物联网技术在金属矿山的应用思考

分析了中国金属矿山物联网建设存在的问题,提出了构建适应中国金属矿山特点的金属矿山物联网生态体系的理念,指出金属矿山物联网生态体系是实现矿山安全、高效、绿色、可持续发展的必然之路。介绍了国内外金属矿山物联网技术的发展现状。给出了金属矿山物联网生态体系的技术内涵及其架构,并从方案设计及系统建设,生产作业及数据应用,系统维护、优化控制及升级改造等环节阐述了金属矿山物联网生态体系建设的要点。

我国有色金属矿山智能化发展现状及思考

有色金属工业是制造业的基础产业之一,是实现制造强国的重要支撑。矿山开采是有色金属工业的上游传统产业,其发展质量直接影响行业发展。随着我国传统产业优化升级加速和新一代信息技术的飞速发展,有色金属矿山智能化发展成为必然趋势。为了解有色金属矿山智能化发展现状,本文结合书面及现场调研,分析了我国有色金属矿山面临问题、智能化发展现状及示范建设情况。通过分析发现,我国有色金属矿山智能化发展取得一定进展,但发展水平参差不齐,有待进一步提升。结合相关分析,从完善规范标准体系、做好顶层设计、建立试点示范等方面思考有色金属矿山智能化下一步发展。

智能矿山技术架构与建设思路

当前,全球矿业发展进入全新历史阶段,也面临着产品价格、生产成本、作业安全、从业人员等诸多挑战,发展智能化、无人化开采技术,建设智能矿山,是我国资源开发尤其是深部资源开采的必然选择。通过概述智能矿山的发展现状,总结了智能矿山的内涵,提出了两种典型智能矿山技术架构,对智能矿山建设的重点内容进行了梳理,并给出了建设思路与保障措施,为智能矿山建设提供了理论基础,对矿山进行智能化建设具有指导意义。

微震监测在高寒高海拔金属矿山的应用与实践

甲玛铜多金属矿海拔4000~5407 m,该矿存在着大量采空区,为防止井下采掘活动出现冒顶、片帮及矿柱破裂等动力灾害,有必要对其进行地压监测。而在对这种高寒高海拔金属矿山进行地压监测的研究非常罕见。本文应用微震监测技术对该矿进行地压监测,首先介绍了甲玛矿地质条件和围岩情况,接着描述了甲玛矿微震监测系统的结构与监测点位置,然后对监测数据进行微震数据分析和应力分布情况分析,掌握高寒高海拔金属矿山地压活动时空演化规律。

同步挤压小波变换在矿山微震监测系统中的应用

微震监测技术是一种保证矿山安全、高效、可持续发展的重要地压监测手段。矿山传感器获取的微震数据容易受到宽频带非平稳噪声的影响,导致微震监测缺乏可用的高质量数据。本文介绍了一种新的频谱分析方法——同步挤压小波变换,它提供了一种将数据同时分解到时域和频域的方法,且比小波变换等方法的时频分辨率更高,可以在时频谱上更为清晰地展示微震信号。同时,本文还比较了Morlet小波基和Bump小波基对微震波形的影响程度,并通过现场微震监测波形验证了Morlet小波基的相对可靠性。采用基于噪声水平的硬阈值滤波方法对其进行分别处理,结果表明,基于Morlet小波基的同步挤压小波变换在从原始数据中提取微震信号方面具有更大的实用价值,能够有效地提高信号的信噪比。

天马山硫金矿段高大型复杂空区群充填技术研究

根据天马山硫金矿段中深孔(或深孔)爆破落矿后形成的采空区体积较大、且空区之间存在相互贯通、空区形态复杂的特点,提出整体密闭分段多点充填工艺,并结合采空区的实际情况,通过充填挡墙受力分析,确定挡墙结构及厚度。采用空区悬挂脱水管的方式加快空区脱水,同时对空区排出的水经过沉淀后经排水沟排往水仓。根据充填工艺特点制定充填跑浆预防方案及充填过程中相应的安全措施。实践应用证明此工艺适合于该类型空区,效果较为理想。

复杂空区群残留矿体安全高效开采技术

可可塔勒铅锌矿7#矿体经历凌乱无序开采，留下大量不规则的残柱和大小不等、高低不一、形态复杂的采空区，空区间留有400多万t残存矿量，矿山面临着极为复杂的采空区隐患治理与残矿回采的难题。空区群处理从安全上要求一次必须崩落相当范围的空区，因而所采取的手段必须高效、实用。将空区群划分为若干大的回采单元，采用基于束状孔变抵抗线爆破技术的区域整体崩落手段，进行残矿的大量有序崩落和集中大量放矿，在消除采空区地压隐患的同时，最大限度地为企业回收残留资源。实践表明：采用基于束状孔变抵抗线爆破技术的区域整体崩落方式，是解决复杂空区群残留矿体安全高效回采的有效技术手段。

