中深孔全液压凿岩台车智能控制技术的探析*

许 可,李东明

(湖南有色重型机器有限责任公司， 湖南 长沙 410205)

中深孔全液压凿岩台车智能控制技术的探析*

许 可,李东明

(湖南有色重型机器有限责任公司， 湖南 长沙 410205)

根据当今地下矿山的发展现状，结合现代化的智能技术，阐述了智能中深孔全液压凿岩台车的基本原理，以及智能中深孔全液压凿岩台车的一些重要智能控制技术，从而为地下矿山智能化和数字化提供基础。

智能中深孔；凿岩台车；全液压；智能控制

在经济发展与科技进步的影响下，国际采矿装置业已步入智能化，国际地下采矿的趋势是智能化、网络化、数字化，国外一些先进的矿山企业已在实际的采矿生产当中实现了智能化和数字化，智能化和数字化矿山开采具备环保、节能、高效、安全等特点，而矿山的智能化、网络化、数字化作业务必配备智能矿山装置。

1 智能中深孔全液压凿岩台车的基本原理

作为一种无人操作、高度智能化、自主凿岩、自主定位、自主行走的钻机,智能中深孔全液压凿岩台车可以满足井下中深孔钻孔的全自动化。铰接轮行走底盘为承载体，其借助静液压传动系统，基于智能导航系统、装置环境感知系统、井下定位系统的引导，能够根据要求的轨迹自动化行驶在矿山巷道里；通过精度较高的布孔定位控制程序对变位机构与台车机体按指令定位炮孔；通过液压凿岩智能控制系统对液压凿岩机进行控制，从而实现最为理想的凿岩；全自动钻杆库的配备有着多钻杆的输送以及自动化存储能力，能够实现中深孔接杆凿岩的实际要求；通过收集环境参数、凿岩矿石信息，凿岩台车信息采集系统提供一系列的基础数据为分析和处理车载计算机服务，且借助井下无线网向地面控制系统传输，结合地下金属矿智能开采的需要对有关的数据进行处理，并分类储存、处理和显示，为优化爆破参数和其它决策提供根据。

作为智能采矿系统的重要工作环节，智能中深孔全液压凿岩台车通过装置智能控制系统体现智能接卸杆、智能凿岩、智能定位以及智能行走等智能化控制作用。其运行在智能采矿系统的情况下，台车借助井下无线网对有关的环境信息与中央控制室的指令进行接收，然后自主运行，然而在智能定位以及智能行走的情况下，要求井下导航定位系统提供地理位置信息。为此，将导航接收以及无线通讯模块配备在智能中深孔全液压凿岩台车上，从而解决智能采矿系统地理位置信息以及通讯的问题。

2 智能控制技术

2.1 液压凿岩智能控制技术

在进行液压凿岩的时候，推进力、回转速度和压力、冲击频率和压力等都是制约凿岩效率的关键性指标，异样的岩石状况要求异样的动作参数，这样才可以实现最为理想的凿岩成效。从理论上讲，在软质岩层凿岩的情况下，借助快转、低能、高频的手段能够实现较为理想的成效，而在硬质岩层凿岩的情况下，借助慢转、高能、低频的手段能够实现较为理想的成效。一个最为理想的轴推力会形成于一系列岩层的凿岩过程中，这样能够保障在岩面与钻头之间传递应力波，以及确保钻头不会太早地磨损。以上的推进力、回转速度和压力、冲击频率和压力等一系列的指标都会直接性地制约凿岩效率，一系列的指标间也存在匹配的需要。为此，组合匹配一系列的指标能够确保最理想凿岩效率的实现。

除冲击频率之外，智能中深孔全液压凿岩台车的其它指标都是通过车载计算机借助电液比例控制技术实施无级调节，借助对出现卡杆的频率与穿孔凿岩的速度评价调节的成效，实施动态性地调整，进而实现最为理想的凿岩效率。车载计算机划分成为以下2种情形进行智能化控制。

在明确岩石状况的条件下，对内置的专家系统以及数学模型进行调用，以及对一系列的凿岩指标进行自动化调节，实现最为理想的凿岩成效。因为借助实验创建的专家数据库非常有限，根据异样岩石状况的数据应当在凿岩的过程中进行完善。为此，专家数据库有着能够不间断更新与完善的能力，通过以上的凿岩成效进行自主评价和分析，持续归纳且对一系列独特岩石状况下最为理想的控制数据进行记录，确保台车可以持续地累积经验，从而使评判的时间减少。

在不明确的岩石状况下，对凿岩效率实施自主评判与研究，从而实现最为理想的凿岩指标。因此，台车推进压力、回转速度和压力、冲击压力等关键性的凿岩指标都有着比较大的变幅，在不明确的岩石状况下运行的过程中，通过车载计算机将指令发出，组合改变一系列的指标和匹配联系，且对凿岩的成效进行检测和跟踪，在实现最为理想的凿岩指标之后，自主性地回归且选用最为理想的匹配方程与凿岩指标。

