深部大礦段連續開采工序與裝備時空協同系統*

張要賀,盛 佳,尹旭巖

深部大礦段連續開采工序與裝備時空協同系統*

張要賀1, 2,盛 佳1, 2,尹旭巖1, 2

(1.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術研究中心，湖南 長沙 410012)

依托十三五國家重點研發項目“深部大礦段多采區時空協同連續采礦理論與技術”，針對深部礦床高應力特殊開采環境，突破傳統淺部礦床開采以礦塊為基本回采單元的固定模式，以多個采區組成的大礦段為回采單元，采用智能采掘裝運設備和管控技術，將采切、鑿巖、爆破、出礦、充填等回采工序依次在回采單元內的各采區連續協同推進，有效控制深部開采過程中的災害風險。圍繞深部礦床大礦段多采區協同作業連續開采新模式的科學問題，研究大礦段多采區集約化連續采礦生產過程調控技術，構建大礦段連續回采工藝的協同調控模式，創新大礦段連續開采模式下的不同開采工序與裝備時空協同作業機制，進而研發出大礦段連續開采工序與裝備時空協同系統，為深部金屬礦集約化連續采礦提供理論與技術支撐。

深部礦床;大礦段連續開采;智能管控;時空協同系統

1 系統的架構組成

構筑再現深部特殊開采環境的大礦段多采區連續開采物理模型，輔以數值仿真技術，揭示不同采區布置形式、技術參數、回采順序條件下采場礦巖力學響應機理[1]，運用專業軟件構建深部大礦段多采區連續開采“透明采場”，優化連續回采系統及其結構工藝參數[2]，形成新模式下連續開采工藝技術體系。

利用理論分析和數值反演技術，確定采區集中充填質量控制指標[3]；在實測主要采掘裝運設備功效基礎上，運用系統最優化原理，實現鑿巖、爆破、支護、出礦、充填等各生產工序協同作業，優化采掘裝運設備的協同配套方案，設計了深部大礦段連續開采工序與裝備時空協同系統[4-6]。

采礦工序與裝備時空協同作業系統主要功能模塊包括采場基礎信息管理模塊、現有設備信息數據管理庫、井下設備智能監控模塊、設備協同作業故障診斷模塊及設備自動調度模塊（見圖1）。

圖1 不同開采工序與裝備時空協同作業系統結構

采用Visual Basic(簡稱VB)軟件，編制系統的界面與程序。VB是一種在計算技術發展歷史上應用得最為廣泛的語言，用于開發多媒體、數據庫、網絡、圖形等方面的應用程序，具有可視化的集成開發環境，面向對象的程序設計思想，交互式的開發環境及高度的可擴充性等特點。

2 采場基礎信息管理及井下設備智能監控 模塊

2.1 修改采場基礎信息和設備狀態信息模塊的功能

系統模塊運行時首先在人機界面顯示后臺數據表中所有的采場數據信息；操作人員可以添加或修改數據表中所有的數據記錄，添加或修改數據記錄后單擊一次保存按鈕即可更新所有數據，程序自動判斷是修改記錄還是添加數據；刪除記錄時，單擊選擇需要刪除的行，單擊刪除按鈕即可；首次錄入采場信息時，可以通過批量導入功能將采場信息一次導入，然后單擊一次保存按鈕即可將導入信息更新至后臺數據庫。

現有設備信息數據管理庫的功能與采場基礎信息管理模塊類似，可以使用相同的操作將設備的基本信息保存于數據管理庫。

圖2 系統主界面

井下設備智能監控模塊主要通過井下移動設備定位系統對遠距離移動目標進行非接觸式信息管理，實現對井下車輛在不同狀態（移動、靜止）或惡劣環境下的自動識別，從而實現目標的自動化管理[7-8]。該模塊集計算機軟硬件、信息采集處理、無線數據傳輸、網絡數據通訊、自動控制等多學科技術應用于一體，主要功能是對鑿巖、出礦、運礦、錨固等井下作業車輛進行管理，實時動態顯示車輛分部信息，并對分布信息進行管理，實現智能調度車輛（見圖2）。實時跟蹤車輛的位置信息，掌握車輛運行路線，并對車輛歷史信息進行回放。

2.2 修改采場基礎信息和設備狀態信息的程序

3 設備自動調度及故障診斷模塊

3.1 自動調度及故障診斷模塊的功能

設備自動調度模塊通過調用采場基礎信息管理模塊和現有設備信息數據管理庫的后臺數據庫的信息，在設備協同作業故障診斷模塊的輔助下，按照系統自動生成的各采場的工序執行時間表自動調度采礦設備至相應的采場（見圖3），其執行過程通過井下設備智能監控模塊實時顯示，并可保存回放。

圖3 設備自動調度流程

設備協同作業故障診斷模塊基于神經網絡的控制系統故障診斷是近年來出現的一種新方法，由于神經網絡具有處理復雜多模式及進行聯想、推測和記憶功能，具有自組織學習能力，非常適用于故障診斷系統，能克服傳統專家系統當啟發式規則末考慮到時就無法工作的缺陷[9]。因此，將神經元網絡應用于過程檢測系統已成為一個非?；钴S的研究領域。利用神經網絡強大的分類能力，進行故障模式的分類與學習，診斷出故障?？梢哉f，神經網絡是物理模型方法和數學模型方法的一個綜合，它可發揮兩者的長處，使故障診斷的范圍更寬，診斷準確性更高（見圖4）。

圖4 系統報警信息記錄界面

3.2 采場作業工序及設備調度程序

4 結 論

本系統的特點是“自愈、安全、經濟”，自愈—實時掌控整個調度系統的運行狀態，及時發現、快速診斷和消除故障隱患。在盡量少的人工干預下，快速隔離故障、自我恢復，避免影響系統中的其它設備的運行，提升系統的可靠性。并及時將故障信息上傳到數據庫，同時發送報警信號至人機交互界面。

[1] 汪海波,宗 琦,趙要才.立井大直徑中空孔直眼掏槽爆炸應力場數值模擬[J].巖石力學與工程學報,2015,34(S1):381-386.

[2] 楊國梁,姜琳琳,楊仁樹.復式楔形深孔掏槽爆破研究[J].中國礦業大學學報,2013,42(5):754-760.

[3] 蔡美峰,何滿潮,劉東燕.巖石力學與工程[M].北京:科學出版社, 2002.

[4] 張耀平,曹 平,袁海平.巖體力學參數取值方法及在龍橋鐵礦中的應用[J].中國礦業,2011,20(1):100-103.

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[6] 時黨勇,李裕春,張盛民.基于ANSYS/LS-DYNA8.1進行顯式動力分析[M].北京:清華大學出版社,2005.

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[8] 劉智權.大間距無底柱分段崩落法回采爆破參數的研究[D].武漢: 武漢科技大學,2005.

[9] 劉美山.特高陡邊坡開挖爆破技術及其對邊坡穩定性的影響[D]. 合肥:中國科學技術大學,2007.

(2019-02-16)

張要賀(1983—),男,河南清豐人,工程師,從事礦山設備電氣系統與控制方面的研究。

“十三五”國家重點研發計劃項目(2017YFC0602901).