采空区三维激光扫描智能化监测技术研究与应用

研制出基于三维激光扫描技术的采空区智能化监测系统,实现空区无人自动化监测。系统通过导轨自动伸入空区测量,将采集的点云数据传输到地面控制中心,通过软件处理获得空区三维形态,将多期测量数据进行对比,分析空区相对变形状况。试验表明,系统可准确判断空区变形位置和体积,为采空区智能化监测提供技术支撑。

地下无轨采矿装备智能避障技术和方法研究

在分析现有无轨采矿装备避障技术基础上,开发了三维避障探测系统,提出了一种基于三维环境探测的地下矿山无轨采矿装备智能避障预警方法。介绍了该技术的背景,建立巷道探测模型,包括横向距离和纵向距离判断方法。将该方法应用于铲运机,证明了该方法在无人铲运机上的有效性和广阔的应用前景。

井下电机车轨道障碍物图像处理方法的智能识别技术

"绿色、安全、和谐、智能、高效"成为矿业可持续发展的时代要求,智能矿山的建设有助于提高产业的自动化和智能化水平。井下电机车无人驾驶是井下运输智能化无人技术应用的重要一环,轨道障碍物检测作为无人驾驶的关键技术,能够保障井下有轨运输的效率和安全。为了达到不同距离、不同位置轨道中间和两侧的人、设备、碎石的识别和预警的目的,分析电机车的运行条件,梳理轨道障碍物的类型,根据运输环境和计算机视觉技术,对电机车在井下运输过程中影响运行的轨道障碍物进行智能识别。结合传统图像处理方法的轨道定位技术,描述电机车轨道区域划分的方法。采用最新的深度学习目标检测算法YOLOv5,对影响电机车运行的诸多因素分析和判断,是图像处理在矿山智能化的创新应用。

黄山铜镍矿30~#矿体开采过程中地表开裂及上覆采空区顶板冒落规律研究

黄山铜镍矿30^#矿体开采过程中,上覆采空区顶板易大范围冒落并贯通地表。为掌握地表开裂及上覆采空区顶板冒落规律,建立并优化微震监测系统对其进行有效监测。分析可知,2019年5-6月地表附近微震事件出现3次突增现象,顶板破裂范围逐渐减少。微震事件有向32^#塌陷区及其东部发展趋势,地表与顶板之间有逐渐贯通趋势。基于微震事件分析地表岩体应力特征,为矿山的安全生产提供了技术保障。

普朗铜矿自然崩落法开采过程综合在线监测技术研究

自然崩落法采矿过程中,顶板冒落规律掌握、底部结构稳定性情况、地表沉降趋势监测及控制等,不仅关系开采过程人员和财产安全问题,更是决定自然崩落法能否成功用于普朗铜矿的关键。采用微震、三维激光扫描、TDR、钻孔电视、应力位移等技术,综合对普朗铜矿顶板冒落规律、底部结构变化情况、地表沉降实时显现进行在线监测,并通过统一平台对数据进行综合联动展示和分析。该综合在线监测技术应用,控制了崩落面和松散矿堆之间的高度,避免上覆矿岩大范围崩落产生空气冲击气浪;优化了拉底推进与底部结构开口之间的空间位置关系;解决了底部结构矿柱二次加强支护时机及措施选取问题;实现了地表稳定均匀沉降。综合在线监测技术在普朗铜矿得到很好应用。

黄山铜镍矿30~#矿体开采过程中地压监测系统的建立与应用

黄山铜镍矿30#矿体采用无底柱分段崩落法开采,井下围岩节理裂隙发育,围岩破碎明显,局部已出现片帮及冒顶。本文根据矿山岩体岩性、节理裂隙发育及实际开采情况,对监测方案进行了设计及优化,并建立了地压监测系统。通过对微震监测数据的处理与分析,研究基于微震事件岩体应力及变形的变化规律,为矿山的安全生产提供了技术保障。

基于WSN的多金属矿井下人机定位系统设计

综合运用超宽带通信(UWB)、高速工业以太网络、井下高精度地图及计算机三维展示技术,构建了多金属矿井下人员及车辆无线传感器网络定位系统。系统结合到达时间法(TOA)和卡尔曼滤波,实现了固定基站节点和移动传感器节点之间的精确测距;利用无线传感器网络定位模型,实现了井下人员和车辆位置信息的实时感知。系统可以实时掌握井下人员及车辆的时空分布,监控人员及车辆的运动轨迹,具有系统部署灵活、响应速度快、鲁棒性好的特点。

