施躍新，羅 春

(1.南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司， 江蘇 南京 210012；2.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦, 廣東 韶關(guān)市 512300)

0 概 述

目前國內(nèi)礦山大都采用原始的人工垂鉛測定法，即：測量人員把測量用的繩索丟入溜井井下，再把繩索拉上來，測量出放入溜井中繩索長度，把所測數(shù)據(jù)上報到礦生產(chǎn)調(diào)度中心。也有個別礦山采用自動垂鉛測定法設(shè)備，但因測量距離短(60～70 m)、檢測速度慢、檢測設(shè)備故障多，鉛錘易脫落、無網(wǎng)絡(luò)自動傳輸測量數(shù)據(jù)等原因而停用。其它多為采用超聲波及激光測距的方法，但都存在測量距離短、易受高粉塵和高潮濕的環(huán)境影響、易造成環(huán)境污染和人體傷害等問題。

“礦山井下溜井料位自動檢測系統(tǒng)”采用微波窄束測距技術(shù)，結(jié)合了激光和微波雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)，能滿足礦山井下灰塵多、濕度大、高水霧等惡劣環(huán)境中的可靠測距要求，同時由于測距波的波長相對較短，定向波束設(shè)計成接近同步波束，形成脈沖激光束效應(yīng)，因而在接收回波時可產(chǎn)生較明顯的回波時長和角度反饋，通過計算機(jī)軟件分析處理，可形成被測對象的回波圖形數(shù)據(jù)鏈，經(jīng)去偽濾噪等手段，準(zhǔn)確測量監(jiān)測點(diǎn)與被測物體之間的距離，從而達(dá)到對礦山井下溜井物料進(jìn)行高精度測繪的目的。

“礦山井下溜井料位自動檢測系統(tǒng)”可實(shí)時、自動檢測溜井料位的高度，節(jié)省大量人力物力，提高作業(yè)效率，有效避免井下人員安全事故的發(fā)生。并且適合常期工作在高潮濕、粉塵大等惡劣的環(huán)境中。對提高礦山生產(chǎn)自動化、信息化的管理水平具有重要意義。

1 系統(tǒng)的技術(shù)原理

1.1 微波測距的基本理論

微波測距技術(shù)就是利用電磁波窄束，對目標(biāo)進(jìn)行測向和定位。它發(fā)射電磁波對目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，經(jīng)過處理獲取目標(biāo)的距離、方位和高度等信息(見圖1)。

圖1 微波測距的基本原理

微波測距技術(shù)作為一種技術(shù)探測手段，具有白天黑夜均能檢測到遠(yuǎn)距離的較小目標(biāo)，不被云、霧所阻擋，具有探測距離遠(yuǎn)，測量目標(biāo)參數(shù)速度快等特點(diǎn)。因此，它不僅用于軍事，還可廣泛地應(yīng)用到民用事業(yè)和各項(xiàng)科學(xué)研究中。特別是近程高精度測距是民用微波測距的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。

1.2 系統(tǒng)的技術(shù)原理

采用微波窄束測距技術(shù)，結(jié)合激光和微波雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)，能滿足在灰塵多、濕度大、高水霧等惡劣環(huán)境中的可靠測距要求。同時由于測距波波長相對較短，定向波束設(shè)計成接近同步波束，形成脈沖激光束效應(yīng)，因而在接收回波時可產(chǎn)生較明顯的回波時長和角度反饋，通過計算機(jī)軟件分析處理，可形成被測對象的回波圖形數(shù)據(jù)鏈，經(jīng)去偽濾噪等手段，準(zhǔn)確測量監(jiān)測點(diǎn)與被測物體之間的距離，從而達(dá)到對物料進(jìn)行高精度測繪的目的。

為了克服高潮濕和放炮沖擊震動帶來的影響，探測裝置設(shè)計安裝位于溜井頂部，采用高強(qiáng)度密封金屬外殼，用來克服高潮濕和放炮時的碎石沖擊和震動。采用自動舵機(jī)掃描對溜井井底進(jìn)行多點(diǎn)探測，結(jié)合計算機(jī)軟件分析，解決井底不規(guī)整反射面和反射角問題，以求得實(shí)時工況的溜井礦石和廢石高度。通過光纖網(wǎng)絡(luò)，將此溜井礦石和廢石高度數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴V山生產(chǎn)調(diào)度中心的專用電腦上。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

