GPS-GlobalPositioningSystem）主要由GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)接收設(shè)備三個(gè)組成部分。其主要功能是，通過各部分之間的通訊與數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)定位（精確定位）、導(dǎo)航、授時(shí)等功能。GPS具有定位精度高、易操作、全天候無間斷工作、被動(dòng)導(dǎo)航與被動(dòng)定位等特點(diǎn)，且具有良好的抗干擾能力，保密性強(qiáng)。

GPS衛(wèi)星星座有6個(gè)間距相等的軌道面，共有24顆衛(wèi)星分布于這些軌道面，其中包括3顆備用衛(wèi)星。此種布局保證了地球表面任意位置在任何時(shí)刻均可同時(shí)觀測(cè)到4至11顆衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星星座主要有接收并存儲(chǔ)導(dǎo)航信息、執(zhí)行地面監(jiān)控系統(tǒng)的指令、處理數(shù)據(jù)、提供時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)送定位信號(hào)及導(dǎo)航信號(hào)等功能。

地面監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是:跟蹤觀測(cè)GPS衛(wèi)星,計(jì)算編制衛(wèi)星星歷;監(jiān)測(cè)和控制衛(wèi)星的健康狀況;保持精確的GPS時(shí)間系統(tǒng);向衛(wèi)星注入導(dǎo)航電文和控制指令。

GPS用戶設(shè)備由主機(jī)、天線、電源及軟件等部分組成。其核心設(shè)備是GPS接收機(jī)。它的主要功能包括：接收由GPS衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航信息，捕獲偽碼和載波并進(jìn)行跟蹤等。

1.2定位原理

四顆衛(wèi)星到接收機(jī)的距離（偽距）公式為：

式中：

ρi(i=1，2，3，4)——衛(wèi)星i與接收機(jī)的距離

C——光速

T——接收機(jī)收到信號(hào)的時(shí)間

Ti(i=1,2,3,4)——衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)的時(shí)間

δk——鐘差，時(shí)鐘與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的誤差

x,y,z——為待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)

Xi,Yi,Zi(i=1,2,3,4)——衛(wèi)星i的坐標(biāo)

由上述方程組即可解得到坐標(biāo)x，y，z和鐘差δk。

1.3姿態(tài)測(cè)定原理

所謂姿態(tài),是指載體專用坐標(biāo)系(載體坐標(biāo)系)相對(duì)于全球或當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系或者基準(zhǔn)坐標(biāo)系的定向"確定姿態(tài)通常要用三個(gè)參數(shù),即航偏角、俯仰角和橫滾角。就設(shè)備而言，橫滾角是測(cè)定設(shè)備軸線的轉(zhuǎn)動(dòng);俯仰角是測(cè)定軸線與參考平面（地面）的角度:航偏角是測(cè)定設(shè)備繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。如果這三個(gè)角都為零,就說明設(shè)備剛好處于水平直線姿態(tài)，而且航向朝北。

設(shè)備的姿態(tài)可由裝在該設(shè)備不同位置上的GPS天線的相對(duì)位置導(dǎo)出。因此，形成兩條獨(dú)立基線的三個(gè)天線是進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量需要的最少天線數(shù)量。

確定平臺(tái)的方位角和俯仰角基線解算的一個(gè)簡(jiǎn)單流程如下:

2　GPS在半連續(xù)開采工藝中的作用

在露天礦半連續(xù)開采工藝中，上下游設(shè)備能否準(zhǔn)確銜接，依賴于設(shè)備之間的相對(duì)位置及對(duì)橫滾角及俯仰角。安裝在設(shè)備上的GPS天線，將數(shù)據(jù)發(fā)送至中控系統(tǒng)，由中控系統(tǒng)解算設(shè)備的當(dāng)前位置和姿態(tài)，即可進(jìn)一步得出上下游設(shè)備之間的相對(duì)位置關(guān)系。再由中控計(jì)算機(jī)中預(yù)先設(shè)定好的設(shè)備之間的銜接條件，給上下游設(shè)備分別發(fā)出動(dòng)作指令，即可完成半連續(xù)開采過程中的動(dòng)態(tài)對(duì)接。

3　結(jié)束語

設(shè)備動(dòng)態(tài)對(duì)接對(duì)于半連續(xù)開采工藝的連續(xù)作業(yè)有著重要意義。開采系統(tǒng)的全自動(dòng)控制，可大幅度減少人力成本、提高礦山作業(yè)主動(dòng)安全性、提升露天開采生產(chǎn)效率。露天開采設(shè)備的運(yùn)動(dòng)反饋將是下一步的研究方向。

[1]郭華.基于GPS技術(shù)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械方位測(cè)量[D].同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006

[2]沈利鍔，葉樺.GPS在機(jī)群智能化工程機(jī)械中的應(yīng)用[J].電子工程師，2002.08

GPS Application in Open-pit Mine Semi-continuous Process

This paper describes the affect and the principle of us?ing the global positioning system in semi-continuous mining process?which works in open-pit mine,providing theoretical basisfor contin?uous operation semi-continuous mining system,and proposed the idea of the direction of development of automatic control system of open-pit mining.

GPS；Open-pit Mine；Semi-continuous Mining