铲运机实时定位与计量技术

发布时间：2022-10-04 09:26 热度：

　　均衡放矿是自然崩落法生产管理的核心，而精确如实记录铲运机每次铲装位置和铲装矿石量是实现均匀放矿的关键。为此，提出一种铲运机定位与计量自动化系统，利用安装在井下特定位置的RFID智能定位桩以及车载终端，不间断获取铲运机定位信息，同时记录车辆的行进路线及铲运机在装卸地的触发次数，从而统计周期内的相关参数。将该系统应用到普朗铜矿中，实现了井下铲运机三维实时定位，并可对出矿数据进行实时统计、对比分析，为放矿生产控制与调度提供了科学依据。

　　关键词:自然崩落法;铲运机;智能定位;铲斗计量;自动化监测

　　普朗铜矿设计采用自然崩落法采矿[1]，自然崩落法生产管理的核心是放矿控制[2]，而放矿计划实施管理的核心是确保每一次铲装的位置和矿石量被如实和精确地记录，因为虚假的铲装数据会导致后续计划编制中剩余矿量与品位信息的失真[3]，而这种情况一旦发生，后期无法弥补。从国内的生产实践来看，由于缺乏自动化监测技术，导致大量人员参与计划的监督实施，尽管如此，仍无法确保获得真实的铲装数据，使生产管理陷入被动[4]。自动化监测的关键是定位和计量[5]。将射频识别技术（RFID）应用于铲运机定位并进行规模性实施在国内尚属首次。本文以普朗铜矿为例，开展井下铲运机定位与计量系统的应用研究，以期解决无轨车载设备生产数据自动采集与传输、实时分析等技术难题；设计铲运机定位与计量自动化系统，将采集设备与数据库连接，进行放矿点矿量信息的存储。利用上述研究结果，将实际放矿数据和计划数据进行对比分析，为放矿生产控制与调度提供依据。

　　1铲运机定位与计量自动化系统构建

　　射频识别技术是一种以无线射频进行双向通讯的非接触式自动识别技术[6]，它可以通过射频信号实现目标的自动识别以及数据获取[7]。本文将RFID定位桩安装在井下特定位置，定位桩在编号后可以不断地向外发送信息，不同的定位桩具有不同的识别码，当车载读写器处于定位桩信号范围之内时便可获取铲运机当前的定位信息，通过不间断的获取定位桩信息即可获得实时的铲运机位置，同时也可以统计特定位置的定位桩的触发次数得到某个周期内的出矿量。为了避免形成信息孤岛，需要整合普朗铜矿的各子系统，使其能够在统一的平台中进行管理。因此，本文设计研发了铲运机定位及计量自动化系统，系统功能架构如图1所示。本系统采用统一数据平台进行联动处理，铲运机定位与计量自动化系统可实时监测放矿管理软件的放矿计划数据，并根据变化实时将计划数据同步至智能车载终端，同时铲运机定位与计量自动化系统将定位分析的装卸结果数据反馈给放矿管理软件，达到计划、监控和反馈的闭环管理。

　　1.1智能定位桩配备

　　智能定位桩数量应根据出矿进路和溜井的数量进行配备，其具有唯一识别码，智能定位桩定时向外发送信号，当智能车载终端处于信号覆盖范围内则采集该信号，完成相关信息收集。在每个出矿进路和溜井适当位置安装智能定位桩，并通过系统配置软件将布设在出矿进路和溜井处的智能定位桩进行区分，便于上位机软件读到采集信息后进行统计分析。根据普朗铜矿3720中段平面图和其他相关参考设计图纸，统计整个首采区可安装及监测的出矿进路和溜井总和大约为780个点，另外某些作业点因特殊的空间位置需配置2个定位桩，同时基于工程实际量的偏差和常规维护替换需配置一定定位桩冗余，本文按照10%左右的比例配备备用智能定位桩，因此设计配备智能定位桩数量为850个。智能定位桩安装位置如图2所示。由于相邻出矿进路为7.5m，距离较近，为减少定位桩误读，且为了降低施工难度，无需严格控制定位桩的安装方向，更容易施工和维护，故在出矿铲运机上加入角度传感器，用于判断铲运机是在左边出矿还是在右边出矿，再结合读到的定位桩卡号，能有效减少相邻定位桩对其造成的干扰。

