[发明专利]一种基于小型无人机的矿山溜井料位测量及可视化方法

说明书

技术领域

本发明属于矿山自动化仪表测量领域，具体涉及一种基于小型无人机平台的矿山溜井料位测量及可视化方法。

背景技术

溜井是地下矿山溜放和暂时储存矿石的重要通道，对提高生产效率及节约成本有非常重要的作用。在矿山生产中，为了保障安全生产以及协调调度采矿、运矿机车工作，需要及时掌握各溜井的实时料位情况，因此矿山溜井料位的测量关系重大。从矿山安全生产的角度来讲，为了防止上方铲运机卸料对溜井放矿装置的冲击，需要保持一定的料位作为缓冲，否则就会损坏设备影响生产；同样溜井中矿料不能溢出，否则也会造成重大生产事故，可见溜井料位的测量对矿山生产安全至关重要。从矿山生产效率来讲，溜井料位的实时测量对矿山生产的智能调度和自动化水平提高意义重大。同时溜井内部的维护和检测也至关重要。在生产过程中，矿石冲击磨损、地下水侵蚀以及爆破震动等极易造成溜井的破坏。溜井发生破坏将直接影响矿山的连续稳定与安全生产。为保持溜井的完好，矿山企业通常定期对溜井进行维修维护，而对井壁进行检测是溜井维修维护的前提。现有的溜井井壁检测多采用人工下井方式，由于溜井具有大直径、高深度、无光源和粉尘浓度高的特点，以及破坏的井壁可能存在浮石，人工方式存着很大的安全隐患。因此研制采用非人工下井方式检测溜井井壁的可视化扫描装置尤其重要。而目前主要采用的矿山溜井全局扫描装置结构复杂，且需要通过绞盘下放电缆和扫描探头，溜井一般都较深，因此安装施工及对溜井进行扫描可视化操作也很不方便；并且由于矿山生产不能轻易中断，此种方法的检测频率有限，不利于更好地掌握溜井内壁情况。

由于矿山溜井环境的复杂性，其料位检测一直是困扰国内外采矿行业的一大难题。目前国内很多矿山还采用人工抛矿石，通过听回声估算溜井料位，这种方法不仅效率低下，而且十分粗略、不可靠，同时由于需要工人长时间站在环境复杂的溜井边沿，极不安全。超声波物位计、雷达物位计、激光物位计等方法由于受粉尘影响大、有堆放死角、波束角较大及测量距离有限等原因无法广泛推广。采用称重法计算料位被国外矿山(如加拿大基律纳铁矿)较多采用，该方法通过计算溜井中卸矿和放矿重量来间接估算出料位变化，但是这种方法长期计算会存在严重的误差累积，若无法有效消除误差容易引起生产事故。

目前国内采矿业发展形势喜人，但同国外企业相比自动化水平落后严重，而随着国家政策对矿山生产要求的提高，国内矿山企业加大了矿山自动化改造的力度，溜井料位自动测量及可视化正是矿山自动化实现过程中关键的一环。目前存在的矿山溜井料位测量及可视化方法有多种，这些方法和设备存在以下问题。

1)接触式测量主要是采用重锤式测量方法，设备容易损坏，而且对于超深溜井测量往往难以控制。超声、雷达、激光等物位计测量方法，测量范围一般难以满足超深溜井料位测量需求，而且超声和雷达由于波束角的存在不适合较深窄口溜井的测量，由于溜井内粉尘较大使得单独使用激光物位计的最远测量范围也不超过200米。基于称重法的料位计算方法存在测量累积误差，若不能及时校正容易导致比较严重的误判。

2)对于溜井内井壁等的检查往往采用人工下井作业，工作量巨大且检查效果很差，同时人员安全难以保障；而通过缆绳下放专用扫描设备，这种方法虽然提高了检查效率，但是检测过程很复杂，且同样存在安全隐患。

3)目前采用的溜井检测手段不能同时实现料位测量及井壁的可视化。现有方法采用了比较复杂的设备，甚至需要对原有溜井进行改造，但是却仅仅实现了料位测量这一项检测，而对于溜井井壁的可视化检测还需要专门的扫描仪器和配套设施。这样既浪费了成本和资源，也不利于矿山自动化的实施。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术手段的不足，把矿山溜井中对料位测量的需求和对于溜井井壁可视化检测的需求结合起来，提供一种灵活的、适用范围广的且可同时用于矿山溜井料位测量及可视化的小型无人机平台及方法。本发明的技术方案如下：

一种基于小型无人机的矿山溜井料位测量及可视化方法，包括如下步骤：

1)设定基准气压平面，利用带有温度补偿功能的气压计测得矿山水平地面、溜井顶部地平面、溜井底部平面多个已知高度点处的气压值，根据测得数据拟合出溜井内气压与高度的近似线性关系曲线；

2)无人机从溜井顶部地平面开始向下飞行，使气压计初始化并计算1次基准气压平面高度；

3)在无人机的下方装有接近开关，通过接近开关保持无人机接近料位上方并悬停，且不会碰撞料位；