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澳大利亚矿业行业转型与未来展望(三)
[发布时间:2021-06-09 浏览次数:208]

 5 矿山通讯技术的发展

 传统上,矿业行业是一个靠人力和机器驱动的行业,自动化改进了具有高风险的流程。然而,由于矿场的严苛环境对通讯技术的极大限制,矿业行业的自动化进展落后于其他行业。矿山通讯系统对生产管理和安全来说都十分重要。进一步来说,要通过数字化和自动化实现矿山优化应当优先考虑建立稳定高效的通讯网络平台。基于稳定的矿山通讯主干,建立系统化的矿山运营技术(OT)和信息技术(IT),能够预防事故发生并最大化产能。

 5.1 露天矿的通讯技术

 截至目前,使用UHF/VHF的双向无线电通讯系统是露天矿最常用的通讯手段。由于网络配置的便利性、通讯的可靠性和安全性,几乎所有露天矿都在使用这些无线电通讯。即使有了围绕矿山自动化运营系统构建的高性能通讯系统(如Wi-Fi或3G/4G/LTE),无线电通讯仍经常作为应急通讯系统运行。

 露天矿的自动化需要一个可以发送、接收通讯和数据的局域网,以及一个能够提供精确位置信息的定位系统。如图1所示,矿山的本地通讯网络通过光缆与相距较远的集成运营中心连接在一起。

图1 露天矿通讯网络框架的示例

 5.1.1 露天矿的本地通讯网络

 一座运营自动化运输系统的露天矿应配备性能可靠且能够维持一定数据传输速率的局域网。无人驾驶运输卡车上安装的操作系统与矿场运营中心和矿山集成运营中心相连接,对各种信息进行实时通讯,包括卡车的定位、用于卡车管理的各种传感器数据、每日更新的矿山地形和路线信息、以及其他矿山设备运营情况的信息。为实现这一目标,大部分露天矿地区的网络使用Wi-Fi(802.11信道)这种可以将数据传输速率维持在一定水平之上的高速通讯系统。最近,小松在FrontRunner自动化运输系统的运营中也开始使用商业化的私人长期演进(LTE)通讯技术。

 5.1.2 定位系统

 采矿设备的实时定位信息对于矿山设计,特别是基于周/日短期计划的现场运营来说非常关键。此外,由于错误的位置数据会增加发生事故的风险(包括ADS钻头开钻错误、对向行驶的无人驾驶运输卡车的碰撞、尾矿坍塌等),因此应当建立一套厘米级的精确定位系统。

 由于RTK-GPS方法可以确保厘米级的精度,在露天矿中非常实用,因此在矿业行业中得到了广泛应用。此外,也正在开发类似的定位系统,如Leica Geosystems公司的“Locate”。2011年,西澳大利亚的Bodington金矿对RTK-GPS和Locate的网络方案进行了对比,两个系统都达到了矿场的定位验收标准,即水平方向误差2.4厘米,垂直方向误差6.7厘米。

 5.2 地下矿的通讯技术

 地下矿的开发要通过受矿体分布和形态限制的开采通道。建造可靠的通讯设施对地下矿的产能和安全有着重要影响。能够顺利地传输声音、图像和数据的地下矿通讯系统可以分类为透地(TTE)、透线(TTW)、透空(TTA)及其组合。

 有很多无线通讯方法可以应用于地下矿。ZigBee是一种动态射频识别(RFID)方法,而RuBee是一种混合动态射频识别方法,传输能力较弱但每个节点的耗能较低。这些方法提供了约50米的安全通讯环境,结合多种传感器,可以在地下矿中建设价格相对低廉的通讯解决方案,从而能够实时监控气体和通风,并追踪矿工和设备。蓝牙也可用于人员管理和事故预防系统,但由于蓝牙的低稳定性、低传输能力、以及对系统噪声的弱抵抗力,该技术在严苛的地下采矿环境中的应用受到了限制。近年来,配置了光缆的高速无线网络(如Wi-Fi、长期演进(LTE)、超宽带(UWB)技术)正在越来越多地被用作网络主干系统。此外,地下矿通讯解决方案供应商最近基于数字以太网框架建立了一套标准化集成系统,提供的服务使地下矿的各种有线和无线设备可以相互连接。

 5.3 地下矿通讯网络的类型

 地下矿涉及不同的采矿方法和矿山结构,采矿设备的构成和规模要依据矿物类型及矿体形态和深度确定。在计划建立通讯设施时,应当充分考虑这些地下矿的特征。

 典型地下矿通讯网络拓扑可以分为母线拓扑、环状拓扑、星状拓扑和网状拓扑(见图2)。随着矿业行业的发展,推荐结合四种配置构建一个灵活的网络,以确保安装的通讯网络足以应对意外情况,该情况会随着矿山规模的扩大和复杂化而不断扩展。

图2 地下矿的典型网络拓扑

 大多数现代地下矿不依赖于单一的通讯系统,而是采用为特定目的设计的复杂通讯系统。例如,位于加拿大魁北克的LaRonde金矿具有最先进的地下矿自动化设施,采用了漏泄馈线、甚高频(VHF)无线电、光缆和Wi-Fi网络。该矿山的自动化基于山特维克(Sandvik)的AutoMine®系统。此外,在2018年该矿山配置了LTE网络进行自动化数据处理。对于地下矿来说,LTE网络比Wi-Fi网络更具优势。Wi-Fi节点需要间隔100米安装,并且每个节点都需要技术组态和电力供应,而LTE远端射频单元(RRU)可以安装在每一层,用同轴电缆轻松连接安装在50米之外的LTE天线。在安装LTE后,任何人都可以在出现故障时进行更换。LaRonde金矿进行的LTE网络测试结果是成功的,报告显示安装成本为30加元/米,这比安装Wi-Fi网络的成本(50加元/米)要低廉得多。


 (中国地质调查局地学文献中心,国际矿业研究中心矿业科技组编写,张炜审校,陈秀法审核)


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