基于RFID技術的工業放出體形態測定方法

邱海濤，孫明志，丁航行，吳榮高，楊潘磊

(1.南京梅山冶金發展有限公司礦業分公司， 江蘇 南京 210041；2.東北大學 資源與土木工程學院， 遼寧 沈陽 110819)

基于RFID技術的工業放出體形態測定方法

邱海濤1，孫明志2，丁航行2，吳榮高1，楊潘磊1

(1.南京梅山冶金發展有限公司礦業分公司， 江蘇 南京 210041；2.東北大學 資源與土木工程學院， 遼寧 沈陽 110819)

隨著梅山鐵礦采場結構參數的加大，為了控制礦石損失貧化，需研究測定現場工業放出體形態。為了準確測定放出體形態，提出了在崩礦炮孔中間放置RFID無線射頻標志物的方法。通過對不同型號的無線射頻芯片進行測試與試驗，最終確定EM9202電子標簽作為標志物內置芯片，并進行了抗爆破沖擊標志物的制備及標志物監測系統的開發。在-306 m水平4-5LS1進路進行了現場放出體測定試驗，試驗結果表明，采用RFID技術的工業放出體形態測定方法可行、可靠，標志物的回收達到了理想的效果，為下一步放出體形態的測定與分析提供了充足的數據。

無底柱分段崩落法；放出體形態；標志物；測定方法

0 引 言

隨著梅山鐵礦開采水平的不斷下降，特別是進入到二期延伸作業水平，無底柱分段崩落法的采場結構參數不斷增大，新的采礦階段將采用18 m×20 m的采礦結構參數。為此，為達到理想的損失貧化率，急需找到合理的結構參數使放出體和殘留體的總體形態與崩落體形態相符[1-5]。為解決該難題，應用實測研究現場工業放出體形態的方法，確定出符合現場實際的散體流動參數。有關無底柱分段崩落法工業放出體形態的測定，國內外多在實驗室進行模擬測定，而現場測定較少，梅山鐵礦在2007年進行了放出體形態測定試驗[6]，但由于采用人工回收，未達到理想效果。國外Kiruna鐵礦在20世紀90年代初進行過放出體現場測定的試驗工作，雖然描繪出了大致的放出體形態，但在放礦過程中放標志物膠管發生鉆孔流動，圈出的放出體形態類似于“指掌形”[7-9]。

本文借鑒以往的國內外經驗，通過對不同芯片的挑選對比，找到適合在礦山復雜條件下能夠穩定發射無線信號的RFID射頻芯片。采用該射頻芯片制作了能夠經受爆破沖擊的標志物，并在待崩落礦體中安置該型標志物，回收測試表明該標志物能夠完成放出體形態的測定。

1 標志物的設計與制備

1.1 電子標簽的選擇

標志物中電子標簽的選擇先后嘗試了3種，第一種如圖1(a)所示，礦山正在使用的電子標簽，用作人員定位系統，比較方便采購，但經前期地表測試，信號強度較弱。第二種如圖1(b)所示，CC2530電子標簽，信號強度可以滿足要求，但耗電量較大。第三種如圖1(c)所示，EM9202電子標簽，可調節信號強度，待機時間也最長。

圖1 3種電子標簽

經過測試發現，第一種礦山使用的電子標簽，能夠收到信號的極限埋深大概在0.5 m；第二種CC2530電子標簽能夠接收信號的極限埋深在1 m左右。第三種EM9202電子標簽，該型電子標簽的信號強度和CC2530電子標簽相當，但耗電量較低，經測試，該標簽開啟高信號強度模式，可以使用4～5個月。測試結果說明第一種電子標簽信號強度較弱，不適合做標志物的電子標簽，而EM9202電子標簽的信號強度能夠滿足試驗的需求，可作為標志物的電子標簽。

1.2 標志物的設計

以往傳統的標志物多在橡膠管或者某些材質上做標記，在出礦過程中，用肉眼的方法進行回收。該類型的標志物存在勞動強度較大、標志物回收率低的缺點，為此設計了一種能夠主動發射識別信號的新型標志物(見圖2)，該標志物可克服以上缺點。

圖2 電子標簽的設計

該標志物外部采用一種PP-R管材進行保護，該管材外徑為50 mm，內徑為40 mm。標志物內部安裝能夠發射識別信號的電子標簽和電池，內部剩余空間用柔性的玻璃膠進行充填，以此緩沖爆破對電子標簽和電池的沖擊。

1.3 標志物的制備

采用焊接的方式使電池與EM9202電子標簽連通，由于該標簽的耗電量較低，所以采用該辦法使電池持續為標志物供電，同時也確保了標志物發射信號的連續性與穩定性。在焊接完成后采用膠封的方式，使得電子標簽不被破壞。制作完成的電子標簽如圖3所示。

