CN107780938B - 一种实现露天矿挖掘设备控制矿石出矿品位的方法 - Google Patents

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Abstract

本次公开一种实现露天矿挖掘设备控制矿石出矿品位的方法，涉及露天矿采矿领域，利用安装在挖掘机上的两个高精度定位装置和两个角度检测装置，结合智能车载终端的初始化值，通过计算挖掘机的旋转中心及铲臂与平台连接轴点，结合铲臂角度值，准确计算出铲斗的坐标值，结合与地质数据库进行无缝对接的品位控制管理软件生成的电子任务单，实现铲斗高精度定位及指定作业区域精确匹配，准确指导挖掘机生产作业，实现有效的矿石出矿品位控制。该方法改变了传统的矿山挖掘机生产管理模式，解决了已有方法精度不能保证品位及品位控制不完善的问题。为矿山配矿及生产调度提供有力的手段和依据，提升了采矿生产管理的精细化水平和自动化水平。

Description

一种实现露天矿挖掘设备控制矿石出矿品位的方法
技术领域
本案涉及露天矿采矿领域，具体涉及一种实现露天矿挖掘设备控制矿石出矿品位的方法。
背景技术
品位控制是矿山生产中的重要控制指标。矿石品位指单位体积或单位重量矿石中有用组分或有用矿物的含量。在矿山开采中根据物料、矿石品位等划分作业区域，挖掘机必须在规定的区域内作业。传统的矿山管理通常对作业区域控制不规范，对挖掘机缺乏有效的管理，将高品位矿石当作低品位开采，矿石排到土场，岩石卸载到矿石破碎站等问题时有发生，导致配矿结果不理想，造成贵重品位矿石浪费等。由此引发的贫化是矿山急需解决的问题。
现有技术是在挖掘机上安装定位装置实现设备的定位，一般为低精度，只能实现对设备的粗略位置定位监控，少数安装高精度定位装置，该方法是安装一个高精度定位装置，挖掘机体态庞大，无法定位到铲斗定位精度不够而导致实际挖掘位置误差很大。对作业区域管理，传统的模式是在工作面采用拉线、插旗的方式分割作业区域，品位控制不完善，无法确保挖掘矿石的品位准确性及配矿比例，生产计划部门的地质管理软件无法与定位监控系统实现良好对接。
发明内容
本方法提供一种实现露天矿挖掘设备控制矿石出矿品位的方法，利用智能车载终端(6)采集安装在挖掘机上的两个高精度定位装置A点(1)、B点(2)和安装在铲臂上的两个角度检测装置J1(7)、J2(8)的值，计算挖掘机旋转中心O点(3)及大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)的坐标，从而准确计算铲斗Q点(9)的三维坐标，结合与地质数据库进行无缝对接的品位控制管理软件生成的电子任务单，实现铲斗Q点(9)高精度定位及指定作业区域精确匹配，准确指导挖掘机生产作业，实现有效的矿石出矿品位控制。
利用智能车载终端(6)采集安装在大臂(12)和小臂(13)上的角度检测装置J1(7)和J2(8)的俯仰角，结合角度检测装置J1(7)与大臂(12)之间的夹角和角度检测装置J2(8)与小臂(13)之间的夹角计算铲斗Q点(9)三维坐标的高程值，再结合挖掘机旋转中心O点(3)及大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)与铲斗Q点(9)之间的空间关系，计算铲斗Q点(9)平面坐标的，最终求得铲斗Q点(9)的三维坐标为。
计算铲斗Q点(9)三维坐标中的高程值是根据已知大臂(12)的长度b1及角度检测装置J1(7)和大臂(12)之间的夹角，采集的角度检测装置J1 (7)的俯仰角，将N点(11)向大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面做垂线，得到交点H点，NH的长度为N点(11)到大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面的高度，利用公式，求得N点(11)到大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面的高度NH，MN在大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面上的投影长度为d1，同理，求得铲斗Q点(9)到大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面的高度QH，NQ在大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面上的投影长度为d2，大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)的坐标高程值，加上NH和QH的高程差，求得铲斗Q点(9)的三维坐标中的高程值。
