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地下金属矿智能开采技术与装备
2018-04-09
地下金属矿智能开采技术与装备——北京矿冶研究总院张达报告
地下金属矿智能开采 技术与装备 张达 博士 副所长 北京矿冶研究总院 北京矿冶研究总院 提 纲 智能采矿的必要性 智能采矿的总体架构 核心技术及创新成果 智能采矿的应用案例 无人采矿技术展望 BGRIMM 一、智能采矿的必要性 矿山 架构 u 自动化程度不高 u 系统独立 u 开采条件恶化 u 功能重叠 矿石 技术 u 品位降低 u 兼容性低 u 价格波动 u 前瞻性差 人员 装备 u 安全事故激增 u 自动化程度低 u 安全标准提高 u 智能性不足 北京矿冶研究总院 BGRIMM 一、智能采矿的必要性 l前瞻性的顶层设计 l跨平台的支撑技术 l智能化的井下装备 l可持续的技术革新 北京矿冶研究总院 BGRIMM 一、智能采矿的必要性 u 地下金属矿智能开采技术 ü矿山泛在信息采集与无线通信技术 ü矿山智能化采矿爆破技术 ü矿山无轨车辆智能化控制及导航制导 技术 提高我国 矿山智能 化技术水 平 “ 地下金属矿智 能开采技术” ü车辆高精度定位技术 ü矿用三维激光扫描系统 ü矿用高精度主被动结合微震监测系统 ü形成适应金属矿山的专用智能化仪器 提升矿山 安全监测 装备水平 加快矿山智能感 知产品转化 ü形成矿山三维建模与仿真、智能控制 与调度、数值模拟与分析、虚拟现实 多层次软件体系 实现企业 全面信息 化 加强智能化数据 分析与服务建设 北京矿冶研究总院 BGRIMM 一、智能采矿的必要性 u 智能矿山产业技术创新战略联盟 北京矿冶研究总院 BGRIMM 二、智能采矿的总体架构 北京矿冶研究总院 BGRIMM 二、智能采矿的总体架构 优化顶层设计 综合技术支撑平台 智能化装备 资源整合,整体布局 可靠高速,互通互联 高效作业,优化生产 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 意义 Ø 采空区探测是进行空间数字化 、 安全监测、空间处置以及空 间评估的前提 Ø 很多地下采空区无法进入,成 为矿山重大安全隐患,急需探 测后治理 采空区顶板冒落 Ø 采矿作业中的必要反馈环节, 对爆破效果评估、残矿回收、 二步骤回采意义重大 BLSS-PE采空区扫描 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 一、立项背景 u 现状 Ø 三维激光扫描技术具有非接触、高效、精度高等特点,非 常适用于地下矿山环境下的高精度三维形态测量 Ø 国外技术成熟、产品丰富,但是专门针对矿山地下空间探 测的产品,仅有CMS和C-ALS适用 Ø 性价比、售后服务 Ø 专用扫描需求 不 足 Ø 缺乏与矿山需求的 针对性解决方案 Ø 技术壁垒 加拿大CMS 英国C-ALS 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 三、主要技术内容 u BLSS-PE Ø 系统由扫描主 机、控制器、 延长杆、坐标 传递系统、设 计软件等组成 Ø 具有自主知识 产权,打破国 外技术垄断, 填补国内空白 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 一、立项背景 u 扫描演示 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 应用 用于矿山采空区、巷道、溜井、凿岩硐室等地下空间的三维 形态测量,实现采空区大变形及岩壁垮落的监测,采场超爆 、 欠爆分析,二步骤回采矿柱形态分析,溜井破坏与堵塞分 析、巷道验收等多种用途。 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 性能对比 BLSS-PE 英国C-ALS 加拿大CMS .5-300m 0.5-150m 0.15m-200m 性能参数 扫描范围 距离分辨率 数据采样速率 扫描角度 激光安全等级 精度 0 1 mm 1cm 1mm 500/s 2000/s 240/s 360*320 360*180 360*290 一级 2cm min 一级 一级 ± ±5cm ±2cm 5 30min 6min 扫描时间 接口 无线/有线 无线/有线 无线 PDA/PC PC PDA 远程操作 空间分辨率增强 辅助采矿设计 IP等级 支持 有 不支持 无 不支持 无 IP66 IP65 IP65 5 .3Kg 5.9Kg 3.5h 5.4Kg 主机重量 北京矿冶研究总院 BGRIMM 1 0hꢀ 6h 电池时间 三、核心技术及创新成果 一三、立主项要背技景术内容 u 核心技术 等步距扫描 1   k ( al)  (bl)  (cd) 自适应空间分辨率扫描 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 一三、立主项要背技景术内容 u 核心技术 Ø 基于Kd-Tree的激光扫描点云数据滤噪方法 Ø 缺失节点和稀疏区域的增补方法 Ø 多站数据拼接与协同建模 Ø 盲区识别与圈定方法 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 一三、立主项要背技景术内容 u 核心技术 Ø 提出了基于八叉树对比搜索的序列扫描数据配准算法 Ø 解决了形变区域识别和提取的方法,结合地压及地质数据, 分析地下采空区稳定性 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 安徽金日盛矿业周油坊铁矿 铜陵有色集团安庆铜矿 西藏华泰龙有限公司甲玛矿 紫金矿业阿舍勒铜矿 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 意义 Ø 空间未知坐标快速测量 Ø 作为矿用三维激光扫描测量系统的 有效补充,可对不便进入区域进行 快速空间扫描 Ø 可由一个空间已知点进行测量 Ø 