地下無人智能采礦是怎樣開展的

智能采礦技術(shù)快速發(fā)展的突出表現(xiàn)是采礦裝備的智能化進(jìn)程逐步升級(jí)，無人和集中控制的采礦設(shè)備，已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的階段，并將推動(dòng)自動(dòng)化和信息技術(shù)在礦業(yè)開采中得到更廣泛的應(yīng)用。技術(shù)分層典型的無軌裝備采礦的智能開采技術(shù)可以分為控制層、傳輸層和執(zhí)行層。執(zhí)行層是指井下智能鑿巖、裝藥和鏟裝運(yùn)設(shè)備，單個(gè)裝備實(shí)現(xiàn)智能化/無人化水平，包括智能中深孔鑿巖臺(tái)車、地下智能潛孔鉆機(jī)、地下智能鏟運(yùn)機(jī)、地下智能礦用汽車、智能采礦爆破技術(shù)與裝備。傳輸層是指井下泛在信息采集與井下無線通訊技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)礦井高速無線通訊和數(shù)據(jù)傳輸，即泛在信息采集與井下無線通訊。傳輸層與控制層都需開發(fā)適用于井下環(huán)境的高速、高精度設(shè)備定位、跟蹤和控制相應(yīng)系統(tǒng)，為井下無軌設(shè)備的自主運(yùn)行、避障和遠(yuǎn)程遙控提供技術(shù)和支持，即設(shè)備精確定位與智能導(dǎo)航?？刂茖觿t是大腦，負(fù)責(zé)整個(gè)智能開采過程的調(diào)度和控制，是系統(tǒng)級(jí)支撐平臺(tái)。智能開采的流程1由控制層的智能調(diào)度和控制平臺(tái)通過對(duì)礦山資源儲(chǔ)量、地質(zhì)情況分析，結(jié)合地下生產(chǎn)進(jìn)度等一系列因素，編制出合理的開采計(jì)劃。2基于開采計(jì)劃，通過傳輸層給各個(gè)裝備下發(fā)控制指令：何種裝備什么時(shí)間在哪個(gè)采場(chǎng)執(zhí)行開采任務(wù)。3裝備執(zhí)行指令，控制層會(huì)實(shí)時(shí)通過傳輸層采集當(dāng)前巷道的泛在信息及車輛的基本信息，用來判斷或隨時(shí)調(diào)整執(zhí)行層中各種裝備的下一步動(dòng)作。4重復(fù)第2步和第3步，直到整個(gè)階段性開采計(jì)劃順利完成。智能裝備在智能開采流程的所有工序中，執(zhí)行層采礦裝備的智能化和無人化顯得尤為重要。地下采礦設(shè)備為主要實(shí)現(xiàn)“鉆、爆、裝、運(yùn)”的工程車輛，即深孔鑿巖臺(tái)車、潛孔鉆機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、卡車和裝藥車。傳輸層和控制層的智能裝備即智能開采基礎(chǔ)系統(tǒng)平臺(tái)，主要包括定位與智能導(dǎo)航平臺(tái)、信息采集及通信平臺(tái)和智能調(diào)度與控制系統(tǒng)。這些智能裝備都是國(guó)家“863”計(jì)劃“地下金屬礦智能開采技術(shù)”項(xiàng)目中的重要研究成果。深孔鑿巖臺(tái)車該車應(yīng)用于高分段中深孔鑿巖。鑿巖臺(tái)車的無人化與智能化功能包括：遠(yuǎn)程操控及虛擬現(xiàn)實(shí)、自主行駛技術(shù)、自動(dòng)布孔定位功能以及智能鑿巖系統(tǒng)。智能潛孔鉆機(jī)在現(xiàn)有的采礦工藝中，超高分段、大孔徑深孔鑿巖時(shí)無法使用鑿巖臺(tái)車，這個(gè)時(shí)候就需要采用潛孔鉆機(jī)。潛孔鉆機(jī)的智能化集中體現(xiàn)在：自主行駛及炮孔定位功能，鑿巖參數(shù)自動(dòng)匹配及智能控制技術(shù)，深孔鑿巖防偏控制技術(shù)，多鉆桿存儲(chǔ)、自動(dòng)排序和防卡桿技術(shù)。地下智能鏟運(yùn)機(jī)鑿巖臺(tái)車與潛孔鉆機(jī)破碎礦石之后，該車?yán)苗P斗鏟削礦石，將礦石裝入鏟斗并運(yùn)送。鏟運(yùn)機(jī)的無人化和智能化主要包括：無人行駛功能、自動(dòng)稱重功能、定點(diǎn)卸載、故障自診斷和遠(yuǎn)程遙控等功能。地下智能礦用汽車地下礦用汽車是實(shí)現(xiàn)地下礦山無軌采礦的主要運(yùn)輸車輛，機(jī)動(dòng)、靈活、高效、經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)了生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，改善了礦山的回采工藝和運(yùn)輸系統(tǒng)，并向無軌開采綜合機(jī)械化發(fā)展，其智能化發(fā)展趨勢(shì)如下：為了節(jié)能和環(huán)保，采用雙動(dòng)力的電傳動(dòng)地下礦用汽車；無人駕駛技術(shù)；車輛巷道空間檢測(cè)、智能輔助駕駛、遙控運(yùn)行功能。地下智能裝藥車地下裝藥車是集原料運(yùn)輸、炸藥混制、炮孔裝填于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有結(jié)構(gòu)緊湊、自動(dòng)化程度高、適用范圍廣等特點(diǎn)。其智能化進(jìn)展包括：孔底的自動(dòng)探測(cè)功能；作業(yè)狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷；遙控尋孔及智能尋孔；遠(yuǎn)程無線遙控行駛及完全無人駕駛等功能。定位與智能導(dǎo)航平臺(tái)定位與智能導(dǎo)航平臺(tái)由精確定位系統(tǒng)和智能導(dǎo)航系統(tǒng)兩部分組成。精確定位系統(tǒng)能夠給出地下礦用車輛定位參考點(diǎn)的位置及車體姿態(tài)信息，為礦用車輛完成智能導(dǎo)航任務(wù)提供支撐條件。智能導(dǎo)航系統(tǒng)由路徑規(guī)劃和路徑跟蹤兩個(gè)關(guān)鍵模塊構(gòu)成，路徑規(guī)劃模塊負(fù)責(zé)根據(jù)調(diào)度指令給出礦用車輛的導(dǎo)航路徑；路徑跟蹤模塊負(fù)責(zé)控制礦用車輛沿著規(guī)劃路徑自動(dòng)行駛到目標(biāo)位置。智能調(diào)度與控制系統(tǒng)智能調(diào)度與控制系統(tǒng)作為地下金屬礦智能開采系統(tǒng)智能化的軟件平臺(tái)和管理中心，對(duì)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣和成敗起著十分重要的作用。圍繞地下金屬礦生產(chǎn)調(diào)度與過程控制的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)倉庫的可視化智能調(diào)度與控制。目前，依托項(xiàng)目研發(fā)的一些技術(shù)已經(jīng)在礦山取得應(yīng)用，如地下通信技術(shù)由北京礦冶科技集團(tuán)有限公司礦山所研發(fā)了固定式無線基站、移動(dòng)式無線基站及車載無線終端等產(chǎn)品；傳感器技術(shù)由礦山所研發(fā)了三維激光掃描儀等產(chǎn)品；車輛的遠(yuǎn)程遙控技術(shù)及相關(guān)車輛設(shè)備已經(jīng)逐步進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，如北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司研發(fā)的遙控鏟運(yùn)機(jī)、炸藥所研發(fā)的遙控裝藥車等，這些設(shè)備在山東黃金集團(tuán)有限公司三山島金礦投入試驗(yàn)運(yùn)行。