　　1.2智能车载终端配备

　　车载终端主机采用高度模块化设计，主要功能模块包括数据处理模块、RFID读卡模块、WiFi网络数据包收发模块、UI显示模块等。软件内嵌了实时操作系统，让各个模块能够高效实时协同运行。普朗铜矿3720m出矿水平达产后共需投入运行的电动铲运机数量为18台，同时配置2台同样性能的柴油动力铲运机作为备用铲运机，每台铲运机均需配备1台智能车载终端，故总共需配备20台智能车载终端。

　　2铲运机定位与计量自动化系统应用

　　2.1铲运机定位系统应用

　　铲运机定位及计量自动化系统具备三维可视化功能，通过三维可视化管控平台能够对矿山的安全生产实行实时的三维可视化管理。该平台以矿山各项生产数据和安全监测数据等数据为基础，以开采环境3D可视化和虚拟环境为平台，利用VR、三维GIS等技术，实现对矿山人—机—物—环状态的实时三维可视一体化集成管控，为企业生产调度和生产运营管控提供有力支撑。三维可视化展示如图3所示。

　　2.2铲运机计量自动化系统应用

　　通过铲运机定位及计量自动化系统，可计算出每一个出矿进路和溜井的当日出矿信息，包括计划值、完成值和历史出矿总量等。在系统运行过程中作业点标记会根据出矿计划量出矿与完成进度情况进行配色，当进度正常时为绿色，当进度落后时为黄色，当进度严重滞后时为红色，实时监控如图4所示。通过系统自动生成的作业点出矿数据库，可展示查询指定时段、指定作业点的计划总量和实际完成量，通过对铲运机每日出矿量的监控可生成指定时段内铲运机的工作效率，该系统可统计每日出矿进路的总出矿量和汇总当日的出矿量（见图5）。

　　3结论

　　本文以RFID自动识别技术为基础，完成了井下铲运机定位与计量系统的构建，解决了无轨车载设备生产数据自动采集与传输、实时分析等技术难题，并将该系统应用到了普朗铜矿生产中。应用结果表明，井下铲运机定位与计量系统不仅能通过三维可视化管控平台实现对矿山安全生产集中可视化管控，也能对出矿数据进行实时统计、对比分析，可为放矿生产控制与调度提供科学依据。

　　参考文献:

　　[1]李争荣,冯兴隆,刘华武,吴明,刘明武,洪超.某铜矿自然崩落法拉底顺序的优化研究[J].矿业研究与开发,2019,39(01):5-9.

　　[2]朱忠华,代碧波,陶干强,等.自然崩落采矿法研究及应用[J].金属矿山,2019(12):1-11.

　　[3]赵冰峰,张旭东,冯兴隆,等.普朗铜矿井下铲运机定位与计量自动化的研究与应用[J].采矿技术,2017,17(05):79-82.

　　[4]郭林宁,孙伟,冯兴隆,等.普朗铜矿自然崩落法采矿工艺危险源辨识[J].资源信息与工程,2019,34(01):50-51.

　　[5]王平,冯兴隆,蔡永顺,等.普朗铜矿自然崩落法开采过程综合在线监测技术研究[J].有色金属(矿山部分),2018,70(05):12-17.

　　[6]熊颖,乌泽,白文硕.RFID技术的发展及展望[J].卫星电视与宽带多媒体,2020(06):73-74.

　　[7]吴心慧,杨保华.基于RFID技术的门禁系统设计[J].电脑知识与技术,2018,14(13):250-251.

　　[8]李康乐.基于TOA的煤矿井下人员定位算法研究[D].西安:西安科技大学,2019.

　　作者：赵冰峰 冯兴隆 彭平安 黄恒 席海涛 赵明亮 王欢