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摘要：井下采矿是矿山开采中的重要一环，随着煤炭等资源需求量的不断增加，深部开采成为缓解资源供需紧张矛盾的主要渠道，也是采矿领域发展的趋势，而井下无人采矿则是采矿技术领域发展的主要方向。本文主要阐述了井下采矿面临的主要问题，以及井下无人采矿技术装备导航与控制中的几种关键技术。
关键词：井下无人采矿技术；装备导航；控制；关键技术
伴随人们安全意识的逐渐提高与科学技术的飞速发展，井下无人采矿被提出，无人采矿技术开始逐渐发展起来。所谓井下无人采矿技术就是利用计算机技术对井下作业进行操作与控制，实现井下的无人作业。目前，井下无人采矿技术装备导航与控制已积累了一些经验、数据，但整体技术水平还较低，还需要继续不断地研究与发展。
一、井下采矿面临主要问题
1.1总体技术水平不高
井下采矿存在诸多技术难点，虽然改革开放后采矿业技术进行了一系列改革，取得了较大的进步，但由于我国地形、地质构造复杂，且采矿逐渐向深部采矿趋势发展，导致现有井下采矿技术总体水平还处于较低状态，还有很大的上升空问。另外，在井下采矿技术的发展过程中，还受多种因素制约，如经济发展缓慢、缺乏具备创新能力、高强专业技能的先进人才，技术研究力度不够等J。与国外井下采矿技术相比，我国采矿技术处于滞后状态，不管是装备导航技术、地形感知技术还是采掘规划技术水平都低于外先进水平。因而总体看来，我国井下采矿技术水平较低。
1.2重大灾害事故发生较为频繁
井下采矿具有空气稀疏、通透性差、作业环境恶劣等特点，发生安全事故的可能性非常高，尤其是在安全措施不到位、安全防范意识不强的情况下。井下采矿发生的坍塌、漏水、瓦斯爆炸、失火等大量灾害事故表明井下采矿是一个灾害事故发生较为频繁的工作，而灾害事故诱发因素众多，包括自然因素、人为因素等…。灾害事故是井下采矿存在主要问题之一，要想减少灾害事故发生就必须提高安全生产意识，做好各项安全防范措施。但开发井下无人采矿技术才是解决井下灾害事故的根本途径。
1.3需求量大、资源大量浪费
为满足社会经济发展需要，人类对煤炭等资源的需求量日益膨胀，与此同时资源浪费现象日益加重，供需矛盾不断加剧。以煤炭资源为例，我国煤炭资源储藏丰富，应用范围广，与其他资源相比市场需求量更大，每年开采量也较大，但由于开采技术水平有限、开采人员和使用人员对资源的不重视等原因，使得煤炭资源被大量浪费，利用率非常低，没有得到充分有效的利用，是井下采矿迫切需要解决的一个难题。
二、井下无人采矿仿真技术装备控制关键技术
2.1采掘规划技术
采掘规划要决定如何最佳方式配置资源来完成采掘作业任务。避障技术也是规划的一部分。传统上。规划控制器的任务是确定一种可行的办法，用一套简单可行的动作将工作空间从初始状态转化到目标状态。浙江大学机械设计学研究所对于“基于知识的采掘机器人规划级控制”问题进行了研究，在挖掘机的路径规划和轨迹规划方面取得了重要研究成果。目前这种全自动化微机控制的液压挖掘机离商品化生产还有一定的距离。
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2.2地形感知技术
不同地区矿山地理地形不同、地质构造不同，土壤土质也不同，同一地区同一矿山不同深度地层构造也存在一定差异，可能是坚硬的黏性土也可能是松软的细沙土，还可能是不规则的岩石碎块、大粒径粗砂。即井下采矿作业会遇到各种各样的地质条件，面临不同程度的开采困难。为了降低地质、地形给井下采矿带来的困难，提高各种地质、地形井下作业的安全性，需要使用一种地形感知技术来对开采过程中的地形变化进行感知，随着井下采掘作业的不断进行，实时检测地质变化，实现采掘的全自动化，实现对地质构造的提前感知j。要想实现这一目标，就需要将计算机技术、超声波探测技术、数字技术等先进科学技术应用到采掘机中，使采掘机具备地形成像能力。目前，井下无人采矿地形感知所用工具主要是激光测距仪，辅助应用上述技术。