下一階段，研究團(tuán)隊(duì)將針對(duì)“深部采礦過程現(xiàn)場(chǎng)全面無人化作業(yè)”這一核心主題，繼續(xù)研制開發(fā)基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)無人采礦智能裝備的集群控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)鑿巖、支護(hù)、裝藥、鏟裝、破碎、無軌及有軌運(yùn)輸?shù)?類智能無人采礦裝備集群控制，同時(shí)支持采裝運(yùn)多臺(tái)無人采礦裝備的集群化協(xié)同作業(yè)；進(jìn)一步開發(fā)出井下無人作業(yè)安全控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采場(chǎng)、斜坡道及運(yùn)輸巷道等生產(chǎn)區(qū)域的安全管理，可管理多個(gè)安全區(qū)域；形成無人采礦增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與集控一體化平臺(tái)，全面支持無人采礦生產(chǎn)模式的組織與實(shí)施。為什么要研發(fā)智能采礦？深部開采的難點(diǎn)主要在于如何平衡經(jīng)濟(jì)性與安全性。一方面由于深部開采對(duì)通風(fēng)、地壓、支護(hù)、提升、降溫、裝備等環(huán)節(jié)要求更高，也更復(fù)雜，導(dǎo)致總體利潤(rùn)下降，必須采用更大規(guī)模、更智能、更高效和更精細(xì)的采礦技術(shù)與裝備，才能確保企業(yè)具有足夠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。另一方面，在深部礦體開采中，常因高地壓和開采擾動(dòng)，導(dǎo)致巖移、冒頂、片幫甚至巖爆等地壓災(zāi)害，直接威脅開采作業(yè)中的人員設(shè)備安全。智能開采的最終目標(biāo)是依托礦山大規(guī)模無人裝備、智能化系統(tǒng)、綜合優(yōu)化調(diào)度與生產(chǎn)管理，實(shí)現(xiàn)地下礦山的經(jīng)濟(jì)、安全、高效開采。

在地下金屬礦智能開采技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家已進(jìn)行了多年實(shí)踐，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，芬蘭、瑞典、加拿大等礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家就先后制定了“智能化礦山”和“無人化礦山”的發(fā)展規(guī)劃。但是中