对于快速空间点位测量和形态获取 提供了高效手段 Ø 便携式操作,人机交互界面好 Ø 适应矿山恶劣环境 便携式炮孔坐标定位 装置 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 工作原理 设备固定 参数设置 姿态获取 空间点测量及姿态补偿 三维成图 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 核心技术 Ø 基于单个参考点的姿态高精度计算 Ø 在线姿态快速补偿技术 Ø 三维展示技术 Ø 钻孔设计及优化技术 Ø 防护等级达IP65,适用于井下恶 劣条件应用 Ø 重量轻,一个工作人员即可使用 Ø 测量精度高,1mm测距精度, 0 .01°姿态补偿 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 性能及特色 Ø 单人可测量和应用 u便携式、操作简单 u快速测量和展示 Ø 良好的人机交互界面 Ø 实时坐标测量 Ø 实时空间模型内坐标展示和标记 Ø 较高的产品防护性能 u矿山应用 u功能可扩展 Ø 接口和功能可扩展,可用于多种测量用途, 如扫描补偿、坐标标记等。 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 意义 u 经济意义 Ø 炮孔参数实测 Ø 优化爆破设计 Ø 爆破效果分析 u 技术意义 Ø 解决磁性矿山中的炮孔测量技术难题 Ø 炮孔类型、实际孔深、孔偏斜量、方位等炮孔 信息的实时获取 Ø 精度高,可实现快速便捷测量 BDMS传感器 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 工作原理 Ø 炮孔信息、三维路径展示 Ø 对控制器的操作控制 Ø 采场多炮孔信息存储 Ø 爆破效果分析 Ø 二次爆破装药量设计 Ø 为校准操作提供稳定平台 Ø 炮孔孔深数据测量 Ø 传感器的运动控制 Ø CAN总线通信和无线 通信 Ø 炮孔角度测量 Ø 炮孔类型判断 Ø 到达孔底判断 Ø CAN总线通信 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 核心技术 uBDMS炮孔路径解算方法 u效果展示 BDMS炮 孔方位测 量软件 炮孔测量的三维路径 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 性能及特色 Ø 孔深测量误差≤3cm Ø 炮孔倾斜测量误差≤0.2° u精度高 Ø 实时角度信息测量 u操作快速 u应用广泛 Ø 单个炮孔测量时间≤5min Ø 磁性、非磁性环境中均可使用 Ø 可搭载井下电视、超声波成像技术等确 定钻孔所在岩层层理信息、裂隙和破碎 等地质信息,开发功能更完善、适用环 境更广泛的钻孔测量仪。 u功能可扩展 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 现场试验 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 系统架构 北京矿冶研究总院 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 系统框架 Ø 人员定位 Ø CO及风速监测 Ø 地压监测 Ø 风机监测 Ø 避灾硐室监测 Ø 交通管制系统 Ø 尾矿库在线监测 Ø 自动化DCS软件 Ø 生产管理报表系统 Ø 矿山地质模型系统 Ø 其他系统 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 云计算柔性分级结构 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 云计算柔性分级结构 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 多维数据信息集成展示 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 应急救援综合调度管控 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 应急救援综合调度管控 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 u 报警联动 报警联动主体业务逻辑关系图 人员定位系统、视频监控系统、矿山地质模型系统、自动 化DCS系统、交通管制系统、应急指挥系统 例:地压报警联动 BGRIMM 联动 报警 实时 监测 报警 判断 声光 信号 邮件/ 短信 人 员 定 位 报 警 地 压 监 测 报 警 风 机 监 测 报 警 警 避 尾 矿 库 监 测 报 警 灾 硐 室 监 测 报 及 风 速 报 警 局域网/广域网 综合报警数据库 报警分析及三级报警 绝对阈值报警 相对分析报警 报警级别判断 声光报警 短信报警 红色报警 报 警 方 式 三 级 报 警 橙色报警 黄色报警 邮件报警 BGRIMM 三、核心技术及创新成果 北京矿冶研究总院 BGRIMM 四、智能采矿的应用案例 北京矿冶研究总院 BGRIMM 四、智能采矿的应用案例 北京矿冶研究总院 BGRIMM 四、智能采矿的应用案例 北京矿冶研究总院 BGRIMM 四、智能采矿的应用案例 北京矿冶研究总院 BGRIMM 四、智能采矿的应用案例 北京矿冶研究总院 BGRIMM 四、智能采矿的应用案例 北京矿冶研究总院 BGRIMM 四、智能采矿的应用案例 Ø 瑞典基律纳(Kiruna)铁矿 Ø 智利特尼恩特(El Teniente)铜矿 Ø 加拿大(Inco)国际镍公司 Ø 南非芬斯(Finsch)金刚石矿 Ø 澳大利亚奥林匹克坝(Olympic Dam)铜铀矿 Ø 芬兰奥托昆普(Otokumpu)公司 Ø 印尼Grasberg深部矿带 北京矿冶研究总院 BGRIMM 谢 谢! BGRIMM
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