井下无人采矿技术装备导航与控制关键技术

张国强

（兰州石化职业技术大学，甘肃 兰州 730207）

为了满足生产和开采矿物资源的需要，将开采井下矿物资源。在确保安全生产的同时，迫切需要解决深井开采、提高采矿效率和增加产量等技术问题。关于深井采矿的技术条件，研究了一些技术，例如模拟采矿环境的虚拟现实、井下无人采矿设备的建模和标准，以及无人采矿过程的动态模拟。在矿床开采环境中，普遍的假设现实可以重新塑造沉积物，包括分布、裂缝、主要构造表面的存在、金属特点、周围岩石条件、操作平台和模拟无人采矿作业的技术基地。近年来，对井下无人采矿技术的兴趣日益增加。随着科学和技术的发展以及安全概念的发展，重点将是井下采矿以及改进和开发无人采矿技术[1]。井下采矿技术是指利用计算机技术控制和操作井下生产，以实现非运行。目前，我们积累了大量的数据和在和控制井下采矿技术设备方面的经验。然而，综合技术能力薄弱，需要不断探索和发展。

1 无人采矿仿真技术研究现状

地下完全控制采矿过程控制设备的理论，类似的理论包括学校系统、计算机、现有的采矿和技术理论、计算机技术和计算机模拟分析、非采矿生产的计算机模拟分析、采矿技术研究、非采矿过程参数的动态动力学。为设计和实施无人采矿作业提供数据和决策支持，信息和通信技术的发展将从侧重于传统采矿流程自动化的机械化采矿技术发展到加强无人采矿技术，并带来先进的传感器和监测系统、智能采矿设备、高速数字通信网络和新的采矿作业[2-5]。许多国家由于其巨大的社会意义和广阔的市场前景，在研究和传播相关技术方面投入了大量的人力和物力。

1.1 国内无人采矿仿真技术的主要技术现状

我国的井下采矿技术远远落后于先进的国际标准，仍然在钻井、装填和装填在解决效率低下和不安全问题方面面临困难。昂贵的国外设备占据着一个巨大的市场，并对我们的采矿业产生重大影响。目前，我们在矿物设备中的份额占市场份额的60%。仅在2004年，中国就进口了485部金属装载车，价值3176万美元。在1970年代和1980年代，大多数其他井下采矿设备仍在使用，这些设备有明显的缺陷，设备规模小，主要备件寿命短，耗费资源多，而且环境受到严重污染。在井下采矿中，压缩空气的机或压缩空气的油车仍然占很大比例，因为几乎所有主要交通工具都是7-20线的电力车[6]。与先进技术相比，我们的采矿技术研究尚处于起步阶段，采矿机械和生产管理控制系统的开发远未取得重大进展。面对新的国际技术趋势，包括有效和安全的无人驾驶机器人操作，很难进行市场竞争。目前，我们的无人采矿技术仍处于“无管制采矿”的早期阶段。所以我国必须尽快建立符合我国国情的先进井下采矿系统，对于提高我国采矿技术的可靠性和完整性以及使采矿生产自动化以及高效率高产量的采矿具有重要的战略意义。

1.2 国外无人采矿仿真技术的主要技术现状

加拿大、美国、澳大利亚、瑞典和芬兰等发达采矿国家已进行了采矿自动化和信息技术领域的研究和应用，并成功地解决了与地下采矿有关的一些技术问题，并在实际采矿项目中有效应用了技术成果。1992年，芬兰宣布了一项人工智能采矿技术方案。涵盖28个专题，包括实时采矿监测、实时资源管理、采矿信息网络、新的机械应用和机械监测。加拿大最近制定了2050年远景规划，将加拿大最北部的一个矿转变为无人居住的矿，并通过卫星控制所有萨布里设备而机械拆除和中断。瑞典制定了一项GroundTeck2000采矿自动化战略计划。瑞典的LKAB公司成功地测试了基罗纳的第一个机械化铁矿生产系统。自1980年代中期以来，加拿大诺达技术中心一直在研究和开发自动化采矿技术。在硬岩矿钻井下挖掘的各种机械设备，包括装载机、起重机、光学导航系统、遥控装卸系统、自动装载机等。这些技术和系统可在不同的采矿条件下独立使用，并可侧重于多套遥控系统，完全适合诺兰达多矿的需要，同时适应不同的生产水平和复杂的金属质量条件。因此我们应吸取外国先进的无人采矿技术的经验，为我国的井下无人采矿事业作出贡献。