2.2 智能钻杆技术

基于中深孔接杆钻进的实际需要，中深孔凿岩自动化钻杆得以实现的必要设备是钻杆库的随机设置。为了实现24 m的钻深目标，借助16根1.525 m的快换钻杆，通过有机材料制作成为有着自夹紧作用的盘式钻杆库，通过液压油缸驱动钻杆库进行逆时针以及顺时针的双向步进送杆，在钻杆库上通过推进器的机械手实施抓取钻杆的策略。

液压驱动应用于机械手与钻杆库，具备位置传感器，通过车载计算机控制根据需要对一系列的动作进行完成。车载计算机可以对钻杆库的实际工作现状进行及时性的监测，以及凿岩时接卸钻杆的自动化工作，并对危险的情况进行判断，智能研究运动干涉等。并且，钻杆库姿态数据能够借助网络向控制中心传输，将钻杆库的姿态及时性地显示在虚拟模型中。

2.3 软特性智能防卡杆技术

地下中深孔凿岩经常碰到卡杆的问题，因此，对先进性的软特性智能防卡杆控制系统进行探究,将液压凿岩机回转扭矩及时检测作为断定标准，对液压凿岩机的推进以及冲击压力进行调节，确保凿岩机扭矩向正常值回归，进而防止恶性增加扭矩而出现卡杆的问题。

智能控制技术的中心环节是如何结合改变的回转扭矩进而通过最为理想的动作曲线不间断地对推进以及冲击压力进行调节。在试验以及液压凿岩防卡杆机理分析的基础上，创建科学的防卡杆动作方程以及数学模型，通过车载计算机借助比例控制技术不间断地调节防卡杆过程。借助智能研究程序对是否出现卡杆的情况进行断定，且结合出现卡杆的频率与强度自主地对动作力度以及处理策略进行决定，有效地减少卡杆故障所影响的凿岩效率。

2.4 智能定位炮孔的技术

通过人工离线或智能采矿系统在精度较高的三维数字地图中编制炮孔的位置，能够借助变位机构与台车的姿态以及台车的位置的控制来确切地定位炮孔。其中，通过车载激光接收器对台车的位置进行感知；变位机构姿态的组成部分是上下顶撑、补偿、回转、平移、仰俯；台车姿态涵盖高程信息、横向角度，纵向角度。变位机构与台车车体的数字化模型的创建能够给定位预判带来计算基础。在台车向凿岩位置接近的情况下，通过车载计算机提前计算且指引台车到达炮孔组要求的台车区域，然后借助闭环系统对液压阀实现变位机构空间的定位进行控制。

2.5 激光导航的智能行走控制技术

激光导航系统照射通过地下采场精度较高的三维数字地图的台车智能行走控制系统，结合中央控制室发出目标指令，通过车载计算机结合三维数字地图对路径实施规划，自主向目标区域行驶。

该系统借助车载激光接收器的设置对台车的纵向以及横向偏差进行感知，通过车载计算机计算纠偏要求的控制信号，由PLC放大之后将PWM电流输出且朝控制电液比例阀转向，这样能够逐步地降低台车工作的偏差。这个控制过程属于非静止性和不间断调节过程，务必分析控制系统的非静止性特点，进而在超调量与时间调整上获取最为理想的平衡点。因为台车的重点工况并非行走工况，台车缓慢地工作，为此，借助电液比例阀能够实现控制系统的非静止性需要，而不需要借助电液伺服阀。

借助闭式静液压传动而行走的台车通过车载计算机对台车的闭式系统压力和纵向倾角等进行采集，结合规划路径的行驶要素，发动机转速或者是马达排量来调节台车的速度。

将多个距离传感器布置在台车的周围，对台车处于的巷道横向距离进行及时性地感知，这有利于台车行驶安全性的提高。在照射激光的范围驶出台车的情况下，能够提供位置以方便台车的归位。

3 结 语

综上所述，在科技持续发展的影响下，大大地解放了各个领域的劳动力，矿山开采发展的趋势是无人化与智能化，这从本质上影响了智能中深孔全液压凿岩台车的发展前景，本文对中深孔全液压凿岩台车的智能控制技术进行了探析，包括液压凿岩智能控制技术、智能钻杆库技术、智能定位炮孔技术、激光导航的智能行走控制技术，分析了其智能化的机理，为其更好的应用于矿山提供基础。

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"十二五"国家高技术研究发展技术(863计划)项目.

2015￣04￣18)

许 可(1982-)，女，湖南长沙人，工程师，主要从事机械结构及自动化控制方向的研究,Email:13890299@qq.com。