绿色矿山智能安防体系分析

随着绿色化、智能化时代的到来,矿山企业开始着力打造绿色智能矿山生产作业体系。其中,智能安防体系是绿色智能矿山建设的重要支撑之一。智能安防体系以物联网+5G通信网络为基础,采用软件技术层和装备层作为系统框架,实现智能安防在矿山领域的安全可靠应用。在构建智能安防体系过程中,矿山企业需要配套高速网络系统、智能监控系统和综合管理分析系统,从而实现危险品放置区域、危险作业区域、门禁等多方面智能化监控。目前,智能安防体系已在金属矿山领域实现应用。

矿山冶炼厂绿色智能应用研究

随着绿色化、智能化时代的到来,矿山企业开始着力打造绿色智能矿山生产作业体系。其中,智能冶炼厂是绿色智能矿山建设的重要支撑之一。智能冶炼厂基于工业互联网平台,建立“平台协同运营、工厂智能生产”的业务管理控制系统,实现装备智能化管控和安全可靠应用。目前,智能冶炼厂理念已在矿山企业得到实践。

电动铲运机无损智能化改造及应用实践

为了解决矿山采空区矿石回收利用及在恶劣环境下消除作业人员直接接触危险危害隐患等,远程遥控采矿技术应运而生,开展其相关研究和工程应用对于促进我国地下金属矿山安全、经济、高效开采意义重大。通过对山特维克LH514E电动铲运机进行无损化改造,在未破坏原车线路的同时,实现了远程遥控行走和出矿,可随时切换遥控远程和本地手动控制,达到本质安全,现场工程应用效果良好,出矿效率达到人工出矿的85%,智能化改造后装备利用率提高30%以上,同时对其他型号铲运机无损改造提供了借鉴意义。

微震监测技术在钨矿残矿回采过程中的应用

赣南地区钨矿残矿回采中,采空区分布复杂、地压显现等情况严重制约该区域残矿资源安全、高效回采。为明确残矿回采期间采空区围岩及底部结构地压显现特点,本研究在某钨矿残矿回采区域建立微震监测系统,监测残矿回采过程中采空区围岩体及底部结构微震活动的时空特征。研究表明,残矿回采过程中,微震事件矩震级主要集中在-4.2~-0.7,平均值为-2.1,微震事件释放的能量较小;采空区及底部结构累积视体积成核及视应力集中区域随着回采过程发生变化,31132矿体的回采使得附近31131矿体底部产生较多的微震事件,导致31131矿体底部结构区域应力发生较大集中,且应力集中区域随着回采过程发生动态移动。微震监测技术相比传统点式监测具有很大的优势,为后续残矿回采过程的采空区治理及底部结构加固提供技术参考。

基于传输层参数的矿山Mesh网络接入点选择算法研究

针对矿山开采过程网络受损等意外情况发生时的通信网络拥塞,导致视频、语音、指令等信息传输链路容易中断的问题,提出了一种用于矿山应急通信的的无线Mesh网络,从传输层研究网络的接入节点(Access Point,AP)选择算法。首先,以无线Mesh网络的端对端整体回传延时作为优化目标,通过传输层延时情况判断当前的传输链路是否中断或带宽严重下降的紧急情况。其次,引入临近AP广播选择机制(Broadcast Selection Mechanism of Adjacent AP,BSM-AP),使设备通信终端不需要预先关联AP即可计算不同AP的回传信息延时,降低系统测量与算法选择的开销。最后,使用模糊逻辑方法选择接入一个综合性能最优的AP迅速重传信息。通过高通样机平台上植入算法测试井下通信信息的传输成功率,试验结果表明:所提算法可以大幅降低关键救援信息的网络时延,并保证传输的可靠性。

基于微服务架构的企业服务总线在矿山行业应用的研究

立足于矿山企业综合生产系统数据传输的实际需求,为实现矿山生产中对不同业务应用系统之间的数据交换和监控、解决应用系统的数据传输互通与数据准确性问题,基于Mule定制开发企业服务总线系统。此平台旨在推动面向矿山企业系统智能化应用系统改造升级建设。Mule ESB是以Java为核心的轻量级企业服务总线和集成平台,允许开发人员快速便利连接多个应用。企业服务总线平台涵盖用户管理,资源管理,服务管理,数据传输监控等基础模块功能,抽象展示数据传输结果,创建了数据传输监控页面模块,并根据矿山企业管理需求,设计了业务系统接口服务管理等模块。通过搭建企业服务总线环境及开发业务功能模块,可以协助矿山企业全面掌控业务应用系统之间的数据交互,提高传输业务数据的准确性并监控多个业务系统数据传输,为矿山企业信息化建设提供了有力的基础支撑。