2 井下无人采矿技术存在的问题

2.1 煤矿灾害频发

井下采矿是一种复杂的渗透过程，环境中的空气和化学品，等待，使他们容易发生事故，特别是在没有安全措施的情况下，会有火灾、水、井下采矿崩溃、煤气爆炸(如某些灾害)、矿场爆炸和工作引起许多灾害和事故的程序，因为人类和自然因素都对灾害负责。灾害是井下开采的一个重要问题。因此，减少灾害和事故的发生需要加强安全生产以及遇到危险时的安全反应的概念，而井下无人驾驶采矿技术是解决这一问题的最佳手段[7]。它可以尽量避免灾害的发生，减少了人力、物力、财力等资源的浪费。

2.2 煤炭浪费严重

尽管我国储存的煤炭资源丰富，但我国煤矿的应用范围广泛，市场需求和生产市场大，而且采矿技术能力薄弱。这一系列的问题导致我国大量煤炭资源的减少，即由于采矿和用户的价值而煤炭资源的使用减少，是一个实际问题，需要满足井下采矿的需要。这就要求我们减少煤炭资源的浪费，合理利用煤炭资源。

2.3 采矿技术能力低

尽管井下采矿面临困难，但该国现有的采矿技术取得了进展和发展，但由于地质复杂、地形复杂和深海采矿的逐步发展，井下采矿的总体能力相对较低。但是，井下采矿技术的开发受到一系列因素的影响，如缺乏技术研究能力、技术人才以及创新能力[8]。这些问题使我们的采矿技术能力下降，远远落后于其他国家。

3 井下无人采矿技术装备导航与控制关键技术

3.1 采矿科学规划技术

采矿科学规划的基础是资源规划和分配以及优化资源分配，以提高采矿效率。传统采矿规划技术结合了简单的程序和可能的方法，将工作场所的初步状况转变为工作场所的目标状态，使之具有一定程度的智能和自动化，以满足无人采矿的需要。因此，需要改进采矿计划的自动化和管理，以便有效地完全自动化地控制钻井路，并满足最终未开采的采矿规划的需要。

3.2 设备自动控制技术

随着自动化和智能技术的发展，研究人员对井下无人采矿技术设备产生了越发浓厚的兴趣。在新的环境下，改进对井下技术设备的自动控制是井下采矿技术的一个主要趋势。如果标准偏离航向，采矿技术设备将会对此作出新的调整，然后接收信号进行井下无人采矿。这样，金属的自动化就大大提高。此外，与井下采矿有关的通信技术引起了人们广泛地注意，井下无人采矿技术装备导航可以将操作和控制设备的数据信息传送到地面控制室，从而可以自动控制理发和井下加工，对构造板块进行远程诊断和控制，并确保采矿生产的安全和稳定。

3.3 设备定位导航技术

可以说，地下无人采矿的主要保障是自动化设施，这需要在地下采矿设施进行定位导航功能以及生产机械导航设备，从而进行井下无人采矿。近年来，在移动机器人工业中，激光雷达的使用有所增加。根据激光雷达，可将现场信息与其他算法结合起来，从而能够在不校准操作的情况下追踪和探测井下屏障，从而大大提高井下采矿设备的稳定性和精确度。在能见度低、空气贫、灰尘和通风差的矿井中，视觉系统和全球定位系统很难有效控制。电磁路由器控制可以很好地解决这个问题[9]。电磁场可以与低频电缆相结合，将电磁传感器结合起来，有效地引导移动采矿设备，并通过光学导航系统对设备进行自动控制和定位。此外，还可设置超声波控制和定位阵列，这些超声波在走廊之间测量信息，然后从有效控制设备的地点分析这些信息，从而进行调查并提供公路导航和定位，从而大大提高导航和定位精确度。

3.4 地形遥控感知技术

不同的生产条件与地形规则不同，但通常会遇到土壤特点的特点，即松散土壤、不断积存的光照，但为了实现自动化，为了采矿环境的影响、改变地形环境和制作图像以实现矿的自动化控制，采矿作业侧重于技术应用。目前，地形学技术一般包括视觉、激光测距、超声波等。

4 结语

简而言之，井下无人采矿作为煤炭开采的主要攻关技术，直接影响到采矿的效率。近年来，随着对煤炭等资源的需求不断增加，井下无人开采已成为人们广泛关注的主要手段，而深海采矿取决于无人采矿技术，在目前情况下，当地煤矿企业继续进行深海采矿，增加了开采的风险和难度，而井下采矿技术的研究和开发则是开发和应用导航和控制技术。虽然目前无人驾驶采矿技术的开发水平相对较低，例如导航控制和技术设备的认知尚不成熟，但在非采矿技术影响下的不断深入研究和开发的基础上，技术也逐步增强，在不远的将来，随着载有采矿技术、制导和控制重大技术进步的设备问世，无人采矿将广泛用于井下采矿项目。