计算铲斗Q点(9)平面坐标的是根据在空间坐标系中，O点(3)、M点(10)和Q点(9)在一条直线上，利用已知O点(3)、M点(10)的坐标，求得铲斗Q点(9)的直线方程，再结合MN在大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面上的投影长度为d1和NQ在大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面上的投影长度为d2，根据M点(10)和Q点(9)两点之间的距离公式，得铲斗Q点(9)的平面坐标。
与地质软件实现无缝对接的品位控制管理软件导入品位区域数据及边界点后，划分矿山挖掘机的工作区域，以电子任务单的形式将品位区域的货物类型、品位、高程、要求完成时间等信息下发到指定挖掘机的智能车载终端(6)，智能车载终端(6)提示司机生产计划，当挖掘机越界时，立即越界报警提示司机和生产管理者，铲斗Q点(9)高程的精确定位保证了挖掘作业面的平整性，系统自动形成挖空区，精确统计挖掘量和挖掘矿石品位，反馈计划完成情况，有效的实现矿石出矿品位控制。改变了传统的矿山挖掘机生产管理模式，解决了已有方法精度不能保证品位及品位控制不完善的问题。为矿山配矿及生产调度提供有力的手段和依据，提升了采矿生产管理的精细化水平和自动化水平。
附图说明
图1 高精度定位装置安装位置示意图；
图2 挖掘机角度装置安装位置示意图；
图3 挖掘机铲斗高程计算示意图；
图4 挖掘机铲斗平面坐标计算示意图；
图5 品位控制流程图；
图中：1为高精度定位装置A点（简称A点），2为高精度定位装置B点（简称B点），3为挖掘机旋转中心O点（简称O点），4为挖掘机驾驶室，5为挖掘机平台，6为智能车载终端，7为角度检测装置J1（简称J1），8为角度检测装置J2（简称J2），9为铲斗（简称Q点），10为大臂与挖掘机平台连接轴点（简称M点），11为大臂与小臂连接轴点（简称N点），12为大臂，13为小臂。
具体实施方式
在挖掘机驾驶室(4)后侧安装智能车载终端(6)，尽量远离水和油污。高精度定位装置A点(1)、B点(2)安装在挖掘机平台(5)上的任意位置上，尽量远离铲臂和避免强震动。A点(1)、B点(2)不能重合，两点之间的距离尽量大。将A点(1)、B点(2)通过馈线连接至智能车载终端(6)，馈线采用防水、耐磨、阻燃的工业级同轴电缆。A点(1)、B点(2)安装的位置要避免遮挡，以保证接收卫星信号。角度检测装置J1(7)和J2(8)安装在铲臂侧面，尽量避免油污。
初始化A点(1)、B点(2)、J1(7)和J2(8)。初始化时将挖掘机稳定的停放在水平地面上，记录A点(1)、B点(2)的坐标，通过高精度测量设备测量得到挖掘机旋转中心O点(3)及大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)的坐标。将O点(3)坐标平移为(0,0)，得到初始化挖掘机坐标系统O'-x'y'。角度检测装置J1(7)和J2(8)安装完毕后，记录角度检测装置J1(7)与大臂(12)之间的夹角和角度检测装置J2(8)与小臂(13)之间的夹角。
首先计算瞬时挖掘机旋转中心O点(3)坐标和大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)的坐标。挖掘机作业时的瞬时坐标系统O-xy是大地坐标系统。O'-x'y'与O-xy之间的旋转角度为δ。根据已知的初始化坐标系统下A点(1)、B点(2)、O点(3)的坐标值和瞬时坐标系统下A点(1)、B点(2)的坐标值，将初始化坐标系统进行偏移转换，使O点(3)为，将已知值带入坐标转换方程，得到以下等式：
求得，，，。即瞬时挖掘机旋转中心O点(3)坐标。同理，计算出大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)的坐标。
利用智能车载终端(6)采集安装在大臂(12)和小臂(13)上的角度检测装置J1(7)和J2(8)的俯仰角，结合角度检测装置J1(7)与大臂(12)之间的夹角和角度检测装置J2(8)与小臂(13)之间的夹角计算铲斗Q点(9)三维坐标的高程值，再结合挖掘机旋转中心O点(3)及大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)与铲斗Q点(9)之间的空间关系，计算铲斗Q点(9)平面坐标的，最终求得铲斗Q点(9)的三维坐标为。
在智能车载终端(6)上显示铲斗Q点(9)的瞬时坐标，智能车载终端(6)将瞬时坐标与下发的品位控制任务单进行对比，判断是否越界且是否与生产任务一致，指导司机作业，实现有效的矿石出矿品位控制，解决了品位控制不当造成的诸多问题，为矿山配矿及生产调度提供有力的手段和依据，稳定了生产工艺，为矿山带来可观的经济效益，提升了采矿生产管理的精细化水平和自动化水平。

