物聯網技術在露天礦的應用與發展前景

邢景超 李炳辰 侯唐業

摘 要：以礦山區物聯網、礦區裝備控制智能化及采礦作業自助化、自主化的發展態勢為依托，以達到露天礦開鑿作業的智能控制化為目標，以恰當處置眼下露天礦開鑿作業在管控、平穩及訊息處置等方面蘊含著的問題為宗旨，以當今通訊技術、自助化控制技術及編程軟硬件技術為立足點，著力探討了露天式礦山智能開鑿爆破作業的總體思路、中心任務、核心技術等。擬定的主體內容包括：①依托鉆機設備的自助鉆進及運作流程、鉆眼精準定位和定向、鑿眼參數記錄、常用件及磨損件訊息載錄等效能;②服務于露天礦開鑿工程的通訊網絡和參數庫;③露天礦地況監測及開鑿程序軟件。此系統在礦山生產中獲取到了普遍運用。

關鍵詞：物聯網技術;露天礦山;智能爆破;應用;發展前景

引言

現階段，我們國家露天礦區的全智能化控制系統特別是重型規模的全智能化控制系統，側重選取國外高端化技術，消耗費用多、設備維護不便捷，亟需展開本土研發及裝備設計。開鑿爆破是屬于實現露天礦區作業自助化高效化的關鍵環節，穿爆作業的成功與否在很大程度上關聯著礦山后繼作業程序的安穩和順利，比如露天開鑿路線、轉裝、運送、邊坡強化等。盡管最近幾年我們國家在露天型礦區安全管理及爆破作業獲取到了顯著的提升，然而在訊息化、自助化、規范化及科學化等項內容上依然表現著嚴重的欠缺，在自助穿眼、標準裝藥、實地監控、人事裝備管理、安全管控、穿眼開鑿設計等相關內容上的水準亟待著實現大幅度提升，從而達到露天礦山開鑿爆破作業的整體自動化控制。

1、露天礦物聯網體系基本結構

以現實高端化物聯網技術及訊息化技術為依托，擬建以網絡體系為支撐的自動型露天礦山開鑿爆破作業方案。

1.1物聯網體系的組成架構

物聯網體系中的應用層重點涵蓋礦山工程管理人員所需用的爆破作業程序軟件，監控數據軟件，適合借助于網頁來觀覽對應數據庫中所儲存的訊息以便可以精準把握住礦山工程進程中的具體施工形態;亦涵蓋鉆機自助化的各類運用。在物聯網的網絡層選取了采用高速參數傳送的蜂窩型網絡傳輸技術，也就是第3代網絡傳輸技術，可以在同一時間一并傳輸聲音訊息和參數訊息，其傳輸速率通常在數百kbps之上，另外信號傳送范圍廣，可實現大數據訊息傳送的平穩性。再有，和有線性網絡及辦公網絡進行緊密的結合，實現了物聯網中實用層和感應層之間的通信功能。

1.2 網絡體系中的拓撲部分

網絡技術人員借助于爆破程序傳輸終端把數據傳送到參數庫服務器里邊，鉆孔設備可借助于無線化網絡把穿眼設計鍵入到鉆孔裝備控制機內部，鉆空作業人員依照導航界面指令自助或手工定位至炮孔部位，鉆控設備依照其自身配置的傳感器參數自助完成擬定鉆深的鉆孔過程。在實地發生一些變動情況時，還可依照設備操控者管理終端的實際授權來快捷布孔或外增鉆眼。爆破作業組操作人員由網絡上去領取鉆孔過程的裝藥程序設計，依照GPS空間定位程序模塊及裝藥車自助化裝備，依孔排列裝藥。在起爆開始前，利用平板電腦來接納爆破限制區及人員裝備所處的具體位置訊息。

2、鉆機設備具備的操作功能

鉆機設備是屬于露天礦穿眼開鑿作業中的關鍵性設備，是作為大批傳感機構、監控設施、顯示器材、機械裝備、通訊裝備的支撐，是屬于露天礦區實施自主爆破作業中的關鍵性組分。工控設備利用can 功能接口和控制機構展開通訊，接納訊息參數并傳達指令，接納視頻參數，和 3G 無線性網絡進行連通，借助于觸屏液晶屏幕、can 功能數據傳輸線及相應驅動器函數、VisualStudio 實用程序研發機構、新一代 Windows 8 觸控操作系統相結合開發相關功能軟件。

2.1 履帶鉆機的運動機構

履帶鉆機采用履帶作為行走裝置，可以實現整體向前，向后，轉彎行駛和原地轉向等。履帶鉆機通過控制左右履帶的速度差來實現轉向，由于爆破現場的地面起伏，轉向軌跡的可控性較差。忽略了轉向離心力、阻力、接地壓力、縱向滑移、橫向滑移等非線性因素，采用理想模型分析。

2.2鉆孔的精確定位與導航

GPS 定位模塊通過露天礦現場 RTK 技術的精度修正，抗干擾能力強，可以使孔間的定位精度誤差達到厘米級。根據技術人員傳輸過來的穿孔設計，顯示在鉆機操作人員面前。顯示界面包括鉆機坐標、鉆桿坐標、鉆孔孔口坐標、鉆孔傾斜方向和角度、設計鉆深、已鉆進深度、設計裝藥量、已裝藥量、鉆渣范圍、鉆機自動行走路線、鉆孔鎖定狀態、爆破邊界線。當鉆機距離導航鎖定目標鉆孔距離小于 2m時，導航行界面為大圖標顯示，便于觀察。界面實時顯示鉆機距該孔距離，鉆機開始減速。

2.3鉆機的自動穿孔

以中大型的露天礦用鉆機為例，其鉆桿與地面角度為 90～70°，

無托架。鉆機采用3個 GPS 定位模塊和傾角傳感器定位鉆機、鉆桿和鉆孔三維空間位置，接收爆破設計，按設計路線自動行走穿孔。由于鉆機自動調平速度緩慢，在鉆機與水平傾角較小情況下，將省去調平環節。

結語

研究露天礦智能爆破的總體架構、核心內容、關鍵技術等主要問題，依靠物聯網技術的迅猛發展，在現代通信技術、自動化技術和軟硬件技術的支持下，以露天礦用鉆機為主要技術平臺，使得露天礦爆破實現了數字化、網絡化、可視化、精細化和智能化。

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