礦山井下溜井料位自動檢測系統

施躍新，羅 春

(1.南京梅山冶金發展有限公司礦業分公司， 江蘇 南京 210012；2.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦, 廣東 韶關市 512300)

0 概 述

目前國內礦山大都采用原始的人工垂鉛測定法，即：測量人員把測量用的繩索丟入溜井井下，再把繩索拉上來，測量出放入溜井中繩索長度，把所測數據上報到礦生產調度中心。也有個別礦山采用自動垂鉛測定法設備，但因測量距離短(60～70 m)、檢測速度慢、檢測設備故障多，鉛錘易脫落、無網絡自動傳輸測量數據等原因而停用。其它多為采用超聲波及激光測距的方法，但都存在測量距離短、易受高粉塵和高潮濕的環境影響、易造成環境污染和人體傷害等問題。

“礦山井下溜井料位自動檢測系統”采用微波窄束測距技術，結合了激光和微波雷達的技術特點，能滿足礦山井下灰塵多、濕度大、高水霧等惡劣環境中的可靠測距要求，同時由于測距波的波長相對較短，定向波束設計成接近同步波束，形成脈沖激光束效應，因而在接收回波時可產生較明顯的回波時長和角度反饋，通過計算機軟件分析處理，可形成被測對象的回波圖形數據鏈，經去偽濾噪等手段，準確測量監測點與被測物體之間的距離，從而達到對礦山井下溜井物料進行高精度測繪的目的。

“礦山井下溜井料位自動檢測系統”可實時、自動檢測溜井料位的高度，節省大量人力物力，提高作業效率，有效避免井下人員安全事故的發生。并且適合常期工作在高潮濕、粉塵大等惡劣的環境中。對提高礦山生產自動化、信息化的管理水平具有重要意義。

1 系統的技術原理

1.1 微波測距的基本理論

微波測距技術就是利用電磁波窄束，對目標進行測向和定位。它發射電磁波對目標進行照射并接收其回波，經過處理獲取目標的距離、方位和高度等信息(見圖1)。

圖1 微波測距的基本原理

微波測距技術作為一種技術探測手段，具有白天黑夜均能檢測到遠距離的較小目標，不被云、霧所阻擋，具有探測距離遠，測量目標參數速度快等特點。因此，它不僅用于軍事，還可廣泛地應用到民用事業和各項科學研究中。特別是近程高精度測距是民用微波測距的一個重要應用領域。

1.2 系統的技術原理

采用微波窄束測距技術，結合激光和微波雷達的優點，能滿足在灰塵多、濕度大、高水霧等惡劣環境中的可靠測距要求。同時由于測距波波長相對較短，定向波束設計成接近同步波束，形成脈沖激光束效應，因而在接收回波時可產生較明顯的回波時長和角度反饋，通過計算機軟件分析處理，可形成被測對象的回波圖形數據鏈，經去偽濾噪等手段，準確測量監測點與被測物體之間的距離，從而達到對物料進行高精度測繪的目的。

為了克服高潮濕和放炮沖擊震動帶來的影響，探測裝置設計安裝位于溜井頂部，采用高強度密封金屬外殼，用來克服高潮濕和放炮時的碎石沖擊和震動。采用自動舵機掃描對溜井井底進行多點探測，結合計算機軟件分析，解決井底不規整反射面和反射角問題，以求得實時工況的溜井礦石和廢石高度。通過光纖網絡，將此溜井礦石和廢石高度數據傳輸到地面礦山生產調度中心的專用電腦上。

2 系統構成

整個系統由微波測距系統(傳感器)、光纖通訊系統、后臺檢測管理系統構成。

2.1 微波測距系統構成

微波測距系統由圖2所示的8個關鍵部分構成。該系統通過發射偽隨機噪聲脈沖抑制環境中的背景噪聲。其中，雷達天線負責發射和接收微波信號，雷達天線由傳動機構固定，并由傳動機構控制自動調整雷達探測方位。雷達模塊將接收到的回波信號傳輸至信號處理模塊并由信號處理模塊對信號進行解算分析。電源管理模塊負責給整個系統進行電源分配，人機界面將系統的狀態信息、測距信息顯示出來。輸出接口模塊主要負責將系統的各種數據傳輸至遠端端口，并提供遠程燒錄程序的功能。

圖2 微波測距系統的構成

本系統以微波窄束為測量介質，能探測遠距離的較小目標，在測量深度時不僅能不受粉塵、水汽的影響，同時也能自動校準雷達探測方向，對目標實現三維定位和距離測量。測量范圍為0～500 m，測距精度優于0.5%，測距準確度大于99%；系統功耗≤40 W，且系統抗干擾能力強，不受粉塵、光線、霧氣的影響；可自動掃描目標，大大降低安裝要求，安裝方便快捷；防護等級為IP67；接口為RJ45，帶寬為100 M，協議為標準TCP/IP 協議；提供遠程調試和燒錄接口，可遠程修改系統參數。

2.2 光纖通訊系統

光纖通訊系統是通過光纖和光纖收發器，將井下溜井測距傳感器的檢測數據傳輸到地面調度中心系統檢測計算機。

2.3 后臺檢測管理系統

后臺檢測管理系統分為數據采集軟件、后臺服務器數據庫和web系統監控主界面。

(1) 啟動測深數據采集軟件，啟動后自動進入正常測量料位高度采樣工況，全過程無需人工介入，采樣時間可以在后臺服務器數據庫中設置。如果后臺和井下測距傳感器連接失敗，信息框會顯示“設備連接失敗”，則檢測連接硬件，如串口等硬件設備。采集到的數據進入后臺服務器的數據庫中，并顯示在web系統監控的主界面上。數據采集軟件還可以實時手動采集當前礦位高度，采集到的數據不顯示在web系統監控主界面，只顯示在采集軟件中。

(2) 后臺服務器數據庫可以設置采樣的時間且儲存數據采集軟件每天、每班采集的各個溜井數據，主界面可通過日報查詢隨時從數據庫中調出所需數據。

(3) 主界面顯示功能：在后臺監控軟件中將井下檢測到的溜井料位高度按礦方提供的換算比例換算成礦量顯示在主界面上。主界面中有日報查詢、對比查詢、綜合查詢和參數配置4項功能。

3 結 論

該系統在南京梅山冶金發展有限公司礦業分公司-318 m水平中段5#、6#溜井進行了工業試驗。已在深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦-160 m中段4#、5#溜井,-360 m中段盲主井，-500 m中段1#高溜井、4#溜井、5#溜井成功應用(見圖3、圖4)。現場應用表明，網絡化礦石溜井料位自動檢測系統可自動反映溜井料位的情況，減少了測量人員下井次數，節省大量人力物力，提高了作業效率，有效避免下井人員安全事故的發生，對提高礦山生產自動化、信息化的管理水平具有重要意義，具有明顯的社會及經濟效益。

圖3溜井傳感器現場安裝圖4后臺檢測管理系統