2.3采掘规划技术
所谓采掘规划技术就是指对井下无人采矿使用体积技术、采用体积挖掘方式、需要配置哪些装置设备进行设计、规划与部署的一项技术。最新研究将规避故障技术也纳入到了采掘规划的范畴，用以规避各种故障发生，保障采掘作业顺利进行。但采掘规划技术尚不够成熟，还在尝试与研究阶段，还未能在矿山井下开采中进行推广应用。
2.4运动控制技术
运动控制技术主要是对井下作业的各种机械设备、装置进行操控，通过按照事先规划好的路径实现装置自动化动作的一种技术。该技术是实现井下无人采矿装备导航与控制的一项重要技术，只有实现对装置的智能化操作与自动化运作，无人采矿才有可能实现。在井下采矿过程中，由各种零部件构成的采矿装置，如同执行器一样，可以按照设定的方式进行运作，实现全过程、全动作的自动化。目前美国一大学已研究出了全自动化运作的挖掘机，这种挖掘机整个作业过程全部采用自动装车的方式完成，安装有激光测距仪，在作业时可以随时测定挖掘机的位置，检测地面是否有障碍物，是目前全自动化水平较高的一种挖掘装置。
2.5井下装备导航定位与控制技术
移动机器人近几年发展非常迅速，且技术水平不断提高，其中激光雷达技术在移动机器人中的应用为井下无人采矿装备导航定位与控制技术的研发提供了依据和理论支撑。基于激光雷达的位姿估计技术正不断引起井下无人采矿技术装备导航定位与控制研究人员的注意，并开始尝试将激光雷达位姿估计技术应用到井下无人采矿技术之中，以实现无人采矿装备的导航定位与控制。由于井下作业可见度低、通透性差、光线暗，使得视觉系统、GPS系统的应用受到r一定限制，而基于激光雷达的位姿估计技术可以将位姿信息集成到其他激光雷达算法中，这样就较好的克服了井下作业的诸多弊端，实现了位置信息的的相对精确处理，并为井下装备导航设备定位与控制技术开发应用提供了可能。
结语
有效解决长期困扰我国采矿工业效率低下、安全露无保障的瓶颈问题，对推动采矿工业的良性发展具有积极作用，是矿业可持续发展的必然。无人采矿将一线劳动者从危险、艰苦、繁重、重复性的体力劳动中解放出来，因而可以带来巨大的社会效益。同时，可以打破发达国家在先进采矿设备研发与生产上的垄断地位，替代进口技术与产品，从根本上改变我国采矿设备生产工业技术落后的现状，使其更加具有国际竞争能力。井下无人采矿仿真技术平台的研究对矿床开采环境、设备参数、工况参数、工艺流程、行为参数以及信息传输与控制操作过程进行动态逼真的模拟，建立适应不同开采技术条件的虚拟无人采矿系统，得出不同采矿工艺条件下的无人采矿工艺指标，通过对工艺指标的技术经济分析和比较，得出技术上可行、经济上合理的无人采矿工艺，为矿山开采决策提供科学、合理的理论依据。为提高我国地下矿由采矿管理水平，优化采矿工艺，促进矿山的数字化建设，矿山生产自动化、信息化提供了强有力的工具，系统地、全面地研究开发无人采矿工艺平台，为我国矿山安全高效生产做出贡献。
参考文献：
[1]方新秋,何杰,郭敏江,等.煤矿无人工作面开采技术研究[J].科技导报,2008,26(9):56-61.
[2]卢义.浅析井下无人采矿技术装备导航与控制关键技术[J].能源与节能,2016(12):133-134.
[3]吴和平,吴玲,张毅,等.井下无人采矿技术装备导航与控制关键技术[J].有色金属(矿山部分),2007,59(6):12-16.
[4]卢炜.有关井下无人采矿技术装备导航与控制关键技术的研究[J].科技经济导刊,2015(7).
[5]徐龙滨.分析井下无人采矿技术装备导航及关键技术[J].科学中国人,2015(5Z).
论文作者:杨亮
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/2/26
标签：井下论文; 技术论文; 作业论文; 技术装备论文; 地形论文; 矿山论文; 关键技术论文; 《基层建设》2017年第33期论文;