《数字矿山概论》第8章-矿山数字通信与自动化解析优秀PPT.ppt

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1、第8 章 矿山数字通信与自动化平安工程学院20178.1 矿山数字通信技术矿山存在大量的多源异质的信息流淌，而且表现在矿山系统与外部环境之间，如电力供应、采矿设备、人力供应、矿产品的销售和市场等领域，均存在着各种信息的交换和流功。矿山井下作业环境恶劣、空间狭长、结构困难、电磁屏蔽性强、噪音大，系统通讯与自动操控困难。8.1 矿山数字通信技术 快速、精确、完整、清晰实时地采集与传输矿山井下各类环境指标、设备工况、人员信息、作业参数与调度指令，并以多媒体的形式进行地面井下双向、无线传输，是急需发展和推广 应用的数字矿山关键技术之一。矿山专用通信网矿山专用通信网 对于矿山系统而言，矿山专用通信网由矿

2、区以上通信网、矿区通信网和井下通信网组成。（1）矿区以上通信网：区以上通信网：是国家、各省（市、区）矿业管理部门和矿业集团之间的通信网。以煤炭专用通信网为例其矿区以上通信网络组织包括3 部分：以省（市、区）煤炭管理部门为中心连接所属矿业集团的数字微波通信网；以国家煤炭局为中心覆盖各省（市、区）煤炭管理部门和各矿业集团的卫星通信网：以国家煤炭局为中心连接部分矿业集团的短波通信网。(2）矿矿区通信网：是指区通信网：是指矿业矿业集集团团与其所属与其所属矿矿（厂）之（厂）之间间的的通信以及通信以及矿矿（厂）的地面通信网。（厂）的地面通信网。矿矿区通信网由区通信网由电话电话网、网、传传输输网、接入网、网

3、、接入网、计计算机数据算机数据传输传输网、网、调调度通信网、支撑系度通信网、支撑系统统和有限和有限电视电视网网组组成。成。(3）井下通信网：是指）井下通信网：是指矿矿山地面山地面调调度指度指挥挥机构与井下各机构与井下各环环节节的通信，以及井下各的通信，以及井下各环节环节之之间间的通信。它担的通信。它担负负着生着生产调产调度度指指挥挥、监测监测限制等信息的限制等信息的传传送任送任务务，对对保障生保障生产产与平安有着与平安有着重要的作用。井下通信重要的作用。井下通信应应达到以下基本要求：达到以下基本要求：矿矿井井调调度室与作度室与作业业点、点、岗岗位、以及个人都能无堵塞地通位、以及个人都能无堵塞地

4、通话话井下有关井下有关岗岗位之位之间间、人、人员员之之间间能相互通能相互通话话；发发生事故生事故时时，救灾人，救灾人员员能随能随时时与井下指与井下指挥挥点和地面点和地面调调度室度室进进行无堵塞通行无堵塞通话话。8.1.2 8.1.2 井工矿山的数字通信井工矿山的数字通信 井工矿山通信由有线通信系统、移动通信系统和各生产环节间的局部通信系统组成，包括：1.1.井下有线数字通信井下有线数字通信(1）载载波波电话电话通信系通信系统统：主要用于井下：主要用于井下电电机机车车的通信。的通信。载载波波电话电话在在矿矿井的井的应应用用时间较时间较早，早，为电为电机机车车的的调调度度发挥发挥着重要着重要作用。

5、但作用。但 由于其音由于其音质质、音量、音量较较差，差，难难以大量运用。以大量运用。(2）扩扩音音电话电话系系统统：该该系系统统主要主要应应用在采煤工作面、斜井用在采煤工作面、斜井运运输输、长长距离运距离运输输皮皮带带等部位。等部位。扩扩音音电话电话系系统为统为保保证证工作面工作面的正常生的正常生产产，皮，皮带带的正常运行起到关的正常运行起到关键键作用。作用。2.井下无线数字通信 目前，国内外矿山井下无线通信系统接受技术主要有：（1）漏泄馈电电缆：为使无线电频率传播到井下，必需以漏泄馈电电缆代替标准的地面无线系统，使信号有效地辐射整个矿井。电缆设计成“漏泄”信号，允许无线电信号从电缆漏泄，也允

6、许信号进入电缆。为补偿信号损失，可安装线路放大器和中继站。这些设备都须要配备备用的蓄电池。漏泄馈电电缆简洁受到外部的破坏，应接受铠装或埋入地下。(2）以太网技）以太网技术术：以太网是最广泛：以太网是最广泛应应用的一种接受特殊数用的一种接受特殊数据通信据通信协议协议（称（称为为TCP/IP）的局域网（）的局域网（LAN）技）技术术。(3)WiFi 技技术术：WiFi是英文是英文Wireless Fidelity（无（无线线保真度）保真度）的的缩缩写，写，接受接受IEEE8021.l1b.g 协议协议的无的无线线局域网（局域网（WLAN）技）技术术。(4)中中频频技技术术：中：中频频（300 kH

