KY-200B牙轮钻机远程控制升级改造

陈 恺，黄绍威

（酒钢集团甘肃西沟矿业有限公司，甘肃 嘉峪关 735100）

国土资源部发布的《全国矿产资源规划（2016—2020）》，明确提出了在未来5年要大力推进矿业领域科技创新，加快建设数字化、智能化、信息化、自动化矿山。通过多年的努力，西沟矿完成多项自动化改造，为适应数字化智能矿山需要，对牙轮钻机进行多项基础改造，并与5G信息技术相结合，完成钻机远程控制作业。

1 远程控制钻机作业的意义

传统的钻机作业流程为爆破技术人员在爆破区域人工测量，台阶坡顶线、坡底线测量后进行现场布孔，钻机按现场布孔进行穿孔，测量过程安全风险大、误差大，台阶坡面无法精确测量，测量精度不高等问题，影响爆破效果。西沟矿通过不断引进先进的技术，通过三维激光扫描仪对台阶进行三维成像后，爆破技术人员通过数据平台使用软件对爆破区域进行布控设计，上传数据后，钻机数据终端接收数据，通过卫星定位系统完成炮孔定位工作，钻机通过精准定位、孔深实施测量，完成远程穿孔作业。如图1所示。

图1 钻机定位示意图

西沟矿钻机使用的KY-200B牙轮钻机，为完成远程控制作业需要对钻机进行改造，主要对钻机增加精准定位系统、孔深测量系统、自动接卸杆系统及电缆卷缆系统。

2 钻机改造

2.1 高精度定位系统改造

系统由车载终端（包含天线、定位主机）向CORS基站（矿山现在已具备，现有定位精度需达到厘米级）获取卫星定位原始数据和RTK修正数据，从而实现设备自身的高精度准确定位。

由于钻机作业过程中，振动比较大，车载终端如置于钻架顶端，极易损坏。方案拟采用间接测量方案，将车载终端置于驾驶内，如图1钻机定位示意图所示，使用双天线定位方案，由车载GPS终端获取天线A点坐标（x0,y0）,天线B点坐标（x1,y1），则可确定钻杆中心C点坐标为：

高精度定位系统实现由车载双天线GPS终端模块获取驾驶室两参考固定点坐标信息，并将信息传送至车载控制处理器，车载控制处理器根据钻孔中心与参考坐标点之间三角位置关系计算得出钻孔中心坐标点，并将信息传送至西沟矿数据中心。

2.2 钻深测量系统及自动接卸杆改造

KY-200B牙轮钻为低钻架钻机，钻杆分主副杆，钻机穿孔过程中需要接副杆完成穿孔作业，如图2所示，为实现自动接卸杆而增加的钻杆固定液压系统，此系统可准确的将副杆对正并通过程序完成接卸杆作业。如图3所示，为穿孔过程中孔深测量逻辑顺序图。

图2 自动扶杆器

图3 穿孔逻辑示意图

系统由卫星高程定位+钻架位移测量定位融合计算得出孔底的绝对深度位置，孔底深度绝对误差可控制在10cm以内，有效减小爆破后形成的根底不平度。

当钻进平台水平传感器检测到机架立起后，钻进深度测量系统开始进行孔深测量，车载控制器根据钻架位移传感器、钻杆库储杆检测传感器采集信息，综合高精度定位系统的高程信息，计算得出孔深及孔底绝对高程，并将孔深信息传送至车载无线显示屏。当检测到有一根储杆，且动力头拉到机架顶端（拉顶位置可设置），本次孔深测量结束，预备进入下一次孔深测量。钻架位移测量采用非接触式磁致伸缩位移传感器，传感器本体采用柔性本体，外用不锈钢护管，磁环采用安装座嵌入与减速箱滑架一起运动，磁环与传感器本体间有间隙可适应钻进过程中钻架的震动。

2.3 远程操控作业

在牙轮钻机设备上电气系统改造，完成对牙轮钻机的基本控制，通过逻辑关系的判断实现遥控作业与现场作业的切换。工业PC作为牙轮钻的控制中心，实现信息与指挥中心的实时交互、牙轮钻的自动化控制。PLC作为现场设备信息采集与控制的核心，实现与PC的信息交换，控制执行元器件完成牙轮钻工作功能控制。如：停送电、行车、钻孔、换杆、仪表采集、电机控制等。如图4所示。

图4 基本控单元示意图

在牙轮钻机设各上加装传感器,采集包括设各四周视频信息、设各实施作业参数信息(压力、电流、电压、位移、深度、水温、油温等)、设备位置及姿态等信息(坐标、角度、方位);原有电气系统基础上将所有控制信号引入车载ECU输出控制。牙轮钻机远程智能化操作系统通过逻辑关系的判断实现遥控驾与现场驾驶的切换。车载工控机作为牙轮钻的控制中心,实现信息与指挥中心的实时交互、牙轮钻的自动化控制;液压系统、气、水系统及接卸杆、定位等。

3 结论

甘肃西沟矿业有限公司顺应时代发展潮流，抓住第四次工业革命的契机，率先完成了传统的牙轮钻机向远程控制钻机作业改造，钻机改造完成后，运行良好，为数字化智慧矿山奠定了硬件基础。牙轮钻远程控制升级改造是基于智能矿山三维可视化管控平台下进行布控设计，采用数据终端及卫星定位系统实现精准定位及远程控制穿孔，其技术难点主要为牙轮钻的精准定位、钻杆的自动接卸及远程控制操控。基于矿山已建CORS测量系统实现三维坐标的精准测量，利用构建的三维可视化管控平台进行精准定位；同时通过增加钻杆固定液压系统可准确对正副杆，为自动接卸杆创在有利条件；最后，对设备进行电气系统改造，工业PC作为牙轮钻的控制中心，实现信息与指挥中心的实时交互、牙轮钻的自动化控制，PLC作为现场设备信息采集与控制的核心，实现与PC的信息交换，控制执行元器件完成牙轮钻工作功能控制。