井下无人采矿技术装备导航与控制关键技术分析

杨建飞

（济宁矿业集团霄云煤矿，山东 济宁 272000）

随着科技水平的不断提升与人们安全观念的逐步增强，井下无人采矿被重视，因此无人采矿技术得以进步和发展。井下无人采矿技术是指通过计算机技术控制和操作井下生产，从而使无人化的作业完成。当今，国内在井下无人采矿技术装备导航与控制上累积了很多的数据、经验，然而综合技术能力不高，还需要持续地探究和发展。

1 井下采矿存在的问题

（1）煤矿灾害事故经常发生。井下采矿的显著特点是环境复杂、通透性不好、空气缺少等，因此非常容易出现安全事故，特别是在缺少安全防范措施的条件下，井下采矿会出现火灾、漏水、坍塌、瓦斯爆炸等一些灾害，实践证实，井下采矿这种比较频繁的工作会导致很多灾害事故的出现，而人为因素和自然因素是导致灾害的原因所在。井下采矿存在的一个显著问题是灾害事故。为此，想要降低灾害事故的出现率，务必增强安全生产观念，搞好安全防范对策，而井下无人采矿技术是处理这一问题的一种理想方式。

（2）存在严重浪费煤炭资源的现象。煤炭资源存在严重的浪费情况。尽管国内煤炭资源储存丰富，应用领域广，每一年的市场需求量和开采量都非常大，可是开采技术能力不高，因为开采者与使用者的不重视，导致浪费了很多的煤炭资源，即煤炭资源的应用率比较低，这也是井下采掘要求解决的一个现实问题。

（3）采矿的整体技术能力较低。井下采矿的难度较大，尽管当前的采矿技术不断进步和发展，可是因为国内地质结构和地形的复杂化，以及采矿逐步发展为深部采矿，这造成固有的井下采矿技术的整体能力比较低，依旧具备非常大的发展空间。除此之外，井下采矿技术的发展还受到一系列要素的影响，像是缺少技术研究能力、缺乏优秀的人才、缺少创新能力等，相比较于外国的井下采矿技术而言，国内的采矿技术依旧较为滞后，无论是装备导航技术，还是采掘规划技术和地形感知技术等，都不具备较高的水平。

2 井下无人采矿技术装备导航与控制的一些关键技术

（1）采掘规划技术。采掘规划重点是指规划和配置资源一种方式，也就是结合最为理想的配置资源的方式实现采掘效率的提升。传统的采掘规划技术是结合简单的动作与可行手段使初始状态的工作空间转化为目标状态的工作空间，如此的采掘规划技术缺少智能化与自动化水平，较难实现无人采矿的需要。为此，应实现采掘规划自动化与智能化水平的提升，从而能够全自动化地应用微机有效地控制挖掘机的轨迹，这样可以最终实现无人采矿的采掘规划需要。

（2）装备自动控制技术。基于不断发展的自动控制技术与智能技术，研究者愈加重视技术设备的自动控制，新形势下井下无人采矿技术的主导发展趋势是实现井下技术设备自动化控制能力的提升。其中，日本研制的一种井下无人采矿卡车统一了耦合脉冲激光校准制导系统以及GPS系统，在井下作业的过程中，如果卡车的行驶路线偏离了标准的路线，那么警告信息会由控制终端自动地进行接收，进而将控制指令发出，从而确保采矿卡车的正常运行，这样一来，实现了采矿自动化能力的大大提升。除此之外，井下采矿通讯技术也受到广泛的重视，结合通讯技术能够向地表控制室传输设备操作以及控制的数据信息，以使自动化控制的井下铲运机工作和装卸实现，以及可以实现铲运机远程诊断与监测，确保井下生产的安全性与稳定性。

