張要賀,盛 佳,尹旭巖

深部大礦段連續(xù)開采工序與裝備時空協(xié)同系統(tǒng)*

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(zé)任公司，湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410012)

依托十三五國家重點研發(fā)項目“深部大礦段多采區(qū)時空協(xié)同連續(xù)采礦理論與技術(shù)”，針對深部礦床高應(yīng)力特殊開采環(huán)境，突破傳統(tǒng)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(qū)組成的大礦段為回采單元，采用智能采掘裝運設(shè)備和管控技術(shù)，將采切、鑿巖、爆破、出礦、充填等回采工序依次在回采單元內(nèi)的各采區(qū)連續(xù)協(xié)同推進，有效控制深部開采過程中的災(zāi)害風(fēng)險。圍繞深部礦床大礦段多采區(qū)協(xié)同作業(yè)連續(xù)開采新模式的科學(xué)問題，研究大礦段多采區(qū)集約化連續(xù)采礦生產(chǎn)過程調(diào)控技術(shù)，構(gòu)建大礦段連續(xù)回采工藝的協(xié)同調(diào)控模式，創(chuàng)新大礦段連續(xù)開采模式下的不同開采工序與裝備時空協(xié)同作業(yè)機制，進而研發(fā)出大礦段連續(xù)開采工序與裝備時空協(xié)同系統(tǒng)，為深部金屬礦集約化連續(xù)采礦提供理論與技術(shù)支撐。

深部礦床;大礦段連續(xù)開采;智能管控;時空協(xié)同系統(tǒng)

1 系統(tǒng)的架構(gòu)組成

構(gòu)筑再現(xiàn)深部特殊開采環(huán)境的大礦段多采區(qū)連續(xù)開采物理模型，輔以數(shù)值仿真技術(shù)，揭示不同采區(qū)布置形式、技術(shù)參數(shù)、回采順序條件下采場礦巖力學(xué)響應(yīng)機理[1]，運用專業(yè)軟件構(gòu)建深部大礦段多采區(qū)連續(xù)開采“透明采場”，優(yōu)化連續(xù)回采系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)[2]，形成新模式下連續(xù)開采工藝技術(shù)體系。

利用理論分析和數(shù)值反演技術(shù)，確定采區(qū)集中充填質(zhì)量控制指標(biāo)[3]；在實測主要采掘裝運設(shè)備功效基礎(chǔ)上，運用系統(tǒng)最優(yōu)化原理，實現(xiàn)鑿巖、爆破、支護、出礦、充填等各生產(chǎn)工序協(xié)同作業(yè)，優(yōu)化采掘裝運設(shè)備的協(xié)同配套方案，設(shè)計了深部大礦段連續(xù)開采工序與裝備時空協(xié)同系統(tǒng)[4-6]。

采礦工序與裝備時空協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)主要功能模塊包括采場基礎(chǔ)信息管理模塊、現(xiàn)有設(shè)備信息數(shù)據(jù)管理庫、井下設(shè)備智能監(jiān)控模塊、設(shè)備協(xié)同作業(yè)故障診斷模塊及設(shè)備自動調(diào)度模塊（見圖1）。

圖1 不同開采工序與裝備時空協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用Visual Basic(簡稱VB)軟件，編制系統(tǒng)的界面與程序。VB是一種在計算技術(shù)發(fā)展歷史上應(yīng)用得最為廣泛的語言，用于開發(fā)多媒體、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、圖形等方面的應(yīng)用程序，具有可視化的集成開發(fā)環(huán)境，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想，交互式的開發(fā)環(huán)境及高度的可擴充性等特點。