7、z 3MHz，），），这这些些频频率具率具有寄生有寄生传传播的播的现现象，象，频频率是在没有率是在没有专专用用电缆电缆的状况下模的状况下模拟拟漏泄漏泄馈电电缆馈电电缆的特性。的特性。目前，国内外研制目前，国内外研制 的几种井下无的几种井下无线线电电通信系通信系统统都利用都利用这这种特性。种特性。(5）蓝蓝牙技牙技术术(6）射）射频识别频识别（RFID）技）技术术(7)ZigBee 技技术术 在井下在井下发发生灾生灾难难事故后照旧保持通信系事故后照旧保持通信系统统能有效工作，能有效工作，是将来井下是将来井下 通信系通信系统统的追求目的追求目标标，对对于于矿矿山救援救助和山救援救助和抢抢险险指指挥

8、挥具有重要意具有重要意义义。8.1.3 露天矿山的数字通信 与井下矿山数字通信的特殊性与困难性相比，露天矿山的数字通信技术较为简洁。露天矿山的通信网主要由电话网、传输网、接入网、调度通信网、计算机数据传输网、无线移动通信网和矿区专用业务网等7 个网络组成。8.2 8.2 矿山自动化矿山自动化 采矿设备的自动化是提高矿山产量、降低生产成本、改善矿山 平安与生产条件，以及实现数字矿山和元人采矿的重要手段。采矿装备在实现无轨化和液压化的基础上，正在向大型化、集成化、智能化方向 发展。8.2.1 8.2.1 井工矿山的自动化井工矿山的自动化1.地下地下矿矿山的无人工作面山的无人工作面（1）无人采）无人

9、采矿矿 无人采无人采矿矿的定的定义义是：利用目是：利用目 前最先前最先进进的技的技术术如如矿矿山通山通信、自主定位、数字信、自主定位、数字设计设计、远远程程监视监视和遥和遥测测限制系限制系统统来自来自动动操操纵纵采采矿设备矿设备与采与采矿矿系系统统。其中，采其中，采矿矿工工艺艺包括自包括自动凿动凿岩、自岩、自动动装装药药与爆破、自与爆破、自动动装岩、自装岩、自动转动转运、自运、自动动卸岩和自卸岩和自动动支支护护等；无人采等；无人采矿矿的技的技术术基基础础是高速地下通信系是高速地下通信系统统和高精度地下定位定向系和高精度地下定位定向系统统（要求（要求达到毫米达到毫米级级）。）。(2）无人工作面）

10、无人工作面 针对针对中国中国矿矿井地井地质质条件的困条件的困难难啊，以啊，以综综合利用煤炭合利用煤炭资资源源和科学采和科学采矿为矿为以以则则，提出，提出现现代无人工作面的定代无人工作面的定义为义为：在工作：在工作面平安面平安专专家系家系统统的疼惜下，通的疼惜下，通过过有有线线或无或无线线方式方式远远程限制关程限制关键键生生产设备产设备，监测监测其工况，利用割煤其工况，利用割煤设备设备的自主定位与自的自主定位与自动动导导航技航技术术、煤岩自、煤岩自动识别动识别技技术术、液、液压压支架支架电电液限制技液限制技术术、刮、刮板板输输送机自送机自动动推移技推移技术术、工作面自、工作面自动监动监控控监测监

11、测技技术术、井下高、井下高速双向通信技速双向通信技术术和和计计算机集中限制技算机集中限制技术术等，自等，自动动完成割煤、完成割煤、移架、移刮板移架、移刮板输输送机、放煤和送机、放煤和顶顶板支板支护护等生等生产产流程，并流程，并动态动态优优化作化作业业程序，程序，实现实现工作面生工作面生产过产过程自程自动动化、采煤工化、采煤工艺艺智智能化、工作面管理信息化以及操作的无人化，能化、工作面管理信息化以及操作的无人化，仅仅当当设备设备出出现现故障故障时时，修理人，修理人员员才会到达工作面，从而确保高才会到达工作面，从而确保高产产、高效和、高效和平安生平安生产产。2.地下地下矿矿山的自山的自动动运运输输

12、系系统统 地下地下矿矿山的自山的自动动运运输输主要由两部分主要由两部分组组成，即成，即带带式式输输送送机、自机、自动动运运输输汽汽车车系系统统和自和自动动提升系提升系统统。带带式式输输送机送机负责负责将开采面、掘将开采面、掘进头进头开采下来的裂开开采下来的裂开矿矿石石从工作面运到井底从工作面运到井底车场车场；自；自动动运运输输汽汽车车系系统统是是对带对带式式输输送机送机的的补补充，充，负责负责将大将大块块度的原度的原矿矿运到裂开站；自运到裂开站；自动动提升系提升系统负统负责责将裂开将裂开矿矿石从井底年石从井底年场场接接驳驳提升到地面。提升到地面。(1）带带式式输输送机送机 带带式式输输送机具有

