北斗鉆孔作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)：讓傳統(tǒng)鉆機“聰明”起來

文 | 李嶠 航天恒星科技有限公司

北斗系統(tǒng)，國之重器；北斗產(chǎn)業(yè)，國之大計。采礦產(chǎn)業(yè)，民之生計；鑿巖機械，工之利器。

我國既是能源儲備大國，亦是能源消耗大國，世界上已探明儲量的156種礦產(chǎn)在我國不僅儲量豐富，總儲量更是穩(wěn)居世界前三。若要實現(xiàn)礦物的高效開采必離不開鑿巖機械的幫助。如何使這些傳統(tǒng)的采礦設(shè)備更有效、智能地為人們服務(wù)一直是困擾我國采礦領(lǐng)域的一大難題。

有鑒于此，航天恒星科技有限公司（以下簡稱航天恒星）首先提出以北斗為基石，融礦業(yè)以共贏的創(chuàng)新理念，與新疆雪峰科技（集團）股份有限公司聯(lián)合研制出一套應(yīng)用于采礦領(lǐng)域的北斗高精度鉆孔作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)采礦方式的選點費時、尋孔費力問題，真正意義上實現(xiàn)了鉆機鉆孔深度和鉆孔速度采集和大數(shù)據(jù)累計。目前，該系統(tǒng)已建成并在新疆托克遜圣雄黑山煤礦投入使用。此舉標(biāo)志著北斗系統(tǒng)在采礦行業(yè)的應(yīng)用取得了又一突破性進展，也標(biāo)志著沿襲百年的傳統(tǒng)礦業(yè)生產(chǎn)管理模式正向著數(shù)字化、智能化、現(xiàn)代化邁進。

傳統(tǒng)采礦鉆孔過程中，現(xiàn)場爆破人員首先在爆破區(qū)域的每個爆破點位放置爆破標(biāo)記物，再由駕駛員駕駛鉆機在標(biāo)記物旁開始鉆孔。結(jié)束鉆孔后，孔深校驗員再將末端綁有石子的卷尺下放至孔底以驗證鉆孔深度是否達到要求。傳統(tǒng)方法的弊端十分明顯：1）鉆孔標(biāo)志物易受周圍各種不確定因素影響發(fā)生位移，從而導(dǎo)致預(yù)鉆孔位置與實際鉆孔位置發(fā)生偏差；2）由于每臺鉆機每天可鉆400～800個孔，孔深校驗員根本無法對每臺鉆機、每個鉆孔進行校驗，僅能對極少鉆孔開展抽測，因此每個鉆孔是否達標(biāo)仍存在較大不確定性；3）針對每臺鉆機鉆孔位置、深度和速度參數(shù)無法有效采集和累計，在不能根據(jù)鉆孔速度判斷各巖層厚度的同時，后續(xù)的智能混藥更加無從談起。

針對上述傳統(tǒng)方法存在的疑難問題，研制的北斗鉆孔作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)是基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)處理平臺的智能化監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)利用鉆孔作業(yè)監(jiān)控終端采集礦區(qū)內(nèi)每臺鉆機的鉆孔位置、鉆孔深度和鉆孔速度，通過人機交互系統(tǒng)輔助和引導(dǎo)駕駛員將鉆機駛向預(yù)鉆孔位置；當(dāng)鉆機接近預(yù)鉆孔位置時，人機交互平板APP軟件提醒駕駛員減速駕駛；當(dāng)達到預(yù)鉆孔位置時，軟件提醒駕駛員豎立滑架并開始鉆孔。輔助引導(dǎo)功能代替了傳統(tǒng)鉆孔方法的標(biāo)記物，有效避免了因現(xiàn)場各種因素導(dǎo)致的鉆孔標(biāo)記物位置變化，使預(yù)鉆孔位置更加精確。與此同時，利用大數(shù)據(jù)平臺下發(fā)鉆孔任務(wù)并及時查看每臺鉆機的實時位置、鉆孔位置、深度和速度。在作業(yè)工程中，平臺對不合格鉆孔自動高亮顯示并觸發(fā)報警，鉆孔校驗員通過平臺即可對每臺鉆機，每個鉆孔的位置、深度進行校驗，既極大減輕了校驗員的工作負擔(dān)，又有效提升了鉆孔校驗的真實性。最后終端對每臺鉆機、每個鉆孔的數(shù)據(jù)進行采集和上報，再利用平臺進行大數(shù)據(jù)分析，判斷出礦區(qū)各巖層硬度，針對不同硬度巖層使用不同配比的乳化炸藥，最終實現(xiàn)對乳化炸藥的差異化調(diào)配，節(jié)能增效，減小污染，為企業(yè)和社會帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

市面上商用的北斗終端在采礦領(lǐng)域應(yīng)用較為困難，技術(shù)人員在產(chǎn)品研發(fā)時就采取了針對性措施，具體表現(xiàn)為：1）礦山溫差大，以新疆礦區(qū)為例，托克遜黑山礦區(qū)夏冬兩季極限溫度上下限可達65℃和-40℃，普通工業(yè)級電子設(shè)備難以適應(yīng)如此惡劣的使用環(huán)境。針對于此，航天恒星技術(shù)人員在終端設(shè)計初期即開展寬溫應(yīng)用環(huán)境的可行性論證，全部采用寬溫化設(shè)計、選用寬溫化器件，并開展了一系列極限高低溫貯存/工作環(huán)境試驗，確保設(shè)備在礦區(qū)極限溫度下仍舊穩(wěn)定運行；2）力學(xué)環(huán)境嚴(yán)苛，目前采礦領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的鑿巖機械一般采用高風(fēng)壓回轉(zhuǎn)機，沖擊器也全部采用高風(fēng)壓快沖沖擊器，下鉆沖擊力強，機械滑架振顫強烈。針對于此，研發(fā)人員在設(shè)計機構(gòu)和工裝時全部采用抗振化設(shè)計并加裝減振裝置，再通過對結(jié)構(gòu)和工裝進行一系列模擬仿真和極限振動測試，確保設(shè)備的穩(wěn)定運行；3）24小時不間斷作業(yè)，除放炮作業(yè)外，礦山機械一般全天候24小時不間斷作業(yè)，因此設(shè)備在設(shè)計初必須充分考慮到長時間不間斷使用的特殊工況，即要求設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定工作時間不得小于720個小時。在設(shè)計過程中，航天恒星的研發(fā)人員通過對終端不斷地進行失效率統(tǒng)計和分析，得出設(shè)備連續(xù)工作一周的可靠度優(yōu)于96.44%，確保了產(chǎn)品在其壽命期間完全滿足礦區(qū)嚴(yán)苛的使用標(biāo)準(zhǔn)。

北斗鉆孔作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的成功應(yīng)用標(biāo)志著北斗正在加速其在采礦領(lǐng)域的行業(yè)化和規(guī)?；瘧?yīng)用，由原來的“高大上”轉(zhuǎn)為“接地氣”。航天恒星亦將以此為基石，逐步將北斗系統(tǒng)從一行一業(yè)拓展到各行各業(yè)，為全國人民打造北斗產(chǎn)業(yè)新天地，書寫北斗應(yīng)用新篇章。

裝備了鉆孔作業(yè)監(jiān)控終端的鉆機正在執(zhí)行鉆孔任務(wù)