2 采場基礎(chǔ)信息管理及井下設(shè)備智能監(jiān)控 模塊

2.1 修改采場基礎(chǔ)信息和設(shè)備狀態(tài)信息模塊的功能

系統(tǒng)模塊運行時首先在人機界面顯示后臺數(shù)據(jù)表中所有的采場數(shù)據(jù)信息；操作人員可以添加或修改數(shù)據(jù)表中所有的數(shù)據(jù)記錄，添加或修改數(shù)據(jù)記錄后單擊一次保存按鈕即可更新所有數(shù)據(jù)，程序自動判斷是修改記錄還是添加數(shù)據(jù)；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(dǎo)入功能將采場信息一次導(dǎo)入，然后單擊一次保存按鈕即可將導(dǎo)入信息更新至后臺數(shù)據(jù)庫。

現(xiàn)有設(shè)備信息數(shù)據(jù)管理庫的功能與采場基礎(chǔ)信息管理模塊類似，可以使用相同的操作將設(shè)備的基本信息保存于數(shù)據(jù)管理庫。

圖2 系統(tǒng)主界面

井下設(shè)備智能監(jiān)控模塊主要通過井下移動設(shè)備定位系統(tǒng)對遠距離移動目標(biāo)進行非接觸式信息管理，實現(xiàn)對井下車輛在不同狀態(tài)（移動、靜止）或惡劣環(huán)境下的自動識別，從而實現(xiàn)目標(biāo)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(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊、自動控制等多學(xué)科技術(shù)應(yīng)用于一體，主要功能是對鑿巖、出礦、運礦、錨固等井下作業(yè)車輛進行管理，實時動態(tài)顯示車輛分部信息，并對分布信息進行管理，實現(xiàn)智能調(diào)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(chǔ)信息和設(shè)備狀態(tài)信息的程序

3 設(shè)備自動調(diào)度及故障診斷模塊

3.1 自動調(diào)度及故障診斷模塊的功能

設(shè)備自動調(diào)度模塊通過調(diào)用采場基礎(chǔ)信息管理模塊和現(xiàn)有設(shè)備信息數(shù)據(jù)管理庫的后臺數(shù)據(jù)庫的信息，在設(shè)備協(xié)同作業(yè)故障診斷模塊的輔助下，按照系統(tǒng)自動生成的各采場的工序執(zhí)行時間表自動調(diào)度采礦設(shè)備至相應(yīng)的采場（見圖3），其執(zhí)行過程通過井下設(shè)備智能監(jiān)控模塊實時顯示，并可保存回放。

圖3 設(shè)備自動調(diào)度流程

設(shè)備協(xié)同作業(yè)故障診斷模塊基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)故障診斷是近年來出現(xiàn)的一種新方法，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有處理復(fù)雜多模式及進行聯(lián)想、推測和記憶功能，具有自組織學(xué)習(xí)能力，非常適用于故障診斷系統(tǒng)，能克服傳統(tǒng)專家系統(tǒng)當(dāng)啟發(fā)式規(guī)則末考慮到時就無法工作的缺陷[9]。因此，將神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于過程檢測系統(tǒng)已成為一個非常活躍的研究領(lǐng)域。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強大的分類能力，進行故障模式的分類與學(xué)習(xí)，診斷出故障?？梢哉f，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是物理模型方法和數(shù)學(xué)模型方法的一個綜合，它可發(fā)揮兩者的長處，使故障診斷的范圍更寬，診斷準(zhǔn)確性更高（見圖4）。

圖4 系統(tǒng)報警信息記錄界面

3.2 采場作業(yè)工序及設(shè)備調(diào)度程序

4 結(jié) 論

本系統(tǒng)的特點是“自愈、安全、經(jīng)濟”，自愈—實時掌控整個調(diào)度系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)、快速診斷和消除故障隱患。在盡量少的人工干預(yù)下，快速隔離故障、自我恢復(fù)，避免影響系統(tǒng)中的其它設(shè)備的運行，提升系統(tǒng)的可靠性。并及時將故障信息上傳到數(shù)據(jù)庫，同時發(fā)送報警信號至人機交互界面。

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(2019-02-16)

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

“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFC0602901).