阅读说明：本技术 一种露天矿山精确铲装系统及方法 (Accurate shovel loading system and method for surface mine ) 是由 钟小宇 徐振洋 李小帅 孙厚广 徐冬林 李纯阳 衣瑛 崔志平 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种露天矿山精确铲装系统及方法,露天矿山精确铲装系统包括远程计算机、爆堆品位采集系统、收发式无线通信模块、铲斗定位模块、矿岩量测定模块、图像识别系统和处理器。本发明通过计算机内置的地质数据库生成软件,将无人机测得的爆堆三维坐标数据与炮孔化验品位进行结合计算,形成爆堆品位数据库,经由收发,式无线通信模块发送至电铲,通过铲斗定位模块对铲斗斗齿的坐标进行计算,并匹配爆堆品位数据库得到每一铲斗矿石品位,通过矿岩量测定模块计算出铲斗内矿岩重量,通过图像识别系统对铲斗内矿石进行成像,经由图像处理软件处理,得到每一铲斗矿石块度分布情况。解决了露天矿山供矿质量不稳定的问题,提升了矿山精细化生产水平。(The invention relates to an accurate shovel loading system and an accurate shovel loading method for an open-pit mine. According to the method, the three-dimensional coordinate data of the blasting piles measured by the unmanned aerial vehicle and the testing grade of the blast hole are combined and calculated through geological database generation software built in a computer to form a blasting pile grade data base, the blasting pile grade data base is sent to the electric shovel through a receiving and sending wireless communication module, coordinates of bucket teeth of the bucket are calculated through a bucket positioning module and matched with the blasting pile grade data base to obtain the grade of each bucket ore, the weight of the ore rocks in the bucket is calculated through an ore rock quantity measuring module, the ore rocks in the bucket are imaged through an image recognition system, and the grade distribution condition of the ore block degree of each bucket is obtained through image processing software processing. The problem of unstable mineral supply of open mine is solved, the mine production level that becomes more meticulous has been promoted.)

一种露天矿山精确铲装系统及方法

技术领域

本发明涉及采矿工程领域，矿山机械领域，具体涉及一种露天矿山精确铲装系统及方法。

背景技术

在露天矿山开采中，矿石的块度与品位直接影响着机械破碎与选矿环节的效率与成本。保证生产过程中矿石块度、品位与产量的稳定，是所有采选联合企业在生产管理中最为关心的问题。在传统的铲装作业过程中，生产管理者通常用钻孔的化验品位标定爆堆矿石的品位，但由于***产生的抛掷作用，钻孔品位数据无法准确反映铲装工作时的品位问题；而且生产管理者常用出矿与排岩车次估算当日产量状况，这对产量的掌握也显然是不够精准的；而对矿岩块度的评价更是仅仅依据作业者的直观判断得出，这种人工估算的方法误差较大，无法满足精确铲装作业要求。如何在铲装作业环节确定矿石品位、出矿量(排岩量)、矿石块度，进而实现铲装作业精确控制，一直是国内矿山研究的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种露天矿山精确铲装系统及方法，其功能完备、信息化程度高，能够对电铲每一铲斗矿石的品位、重量、块度进行计算分析，提高了电铲精确铲装能力，有利于降低矿石贫化与损失率。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明的一种露天矿山精确铲装系统，其特征在于：包括远程计算机、收发式无线通信模块、矿岩量测定系统、铲斗品位采集系统、图像识别系统和处理器。

所述远程计算机内置光谱分析软件和图像处理软件；

所述矿岩量测定系统包括一组磁敏式传感器，永磁铁、两个压阻式传感器，其中一组磁敏式传感器为通过螺丝钉固定在电铲操作台控制杆凹槽处的三个霍尔传感器，永磁铁安装在电铲操作台控制杆上，两组压阻式传感器分别安装在电铲基座支撑轴两侧；

所述铲斗品位采集系统包括用于测量电铲铲斗光谱图像的光谱成像仪，光谱成像仪安装在斗杆与铲斗衔接处，拍摄范围覆盖铲斗整个轮廓，光谱成像仪有用于避免设备损坏的防护装置；

所述图像识别系统包括工业相机和摄像照明灯，工业相机安装在斗杆与铲斗衔接处，拍摄范围覆盖铲斗整个轮廓，摄像照明灯安装在工业相机的上方，工业相机与摄像照明灯均有用于避免设备损坏的防护装置；

所述处理器安装在电铲操作室内，所述的光谱成像仪、工业相机、压阻式传感器和磁敏式传感器通过数据线分别与处理器电性连接；

所述的处理器通过收发式无线通信模块与远程计算机中心以无线通信方式进行数据传输。

作为优选，所述的处理器包括多组I/O接口、A/D转换器、与A/D转换器相连的数据收集模块、与数据收集模块相连的CPU和与CPU相连的存储模块。

作为优选，所述的收发式无线通信模块包括无线通信模块I和无线通信模块Ⅱ，无线通信模块I与远程计算机连接，用于接收电铲发送的光谱图像和矿石照片，用于发送电铲品位数据；无线通信模块Ⅱ与处理器相连，用于接收由远程计算机发出的电铲品位数据和发送光谱成像仪拍摄的光谱图像和工业相机所拍摄的矿石照片。

本发明的一种露天矿山精确铲装方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：在电铲进行工作时，操作台控制杆底部磁敏式传感器，用于采集电铲铲臂开始工作和回旋的数据，主要用于分析电铲工作是否开始与完成，对光谱图像和矿石照片的拍摄进行配合。

