井下原矿检测自动化系统简述

刘跃峰

(鲁中矿业有限公司，山东 济南 271113)

0 引言

井下原矿品位无法直观判断，矿石和矿渣无法准确分离，一起提升到地面进行选别，造成资源的不合理利用。使用此系统，可以替代井下计量检测人员，实现自动检测，准确检测矿量和品位，有效指导生产，合理利用资源，降本增效。

1 系统概述

井下原矿检测自动化项目包含计量系统、信息化管理系统及监控系统三个子系统。

计量系统采用无人值守方案，并最大程度利用原有设备，节省成本。该方案无需现场操作，便可自动计量井下各工区的出矿情况。

信息化管理系统采用B/S架构设计，采用网页形式显示。从计量系统获取计量数据保存至数据库中，并根据用户需求进行修正和过滤数据、打印报表等操作，还可以在软件界面监控井下计量系统各硬件设备运行情况并在异常情况时报警。

监控系统可以实时查看或回放一段时间内矿车通过重车秤和空车秤的监控画面。

2 系统筹备

2.1 原矿检测自动化系统开发技术要求

1)标识卡；车头、车厢识别率≥99.5%；

2)体积检测重复性误差≤1.5%；

3)实现井下无人值守，数据自动传输。

2.2 检测流程设计

井下原矿自动检测流程设计，见图1。

图1 井下原矿自动检测流程设计

3 方案实施

3.1 主要硬件设备的安装调试

3.1.1 激光雷达

体积检测仪器在不断地更新换代，因激光方向性好，不易发散，采样频率高，更能真实反映实际的状态，故决定采用红外波段激光探测矿石高度。每个水平安装雷达一部，安装在重车秤后方8 m的巷道顶部，通过扫描计算，可以得到矿车中矿石的体积。

3.1.2 读卡器(RFID)

读卡器按工作频率分为低频、高频和超高频三种，根据其使用的场所不同，结合公司现场环境和自动化应用需求，选择支持较长读写距离和高读写速度的超高频读卡器每个水平安装读卡器两部，空车秤和重车秤各一，将井下每一台磨电车头对应读卡器的高度安装计量卡，使得矿车通过读卡器时，计量卡的信息被采集到，以确认矿车身份。

3.1.3 标识卡

百分之百动态读取成功是标识卡选择的目标，它直接决定着无人自动化后续方案的选择与执行。井下巷道作业环境不同于地表，存在粉尘、震动、磁场环境等影响因素，地表识别率高的标识卡在井下环境未必能够满足百分之百的识别要求。选择地表常用的一般射频卡和ETAG-T611抗干扰射频卡进行测试，测试数据见表1。

表1 标示卡测试情况统计表

结果一般射频卡成功率不能满足要求，因此选取抗干扰射频卡。

3.1.4 显示设备

使用LED显示屏实时显示数据,见图2，每个水平两块，分别安装在重车秤和空车秤后方，当矿车通过两秤后，即时显示相应的计量信息，方便矿车司机确认本列车的计量数据是否正常，读卡是否成功。

图2 LED显示屏实时显示数据

3.1.5 实时监控

网络摄像机每个水平两部，可在网络上查询实时监控画面及回放录像。重车秤安装在秤前方5 m的巷道顶部支架上，空车秤安装在秤后方8 m的巷道顶部支架上。

3.1.6 远程控制

网络继电器每个水平一台，在电流不超标的情况下，可以通过网络控制多路设备的电源，实现远程控制设备重启，排除故障。

3.2 软件系统的功能与调试

1)一列矿车经过重车测量点时，井下计量系统能完整接收到毛重数据；雷达能完整测量矿车体积数据并被井下计量系统接收；读卡器能正确识别安装在车头的计量卡信息；矿车完全通过雷达后，LED1显示屏能显示卡号、总体积、总毛重。同一列矿车经过空车测量点后，井下计量系统能完整接收到皮重数据，并根据计量卡号自动匹配毛重数据，形成完整记录后上传信息化管理系统；LED2显示屏能显示卡号、总净重。

2)计量系统采用模板识别的方式，通过比对激光雷达采集到的图像，可以判断通过电子秤的是车头还是车厢。如果未识别，将会在管理系统中进行二次识别，确保车头、车厢识别准确度99%以上。

3)无人值守情况下，必须能够识别矿车是否倒车，通过重量与体积检测数据上传的先后顺序，计量系统可以判断通过电子秤的矿车是否倒车。

4)列车停在重车秤时(雷达下)，计量系统中的体积测量模块检测到数据相同，判定为停车，并将停车部分数据删除保留有效数据。计量列车停在空车秤时，因没有雷达，计量系统无法自动识别列车是否已完成计量，当列车开始行驶后，计量系统将正常运行(记录并上传数据)。