（3）装备定位以及导航控制技术。可以说，井下无人采矿的基础保障是自动化设施，这就要求确保井下采矿设施有导航与定位的功能，结合自动导航实现装备的生产，进而使无人采矿实现。近年来，移动机器人行业中日益普遍地应用激光雷达，基于激光雷达，能够在其它算法当中实现位置信息的集成，在勿需过程标定的前提条件下可以跟踪与检测井下障碍物，这有助于井下采矿装备稳定性与精确性显著提升。在可见度小、空气较少、粉尘较多、缺少通透性的矿井下，视觉系统与GPS系统难以有效地进行控制与定位。应用电磁引导控制可以很好地处理此问题，能够结合低频引导电缆，以使电磁场形成，进而结合电磁传感器对移动的采矿设备进行正确与有效地引导，以及通过视觉信标导航系统进行装备的导航控制与自动定位。除此之外，还能够结合超声波传感器进行装备的导航控制与定位，可以结合超声波传感器测定井下巷道以及移动装备间的距离信息，进而结合分析的信息有效地控制移动装备的位置，这样一来，在路面上就可以实现装备的导航与定位，从而大大地提升了导航与定位的准确度。

（4）跟踪目标技术。想要确保井下无人采矿的理想化效果实现，应确保井下装备到相应的生产工作区域，这就务必准确地跟踪导航规划的线路，跟踪目标技术可以转换导航规划路径目标点为井下采矿装备的运行动作，然后再结合运动控制系统转换执行动作为控制信号，进而合理地控制装备。针对当今而言，基于无线射频的跟踪目标技术越来越备受重视，该技术结合射频手段使非接触的双向通信顺利实现，工作者可以对各种井下情况移动采矿装备的静止、跟踪移动等进行识别，且可以跟设备交换数据，如此的跟踪目标技术便于操作，具备较强的抗干扰性能与信号穿透性能，并且传输数据量小，不但可以实现定位跟踪的准确性，而且可以确保及时地通信。日本研制的井下矿石采掘轨迹自动跟踪控制系统，基于该系统的引导下，井下铲斗可以进行大角度路径的挖掘生产。而作为控制中心结合通讯模块而言，可以跟踪井下车的位置与运行情况，基于运筹理论，对井下车的优先级进行设置，且以此作为前提条件对其避让或者是运行情况进行自动化控制，确保了井下无人铲运的标准化与有序化开展。

（5）运动控制技术。运动控制的关键作用在于确保井下采矿装备根据设计的路径自主执行有关动作。纵观运动控制技术的本质而言，其属于执行器，其组成部分是若干移动部件，结合运动控制技术，可以确保周围环境跟一系列部件相符合的动作。在井下挖掘机中安装激光扫描测距仪，从而对卡车的位置进行自动地识别，且对土壤面的形状以及障碍物进行探测，从而根据运动控制系统对土壤的挖掘位置进行准确地确定，以自动化地控制挖掘机，最终保障挖掘机在卸载点与挖掘点间迅速、高效地生产作业。

（6）地形感知技术。井下生产环境恶劣，地形规则不一，往往会碰到各种特性的土层、砂岩等，尽管开采区域是连续的，可是铲斗也会碰到特性不一的土壤，想要使全自动化的采矿实现，务必注重地形感知技术的应用，基于推进采掘的影响下，其会对改变的地形环境进行感知，且生成图像，从而以此为根据实现开采的自动化控制。针对当今而言，地形感知技术一般包括视觉感知技术、激光测距仪、超声波技术等。

3 结语

综上所述，矿山开采中，井下采矿为关键性的一个环境，直接对开采结果产生影响。近年来，随着对煤炭等资源需求量的增加，深部开采作为主要手段受到人们的广泛关注，而深部开采的实现需要依赖无人采矿技术，因此，本文分析了井下无人采矿技术装备导航与控制的关键技术。在当前形势下，国内煤矿企业持续发展为深部开采，采矿的危险性增加、难度提高，而对于井下无人采矿技术装备导航与控制技术的研发、应用显得非常关键。尽管当前无人采矿技术的研发水平还比较低，像是装备导航控制技术和地形感知技术都比较稚嫩，可是基于持续研发的影响下，无人采矿技术能力会愈加提升，坚信在不久的将来，井下无人采矿技术装备导航与控制技术获得非常大的进步和发展，并且被普遍地应用于井下采矿工程中。