分析井下无人采矿技术装备导航及关键技术

徐龙滨

黑龙江龙煤双鸭山矿业有限责任公司集贤煤矿生产科

分析井下无人采矿技术装备导航及关键技术

徐龙滨

黑龙江龙煤双鸭山矿业有限责任公司集贤煤矿生产科

现代科技的发展极大地促进了社会和经济的发展，不论是对人们的日常生活还是对社会的各个行业，都发生了翻天覆地的变化。如今在金属矿山的开发方面也开始应用先进科技，无人采矿技术目前已经开始应用，虽然范围不广，但前景很好。文章就无人采矿技术的现状和问题进行探讨，解析了无人采矿技术的特点以及关键技术的应用，希望能给相关的为提出些有价值的建议，对我国井下无人采矿技术的发展做出些有用的贡献。

采矿工程；装备导航；关键技术

一、无人采矿仿真技术研究现状

目前就井下无人采矿工艺的装备和控制技术的建立，主要的相关理论有控制理论、系统运筹学、信息处理技术和相似理论等，实质上就是利用计算机技术进行无人采矿的控制，在生产过程中进行计算机模拟和数据整理分析，专门研究采矿的工艺技术，显示在采矿过程中的各个作业方面的数据动态变化，因此也为无人采矿技术的工艺设计和具体实施提供一定的参考数据和决策建议。近几年的信息技术和通信技术的发展改变了无人采矿的技术现状，由传统的工艺技术开始向着智能化、系统监测化、数字信息通信化和新型采矿工艺等先进技术方面发展。

二、目前采矿行业中存在的问题

1.随着煤炭的产量的提高，煤炭事故也在不断地升级，造成采矿中人员的伤亡数量持续上升。,不论是我国还是别的国家，采矿业的人员死亡率每年都在增加。

2.煤炭需求量大,资源浪费严重。煤炭的需求量远远要超过其他资源的需求，主要是因为煤炭的用途比较广泛，而且与其他矿产资源相比较蕴含量也比较丰富，所以每年的采矿煤炭量时想的大，这就无意在进行采矿的时候对资源的不重视，造成资源的浪费，再加上采矿技术的限制或者其他各方面原因综合下来，最后导致煤炭的大量浪费，不能得到有效利用。

3.重大灾害事故频繁。采矿业事故频发是必不可免的，尽管相关单位也进行了一定的措施预防，但也总少不了比如瓦斯爆炸或者人为操作不当等因素造成的以为事故。当然也有些事故是由于在进行操作时由于地址原因造成的，但总的来说，采矿业的事故死亡率比较高，危险度也比较大。

4.开采技术发展迅速,总体水平落后。我国采矿业的发展，自从改革开放之后有了很大的进步，技术上也进行了一系列的改进和深化，但实际情况是，由于我国地形复杂，地质结构也较为多样化，这在采矿作业的过程中加重了施工的难度，虽然已有一些先进科技的投入，有现代的新方法的使用，但任然会多少受到一些外在因素的制约。尤其是在一些环境条件差，经济比较落后的地区，这种情况尤为突出。就井下无人采矿技术而言，在我国的发展还算可以，虽然总体上来说比较落后，但在目前已经投入使用，只是范围并不是很广。再者，我国的采矿设备也还是比较落后，不过在近几年有了很大改善。我国的采矿技术主要从国外引进，所以自己在技术领域这一块还是比较薄弱。从整体上来看，我国的采矿技术发展确实迅猛，而且实际开采的工作效率也比较高，但是总体的开采水平比较落后，跟国外相比仍然由很大的距离。

三、井下无人采矿仿真技术装备控制关键技术

1.采掘规划技术

采掘规划的主要内容就是设计规划出用什么样的采掘方式进行开采，需要配置什么样的设备以及使用何种技术等。现在的避障技术目前已成为了规划的内容之一。在过去，规划控制的任务就是确定使用什么样的方法，然后在用什么样的施工行为等将工作的初始状态转化为具体的目标。这种传统方法只是简单地进行规划，并没有进一步深入分析然后在进行设计方案，显得不太成熟有草率。

2.井下装备定位与导航控制技术

随着激光雷达在移动机器人领域的广泛适用,基于激光雷达的位姿估计正不断引起人们的注意。适用基于激光雷达的位姿估计可以方便地将位姿信息集成到其它基于激光雷达的算法中,井下采矿作业环境高度复杂,信号通透性差且可见度低,这极大限制了GPS系统及视觉系统在井下设备定位与导航方面的应用。

3.井下设备自动控制技术

在地下矿山和隧道工程施工等恶劣作业环境中,国外从20世纪70年代中期就开始重视铲运机的视距遥控研究。操作人员位于作业区的危险范围外,直接观察和用遥控设备控制铲运机。

4.目标跟踪技术

井下移动装备为了到达指定的工作地点,必须对于导航系统规划出来的路线进行跟踪,目标跟踪技术将规划出来的路径目标点转化为移动设备要执行的动作,而运动控制系统则将这些动作转化为执行器控制信号,从而完成移动设备的参考轨迹的跟踪。

5.地形感知技术

采掘作业的对象千变万化,从不规则的岩石碎块到大颗粒砂、细沙粒,从坚硬的粘性土层到均匀松软的细粒土层。即使同一地点进行采掘,铲斗所碰到的土壤性质也会发生变化。为了实现采掘的全自动化,必须检测出随着采掘推进所发生的环境条件的变化。这就要求采掘机必须具有地形成像能力。目前可使用的技术有超声波、视觉和激光测距仪等

6.运动控制技术

运动控制技术主要是将作业装置进行运作，并控制其按照规划的路劲进行动作的自动执行。采矿过程中，采矿装置就如同的去爱有零部件的执行器，能够按照规定的方式进行运作，并与其周围环境相互作用。美国卡耐基梅隆大学中研发了一种挖掘机，该挖掘机是使整个作业按照自动装车的形式完成的，其中，挖掘机上安装激光扫描测距的仪器，能够分辨并确定卡车的位置进行作业，并测量土壤表面是否具有障碍物等情况，这种方式实现了机械的全自动操作。通过确定卡车的位置，测出障碍物的特点，能够加快作业效率，并且具有准确性。

四、结论

进一步开发出新的开采技术已成为了我国目前采矿业的主要任务。由于我国在采矿业方面一直以来施工效率比较低，技术水平相对落后，不但造成了煤炭资源的浪费，同时也阻碍了国民经济的发展。为了采矿业的可持续发展，无人采矿技术的到来，无无疑为我国采矿事业的进一步改进带来了转机。无人采矿技术将工作人员从繁重的工作量和危险的井下操作、艰苦的体力劳动中解放了出来，不但提高了井下操作的安全性，同时也极大地促进了社会效益，在根本上改变了我国采矿业在技术和设备上的落后性，更加提升了我国的国际竞争实力，实现了长期以来采矿业一直追求的安全、可靠和高效率的目标。

[1]杜杰.井下煤流矸石跳汰分选关键技术研究与应用[D].中国矿业大学，2014(05)