5)称重得到的重量数据个数与激光雷达检测到的体积个数不符时，计量系统会正常记录与上传，将在管理系统中进行二次处理，车节数以体积个数为准进行匹配。

6)管理系统的重要功能之一就是查询检索，除了可以实时查看当日的井下计量数据，管理系统还可以按矿区、工区、水平、班次精确查询，或者按速度、日期、品位分类查询，也可以将全部条件结合在一起，实现万能查询。

7)管理系统中的“设备监测”栏，制作了-350、-450、-500三个水平的监测动画，包括重车秤、空车秤、激光雷达、重车读卡器、空车读卡器五个主要设备的实时状态监测，一旦哪个设备出现通讯异常，画面上代表设备的图案颜色会发生变化并闪烁，还会发出报警音进行提醒，方便操作人员及时处理故障。

8)管理系统中的“生产计量报表”里面，“实时产量数据”表可以查看井下的实时过秤记录，自动更新。还集成了“日报表”、“周报表”、 “旬报表”、 “月报表”、 “季报表”、 “年报表”，需要查询数据时，只要点进去即可看到(个别表需要选择日期或者年份)，方便了数据统计方面的工作。

9)管理系统中的“系统管理”界面集成了-350、-450、-500三个水平的网络继电器开关，登录后可以远程控制井下三个水平所有检测设备的电源，在出现故障时可以远程重启设备以排除故障。

经不断测试、发现问题、解决问题、再次测试，使得系统逐步完善，基本实现了井下三个水平原矿的检测自动化。

4 项目验收

4.1 功能性实现情况

井下原矿检测自动化系统功能测试情况，见表2。

表2 井下原矿检测自动化系统功能测试情况

4.2 技术指标完成情况

4.2.1 车头与车厢识别率

测试方案：随机抽取7月任意两天全天的测试数据。统计管理系统中单节车头与车厢信息；查看计量系统中的图像，人工识别车头与车厢信息，对比记录分析。(注：车头识别与车速有关，车速小于3 km/h与大于8 km/h的列车不统计。)抽取了2日测试数据，见表3。

表3 7.22日和7.31日测试数据

结论：前后磨电车头识别率100%，车节数识别率100%，合格。

4.2.2 体积精度测试

体积精度测试采用挂有5节矿车的列车进行6次重复测量，取正向行驶的测量结果。5节矿车分别为：2节空车、1节砝码车、1节半载车、1节满载车，测试结果见表4。

表4 体积精度测试

由表4可见，空车体积有负数也有正值，是因为井下车厢的尺寸不完全一致，加上长时间使用轻微变形导致与体积模型略有差值。由于空车真实体积太小，体积波动被放大，无代表性，未计算。

砝码车检测的平均体积为4.040 m3，人工计算得出体积为4.031 m3，差值为0.009 m3。体积波动为0.42%，精度较高。

半载矿车检测体积为2.744 m3，人工计算得出的体积为2.787 m3，差值为0.043 m3。由于基数小，体积波动较砝码车大，为1.24%，未超差(1.50%)。

满载矿车检测体积为3.859 m3，体积波动与砝码车相近，为0.52%。

4.2.3 体积重复性测试

体积重复性测试采用挂有4节矿车的列车进行6次重复测量，取正向行驶的测量结果，分别计算体积波动，并对新旧系统数据进行对比。4节矿车分别为：2节半载车、2节满载车。测试结果见表5～8。

表5 半载矿车1标定试验

表6 半载矿车2标定试验

表7 满载矿车1标定试验

表8 满载矿车2标定试验

由上表数据可知，体积测量重复性较好，体积波动均小于1.50%。

5 效益

5.1 节省人工成本

原来轨道衡重量品位检测岗位实施三班倒作业，计量人员共计19人，自动化控制及数据共享实施后，保留5人负责自动检测管理系统的维护、异常数据的审核，可节约14人的人工成本，按每人每年6 万元人工成本计算，每年可节约人工成本14×6=84万元。

5.2 节省打印及维护费用

自动化控制实现后每年节约的打印用品及维护费用3万元。

项目实施后每年可节省费用87万元。

6 结语

经过几个月的试运行，发现系统运行稳定，数据准确。该新系统易学易会，操作方便，信息传输能力强，不仅满足了生产需要，而且实现了井下无人值守，节省了人工成本，效益显著，同时实现了井下原矿检测的实时可视，值得在同类矿物自动化检测中推广应用。