圖3 制作完成的電子標簽

選定后將制作好的標志物進行了信號強度的測試，在0.1 m到0.5 m的礦石埋深狀態下，仍然能夠保證一定的信號強度。當埋深超過1 m時，監測器不再能夠接受到標志物發射的信號。該電子標簽具有耗電量低的特點，在試驗前可以提前完成標志物的制備，使充填的玻璃膠進行充分固化，達到最高的強度，具有良好的性能。制作好的標志物如圖4所示。

2 監測系統及抗爆破沖擊試驗

2.1 標志物監測系統

整個標志物監測網絡采用星形網絡布置，各監測器集中連接到485集線器上，然后由電腦通過集線器采集各監測器上的數據(見圖5)。因此要編制相應的軟件來逐一輪詢各讀卡器，并對數據進行組織管理。

圖4 制作完成的標志物照片

圖5 標志物監測網絡結構圖

對于標志物的監測，主要關注其3個數據值，即被讀卡器讀到的時間、卡號、讀卡器編號，有了這3個數據，結合鏟運機上的射頻卡數據，就能將標志物編號和出礦量進行準確的匹配。為了進一步完善系統，若某張卡一直出現，要求每隔一秒重新生成一行數據，以進行區分。同時為了防止斷電等特殊情況的出現，數據要隨時保存。采用Microsoft Visual C++ 軟件對標志物監測系統進行開發，經過各種復雜情況的測試，如多標志物同時出現、多標志物高速移動、多讀卡器同時監測等，能夠完全滿足試驗需要。

2.2 標志物抗爆破沖擊試驗

檢驗標志物的抗爆破沖擊性能，最直接的方法就是在回采爆破中進行，在-303 m水平掘進聯絡道開口處，模擬了回采條件下的爆破環境，這樣便于標志物的尋找回收。試驗方案如圖6所示，在巷道邊壁上鉆鑿兩個炮孔和一個放標志物的鉆孔，其中炮孔間距1.5 m，標志物鉆孔與炮孔排面的垂直距離約0.8 m，標志物放在標志物鉆孔距孔口約1 m處。為了模擬擠壓爆破效果和防止標志物炸飛，在炸藥和標志物安放完畢后，并對爆破區域用礦石進行掩埋。重點在于測試標志物的管材能否經得住爆破沖擊，電子元件是否有損傷以及爆破之后標志物能否正常工作。

圖6 標志物抗爆破性能測試方案

爆破后，到現場對標志物進行了回收，通過對標志物外表觀察發現，標志物只是多了一些摩擦痕跡，并沒有發現嚴重的破壞，然后用檢測系統對電子標簽的信號進行了監測，結果顯示信號仍能夠正常發射。最后對標志物進行了拆解，以觀察內部有沒有破壞，打開后發現內部非常完整，說明采用PP-R管及玻璃膠澆注電子標簽制備的標志物能夠經受住爆破的沖擊。

3 現場放出體測定試驗

為了測定18 m×20 m采場結構條件下的現場崩落放出體形態，試驗采場選擇在-306 m水平4-5LS1-S5進路，首次試驗選擇在S1進路，該進路第9排與第10排炮孔布置如圖7所示 ，標志物鉆孔布置在兩排炮孔中間。

圖7 S1進路炮孔剖面圖

根據散體流動參數試驗確定的崩落放出體形態，制定出圖8所示的標志物鉆孔布置方案，標志物炮孔布置在兩排炮孔中間。

標志物的布置主要根據測試出的崩落放出體形態，對散體流動參數試驗進行驗證，同時，對孔底位置進行重點監控，以確定采場結構參數是否合理。共計布置了79個標志物，其中1#孔15個，2#孔17個，3#孔19個，4#孔16個，5#孔12個。在隨后的回采過程中，共回收標志物54個，但對于流動性較好的中間三孔回收標志物達47個，其回收率高達82%。試驗結果表明，采用EM9202射頻芯片制作的標志物及其監測系統，性能可靠，能夠經受現場復雜環境的考驗，可為下一步試驗分析提供充足準確的數據。

圖8 標志物炮孔布置方案

4 結 論

應用RFID無線射頻識別技術設計開發了能夠自主發射無線信號的標志物，該標志物具有發射信號穩定、時間長、強度高的特點，并使用Microsoft Visual C++ 軟件開發建立了一套完整的標志物監測系統。現場放出體測定試驗表明，標志物的回收達到了理想的效果，特別是流動性較好的中間三孔的回收率更是高達82%，為下一步放出體形態的測定與分析提供了充足的數據，采用RFID無線射頻識別技術的工業放出體形態測定方法是可行的。

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[3]王文杰，任鳳玉.無底柱分段崩落法礦石貧化原因分析[J].中國礦業，2008，17(3)：69-72.

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2017-03-11)