北斗鉆孔作業監控系統：讓傳統鉆機“聰明”起來

文 | 李嶠 航天恒星科技有限公司

北斗系統，國之重器；北斗產業，國之大計。采礦產業，民之生計；鑿巖機械，工之利器。

我國既是能源儲備大國，亦是能源消耗大國，世界上已探明儲量的156種礦產在我國不僅儲量豐富，總儲量更是穩居世界前三。若要實現礦物的高效開采必離不開鑿巖機械的幫助。如何使這些傳統的采礦設備更有效、智能地為人們服務一直是困擾我國采礦領域的一大難題。

有鑒于此，航天恒星科技有限公司（以下簡稱航天恒星）首先提出以北斗為基石，融礦業以共贏的創新理念，與新疆雪峰科技（集團）股份有限公司聯合研制出一套應用于采礦領域的北斗高精度鉆孔作業監控系統，該系統解決了傳統采礦方式的選點費時、尋孔費力問題，真正意義上實現了鉆機鉆孔深度和鉆孔速度采集和大數據累計。目前，該系統已建成并在新疆托克遜圣雄黑山煤礦投入使用。此舉標志著北斗系統在采礦行業的應用取得了又一突破性進展，也標志著沿襲百年的傳統礦業生產管理模式正向著數字化、智能化、現代化邁進。

傳統采礦鉆孔過程中，現場爆破人員首先在爆破區域的每個爆破點位放置爆破標記物，再由駕駛員駕駛鉆機在標記物旁開始鉆孔。結束鉆孔后，孔深校驗員再將末端綁有石子的卷尺下放至孔底以驗證鉆孔深度是否達到要求。傳統方法的弊端十分明顯：1）鉆孔標志物易受周圍各種不確定因素影響發生位移，從而導致預鉆孔位置與實際鉆孔位置發生偏差；2）由于每臺鉆機每天可鉆400～800個孔，孔深校驗員根本無法對每臺鉆機、每個鉆孔進行校驗，僅能對極少鉆孔開展抽測，因此每個鉆孔是否達標仍存在較大不確定性；3）針對每臺鉆機鉆孔位置、深度和速度參數無法有效采集和累計，在不能根據鉆孔速度判斷各巖層厚度的同時，后續的智能混藥更加無從談起。

針對上述傳統方法存在的疑難問題，研制的北斗鉆孔作業監控系統是基于北斗衛星導航系統和大數據處理平臺的智能化監控系統。系統利用鉆孔作業監控終端采集礦區內每臺鉆機的鉆孔位置、鉆孔深度和鉆孔速度，通過人機交互系統輔助和引導駕駛員將鉆機駛向預鉆孔位置；當鉆機接近預鉆孔位置時，人機交互平板APP軟件提醒駕駛員減速駕駛；當達到預鉆孔位置時，軟件提醒駕駛員豎立滑架并開始鉆孔。輔助引導功能代替了傳統鉆孔方法的標記物，有效避免了因現場各種因素導致的鉆孔標記物位置變化，使預鉆孔位置更加精確。與此同時，利用大數據平臺下發鉆孔任務并及時查看每臺鉆機的實時位置、鉆孔位置、深度和速度。在作業工程中，平臺對不合格鉆孔自動高亮顯示并觸發報警，鉆孔校驗員通過平臺即可對每臺鉆機，每個鉆孔的位置、深度進行校驗，既極大減輕了校驗員的工作負擔，又有效提升了鉆孔校驗的真實性。最后終端對每臺鉆機、每個鉆孔的數據進行采集和上報，再利用平臺進行大數據分析，判斷出礦區各巖層硬度，針對不同硬度巖層使用不同配比的乳化炸藥，最終實現對乳化炸藥的差異化調配，節能增效，減小污染，為企業和社會帶來良好的經濟效益和社會效益。

市面上商用的北斗終端在采礦領域應用較為困難，技術人員在產品研發時就采取了針對性措施，具體表現為：1）礦山溫差大，以新疆礦區為例，托克遜黑山礦區夏冬兩季極限溫度上下限可達65℃和-40℃，普通工業級電子設備難以適應如此惡劣的使用環境。針對于此，航天恒星技術人員在終端設計初期即開展寬溫應用環境的可行性論證，全部采用寬溫化設計、選用寬溫化器件，并開展了一系列極限高低溫貯存/工作環境試驗，確保設備在礦區極限溫度下仍舊穩定運行；2）力學環境嚴苛，目前采礦領域應用最為廣泛的鑿巖機械一般采用高風壓回轉機，沖擊器也全部采用高風壓快沖沖擊器，下鉆沖擊力強，機械滑架振顫強烈。針對于此，研發人員在設計機構和工裝時全部采用抗振化設計并加裝減振裝置，再通過對結構和工裝進行一系列模擬仿真和極限振動測試，確保設備的穩定運行；3）24小時不間斷作業，除放炮作業外，礦山機械一般全天候24小時不間斷作業，因此設備在設計初必須充分考慮到長時間不間斷使用的特殊工況，即要求設備連續穩定工作時間不得小于720個小時。在設計過程中，航天恒星的研發人員通過對終端不斷地進行失效率統計和分析，得出設備連續工作一周的可靠度優于96.44%，確保了產品在其壽命期間完全滿足礦區嚴苛的使用標準。

北斗鉆孔作業監控系統的成功應用標志著北斗正在加速其在采礦領域的行業化和規模化應用，由原來的“高大上”轉為“接地氣”。航天恒星亦將以此為基石，逐步將北斗系統從一行一業拓展到各行各業，為全國人民打造北斗產業新天地，書寫北斗應用新篇章。

裝備了鉆孔作業監控終端的鉆機正在執行鉆孔任務