步骤二：利用光谱成像仪在铲臂回旋结束与开斗之前，对铲斗内矿石进行拍摄，并将光谱图像传输至处理器，再经由收发式无线通信模块发送至计算机中的光谱分析软件，对铲斗内矿石品位进行统计。

步骤三：利用两组压阻式传感器测量电铲铲装过程中的数据增量，配合磁敏式传感器，对两组数据求平均值测量出电铲一次的铲装矿岩量，进一步掌握作业区生产情况；

步骤四：利用工业相机在铲臂回旋结束与开斗之前，对铲斗内矿石进行拍照，并将相片传输至处理器，再经由收发式无线通信模块发送至计算机中的图像处理软件，对铲斗内矿石块度进行统计。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、利用安装在电铲底盘支撑轴的压阻式传感器和控制杆底部磁敏式传感器的配合，可以准确计算装载矿岩量，便于生产管理者掌握铲装工作情况。

2、利用光谱成像仪和成像分析软件对铲斗内矿石进行光谱分析，可以准确掌握每一铲斗矿石品位，有利于实现矿岩品位控制、精确铲装。

3、利用工业相机对电铲铲斗中的矿石进行拍照，经过图像处理后可以获得每一铲斗的矿石块度分布情况，此方法更加精细的掌握整个爆堆块度分布情况，有助于***效果的改善。

4、本发明弥补了目前矿山生产管理对于电铲铲装作业监控的不足，有效精准的掌握铲装矿石的品位、重量、块度信息，有助于控制铲装过程中的品位问题，可配合车辆运输调度优化矿石质量的控制。

附图说明

图1是本发明的露天矿山精确铲装系统框图。

图2是本发明系统安装在电铲上的示意图。

图3是本发明系统磁敏式传感器装置结构示意图。

附图标记说明：

1—远程计算机；1-1—光谱分析软件；1-2—图像处理软件；2—收发式无线通信模块；3—矿岩量测定系统；3-1—磁敏式传感器；3-2—压阻式传感器；4—铲斗品位采集系统；5—图像识别系统；5-1—工业相机；5-2—摄像照明灯；6—处理器；7—电铲操作台控制杆；8—凹槽；9—永磁铁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1-图3所示，本发明包括远程计算机、收发式无线通信模块、矿岩量测定系统、铲斗品位采集系统、图像识别系统和处理器。

所述远程计算机1内置光谱分析软件1-1和图像处理软件1-2；

所述矿岩量测定系统3包括一组磁敏式传感器3-1，永磁铁9、两个压阻式传感器3-2，其中一组磁敏式传感器3-1为通过螺丝钉固定在电铲操作台控制杆凹槽8处的三个霍尔传感器，永磁铁9安装在电铲操作台控制杆上，两组压阻式传感器3-2分别安装在电铲基座支撑轴两侧；

所述铲斗品位采集系统包括用于测量电铲铲斗光谱图像的光谱成像仪4，光谱成像仪4安装在斗杆与铲斗衔接处，拍摄范围覆盖铲斗整个轮廓，光谱成像仪4设有用于避免设备损坏的防护装置；

所述图像识别系统5包括工业相机5-1和摄像照明灯5-2，工业相机5-1安装在斗杆与铲斗衔接处，拍摄范围覆盖铲斗整个轮廓，摄像照明灯5-2安装在工业相机的上方，工业相机与摄像照明灯均设有用于避免设备损坏的防护装置；

所述处理器6安装在电铲操作室内，所述的光谱成像仪4、工业相机5-1、压阻式传感器3-2和磁敏式传感器3-1通过数据线分别与处理器6电性连接；

所述的处理器6通过收发式无线通信模块2与远程计算机1中心以无线通信方式进行数据传输。

本发明所述的处理器6包括多组I/O接口、A/D转换器6-1、与A/D转换器6-1相连的数据收集模块6-2、与数据收集模块6-2相连的CPU6-3和与CPU6-3相连的存储模块6-4。

本发明所述的收发式无线通信模块2包括无线通信模块I21-和无线通信模块Ⅱ2-2，无线通信模块I与远程计算机1连接，用于接收电铲发送的光谱图像和矿石照片，用于发送电铲品位数据；无线通信模块Ⅱ与处理器6相连，用于接收由远程计算机发出的电铲品位数据和发送光谱成像仪拍摄的光谱图像和工业相机所拍摄的矿石照片。

本发明的一种露天矿山精确铲装方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：在电铲进行工作时，操作台控制杆底部磁敏式传感器，用于采集电铲铲臂开始工作和回旋的数据，主要用于分析电铲工作是否开始与完成，对光谱图像和矿石照片的拍摄进行配合。

步骤二：利用光谱成像仪在铲臂回旋结束与开斗之前，对铲斗内矿石进行拍摄，并将光谱图像传输至处理器，再经由收发式无线通信模块发送至计算机中的光谱分析软件，对铲斗内矿石品位进行统计。

步骤三：利用两组压阻式传感器测量电铲铲装过程中的数据增量，配合磁敏式传感器，对两组数据求平均值测量出电铲一次的铲装矿岩量，进一步掌握作业区生产情况；

步骤四：利用工业相机在铲臂回旋结束与开斗之前，对铲斗内矿石进行拍照，并将相片传输至处理器，再经由收发式无线通信模块发送至计算机中的图像处理软件，对铲斗内矿石块度进行统计。

通过对矿山所有作业区电铲每一铲斗内矿石的重量、品位、块度进行统计，生产管理者可以实时掌握矿山采出矿石的质量状况，根据矿山生产要求及时进行作业调整。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。