Claims (3)

1.一种实现露天矿挖掘设备控制矿石出矿品位的方法，其特征是利用智能车载终端(6)采集安装在挖掘机上的两个高精度定位装置A点(1)、B点(2)和安装在铲臂上的两个角度检测装置J1(7)、J2(8)的值，计算挖掘机旋转中心O点(3)及大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)的坐标，从而准确计算铲斗Q点(9)的三维坐标，结合与地质数据库进行无缝对接的品位控制管理软件生成的电子任务单，实现铲斗Q点(9)高精度定位及指定作业区域精确匹配，准确指导挖掘机生产作业，实现有效的矿石出矿品位控制；
计算铲斗Q点(9)的三维坐标，是利用智能车载终端(6)采集安装在大臂(12)和小臂(13)上的角度检测装置J1(7)和J2(8)的俯仰角，结合角度检测装置J1(7)与大臂(12)之间的夹角和角度检测装置J2(8)与小臂(13)之间的夹角计算铲斗Q点(9)三维坐标的高程值，再结合挖掘机旋转中心O点(3)及大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)与铲斗Q点(9)之间的空间关系，计算铲斗Q点(9)平面坐标的，最终求得铲斗Q点(9)的三维坐标为。
2.根据权利要求1所述的一种实现露天矿挖掘设备控制矿石出矿品位的方法，其特征是：
计算铲斗Q点(9)三维坐标的高程值，是根据已知大臂(12)的长度b1及角度检测装置J1(7)和大臂(12)之间的夹角，采集的角度检测装置J1 (7)的俯仰角，将N点(11)向大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面做垂线，得到交点H点，NH的长度为N点(11)到大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面的高度，利用公式，求得N点(11)到大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面的高度NH，MN在大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面上的投影长度为d1，同理，求得铲斗Q点(9)到大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面的高度QH，NQ在大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面上的投影长度为d2，大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)的坐标高程值，加上NH和QH的高程差，求得铲斗Q点(9)的三维坐标中的高程值。
3.根据权利要求1所述的一种实现露天矿挖掘设备控制矿石出矿品位的方法，其特征是：
计算铲斗Q点(9)平面坐标的，是根据在空间坐标系中，O点(3)、M点(10)和Q点(9)在一条直线上，利用已知O点(3)、M点(10)的坐标，求得铲斗Q点(9)的直线方程，再结合MN在大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面上的投影长度为d1和NQ在大臂(12)与挖掘机平台(5)连接轴点M点(10)所在的水平面上的投影长度为d2，根据M点(10)和Q点(9)两点之间的距离公式，得铲斗Q点(9)的平面坐标。
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