整個系統(tǒng)由微波測距系統(tǒng)(傳感器)、光纖通訊系統(tǒng)、后臺檢測管理系統(tǒng)構(gòu)成。

2.1 微波測距系統(tǒng)構(gòu)成

微波測距系統(tǒng)由圖2所示的8個關(guān)鍵部分構(gòu)成。該系統(tǒng)通過發(fā)射偽隨機(jī)噪聲脈沖抑制環(huán)境中的背景噪聲。其中，雷達(dá)天線負(fù)責(zé)發(fā)射和接收微波信號，雷達(dá)天線由傳動機(jī)構(gòu)固定，并由傳動機(jī)構(gòu)控制自動調(diào)整雷達(dá)探測方位。雷達(dá)模塊將接收到的回波信號傳輸至信號處理模塊并由信號處理模塊對信號進(jìn)行解算分析。電源管理模塊負(fù)責(zé)給整個系統(tǒng)進(jìn)行電源分配，人機(jī)界面將系統(tǒng)的狀態(tài)信息、測距信息顯示出來。輸出接口模塊主要負(fù)責(zé)將系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)端端口，并提供遠(yuǎn)程燒錄程序的功能。

圖2 微波測距系統(tǒng)的構(gòu)成

本系統(tǒng)以微波窄束為測量介質(zhì)，能探測遠(yuǎn)距離的較小目標(biāo)，在測量深度時不僅能不受粉塵、水汽的影響，同時也能自動校準(zhǔn)雷達(dá)探測方向，對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)三維定位和距離測量。測量范圍為0～500 m，測距精度優(yōu)于0.5%，測距準(zhǔn)確度大于99%；系統(tǒng)功耗≤40 W，且系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，不受粉塵、光線、霧氣的影響；可自動掃描目標(biāo)，大大降低安裝要求，安裝方便快捷；防護(hù)等級為IP67；接口為RJ45，帶寬為100 M，協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP 協(xié)議；提供遠(yuǎn)程調(diào)試和燒錄接口，可遠(yuǎn)程修改系統(tǒng)參數(shù)。

2.2 光纖通訊系統(tǒng)

光纖通訊系統(tǒng)是通過光纖和光纖收發(fā)器，將井下溜井測距傳感器的檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心系統(tǒng)檢測計算機(jī)。

2.3 后臺檢測管理系統(tǒng)

后臺檢測管理系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集軟件、后臺服務(wù)器數(shù)據(jù)庫和web系統(tǒng)監(jiān)控主界面。

(1) 啟動測深數(shù)據(jù)采集軟件，啟動后自動進(jìn)入正常測量料位高度采樣工況，全過程無需人工介入，采樣時間可以在后臺服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中設(shè)置。如果后臺和井下測距傳感器連接失敗，信息框會顯示“設(shè)備連接失敗”，則檢測連接硬件，如串口等硬件設(shè)備。采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)入后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，并顯示在web系統(tǒng)監(jiān)控的主界面上。數(shù)據(jù)采集軟件還可以實(shí)時手動采集當(dāng)前礦位高度，采集到的數(shù)據(jù)不顯示在web系統(tǒng)監(jiān)控主界面，只顯示在采集軟件中。

(2) 后臺服務(wù)器數(shù)據(jù)庫可以設(shè)置采樣的時間且儲存數(shù)據(jù)采集軟件每天、每班采集的各個溜井?dāng)?shù)據(jù)，主界面可通過日報查詢隨時從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出所需數(shù)據(jù)。

(3) 主界面顯示功能：在后臺監(jiān)控軟件中將井下檢測到的溜井料位高度按礦方提供的換算比例換算成礦量顯示在主界面上。主界面中有日報查詢、對比查詢、綜合查詢和參數(shù)配置4項(xiàng)功能。

3 結(jié) 論

該系統(tǒng)在南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司-318 m水平中段5#、6#溜井進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。已在深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦-160 m中段4#、5#溜井,-360 m中段盲主井，-500 m中段1#高溜井、4#溜井、5#溜井成功應(yīng)用(見圖3、圖4)?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，網(wǎng)絡(luò)化礦石溜井料位自動檢測系統(tǒng)可自動反映溜井料位的情況，減少了測量人員下井次數(shù)，節(jié)省大量人力物力，提高了作業(yè)效率，有效避免下井人員安全事故的發(fā)生，對提高礦山生產(chǎn)自動化、信息化的管理水平具有重要意義，具有明顯的社會及經(jīng)濟(jì)效益。

圖3溜井傳感器現(xiàn)場安裝圖4后臺檢測管理系統(tǒng)