13、送机具有长长距离距离连续输连续输送、送、输输送量大、运行牢靠、送量大、运行牢靠、效率高和易于效率高和易于实现实现自自动动化等特点，已成化等特点，已成为为目前我国煤目前我国煤矿矿井下井下原煤原煤输输送系送系统统的主要运的主要运输设备输设备。带带式式输输送机送机长长运距、高运距、高带带速、大速、大总总量、大功率的方向量、大功率的方向发发展，展，已成已成为为国内国内带带式式输输送机的探送机的探讨讨和开和开发发的的热热点。点。国外带式输送机的技术特点和发展趋势主要表现在以下几个方面：向大型化和高速化方向发展不断完养驱动技术：利用液粘传动理论研制的液粘可控启动装置可以限制输送机的启动速度和加速度；变频调

14、速驱动装置可以干脆限制输送扭矩。接受多点驱动技术：该技术的应用，使带式输送机的单机输送长度在理论上不受限制。实现在线监测和实时监控：输送机运行速度、运行功率、输送带撕带、载荷分布和加载量限制、火灾监测等。加强对主要元部件的探讨：张紧装置、高速托辊、高效清扫装置、高强度输送带方面。国内外矿山主要带式传造机佳能比较(2）自）自动动运运输输汽汽车车系系统统 矿矿山自山自动动运运输输汽汽车车系系统统主要用于非煤主要用于非煤矿矿山井下下运山井下下运输矿输矿石到裂开站。由于石到裂开站。由于带带式式输输送机基本上不能运送机基本上不能运输输未未经经裂开的原裂开的原矿矿，因此，自，因此，自动动运运输输汽汽车车可

15、以提高运可以提高运输实输实力和运力和运输输效率。自效率。自功运功运输输汽汽车车与与连续连续装裁机相装裁机相结结合，依据自合，依据自动动方式运方式运输输大量大量矿矿石，可大幅提高运石，可大幅提高运输输效率。效率。(3）自）自动动提升系提升系统统 矿矿井提升系井提升系统统担担负负着着矿矿石、矸石的提升以及人石、矸石的提升以及人员员、物料、物料的运的运输输，是，是矿矿山生山生产经营产经营的关的关键环节键环节，按，按矿矿山开拓方式分山开拓方式分竖竖井提升和斜井提升两种模式。井提升和斜井提升两种模式。8.2.2 露天矿山的自动化露大矿山 自动开采最重要的环节是实现露天采矿设备的集成化状态监控、定位和自动

16、限制。一般地，露天矿山自动化开采系统由以下部分组成：(1）机载监测、限制和（卫星）定位系统；(2）具有预先支配实力的生产限制系统；(3）综合、实时更新的数据库系统，可供操作、生产、维护或管理人员随时存取；(4)开放式结构的矿山模拟系统和矿山GIS；(5）基于信息反馈限制的矿山 综合规划系统；(6）足够响应度和带宽并便于扩容升级的双向移动通信网路GPSGPS技术技术 在上述系统中，采矿设备的定位技术是关键。露天矿山运行的每台车辆均须要以精确的定位数据实现路由支配、导向和避开碰撞，CPS 技术能使露天矿的年辆实现遥控和自功化作业。CPS 供应的精确定位数据能够在炮孔定位时为钻机导向、限制和测量电铲

17、的坡度（高程）。若要得到高精度的厘米级定位，还需配置差分GPS(DGPS）。GPS 技术在露天矿中的应用大体上可分成3 种：测量应用；车辆和固定设备的定位，包括钻机、电铲、汽车、帮助车辆和加工处理设备：设备导航和限制，包括生产钻机和自动车辆导航时的实时定位。8.3 8.3 采矿机器人采矿机器人 采矿机器人（Mine Robot）属于非制造环境下的特种机器人，也可称机器人化的采矿机器。采矿机器人技术是提升 矿山工程机械化、自动化水平的重要手段，是代替人类从事有毒、有害且紧急环境下采矿工作的重要工具。8.3.1 8.3.1 地下采矿机器人地下采矿机器人(1）特殊煤）特殊煤层层采掘机器人采掘机器人对

18、对于薄煤于薄煤层层等特殊状况，通等特殊状况，通过过采掘采掘设备设备加装智能限制加装智能限制单单元构元构成的遥控机器人成的遥控机器人进进行特殊煤行特殊煤层层的采掘。的采掘。(2）凿凿岩机器人岩机器人具有机器人特征的半自具有机器人特征的半自动计动计算机帮助算机帮助凿凿岩台岩台车车和全自和全自动凿动凿岩岩台台车车，也就，也就凿凿岩机器人。岩机器人。利用利用传传感器来确定巷道的上感器来确定巷道的上缘缘，自自动动瞄准巷道裂瞄准巷道裂缝缝，然后把，然后把钻头钻头按按规规定定间间隔布置好，随隔布置好，随时时依依据岩石硬度据岩石硬度调调整整钻头钻头的的转转速和力的大小以及速和力的大小以及 钻钻孔的形孔的形态态。(3）井下）井下喷浆喷浆机器人机器人(4）瓦斯、地）瓦斯、地压压巡巡检检机器人机器人(5）抢险抢险救灾机器人救灾机器人