矿体切割扫描反馈机构、具有其的矿体切割系统及方法

技术领域

本发明涉及薄矿脉开采技术领域，具体涉及一种矿体切割扫描反馈机构、具有其的矿体切割系统及方法。

背景技术

薄矿脉是我国矿山资源重要的赋存方式之一，尤其是在一些稀有金属的矿山的开采过程中，薄矿脉更为普遍，例如，我国的锑矿、钨矿、银矿及金矿等，多数情况下均以薄矿脉的方式存在，这类薄矿脉有着较为一致的特点，就是厚矿极小，薄矿较多，其在薄矿脉的走向、倾向的变化较大，通常在同一个矿区范围内有着不同的开采方法。同时，从当前普遍采用的开采方法来看，存在的薄弱环节较为明显，例如，当前应用较多的浅孔留矿法，对于矿体的边界控制难度较大，导致整个开采的贫化率和损失率较高，甚至达到了 70%，同时，选择使用的电耙的方式出矿，矿石的总体搬运难度较大，人工劳动力量较大，工作效率较低，不利于提升整个企业的生产效率和经济效益。针对当前薄矿脉开采工程中存在的相关问题，全面结合矿山的实际条件，如何提升整个矿石的采出率，降低矿石的贫化率和损失率，提升开采环节的经济性已经成为了薄矿脉开采过程中需要重点解决的问题之一。

磨料水射流加工是目前世界上发展最快的新型切割工艺之一，它是由固体磨料颗粒与高速流动的水流按一定比例混合而形成的液固两相介质高速射流。在高速流动的水流中混入一定数量的磨料粒子，高压水的部分动能将传递给磨料粒子,从而改变了射流对工件的作用方式，即从水射流对工件的持续作用改变为磨料对工件的冲击磨削作用。同时高速粒子流还对工件产生高频冲蚀，从而能大大提高射流的品质和工作效率。该技术操作简单、便于控制，相较于传统机械切割和纯水切割的方式，具有射流压力小、切割深度大、工作效率高、能量耗散低的特点。但受磨料浓度、喷嘴靶距、切割速度、喷射角度等切割参数的影响较大，现有高压磨料水射流技术不能有效的满足工程应用中的精度要求。

目前，常有的磨料水射流技术都是固定在一定的工作台上切割矿岩，极大的限制了磨料水射流系统在工程应用中的可操作性；现有磨料水射流系统在工程中的应用多为先用观测仪器进行观测、分析数据、设置射流参数，缺少智能化元素。并且现有磨料水射流系统在切割过程中不能够实时反馈工作面矿体表面形态、水射流切割靶距、切割深度等信息，会严重影响切割作业质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿体切割扫描反馈机构、具有其的矿体切割系统及方法，其能够实现切割前矿体属性的精准快速智能识别及切割过程中的实时反馈，提高磨料水射流破岩精度，减少矿石贫损。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种矿体切割扫描反馈机构，包括矿体信息获取模块和切割信息获取模块，所述矿体信息获取模块用于采集目标矿体的矿体信息，所述矿体信息包括目标矿体的物质组成和坚固系数，所述切割信息获取模块用于采集矿体切割过程的切割数据，所述切割数据包括靶距、切割深度和切割宽度。

进一步，所述矿体信息获取模块包括X射线发射器、辐射探测器和计数器，所述X射线发射器向目标矿体发射X射线，通过所述辐射探测器和计数器测定并记录衍射线的方向和强度，得到目标矿体的衍射图谱；所述矿体信息获取模块将得到的目标矿体的衍射图谱发送至矿体切割系统的控制单元，与控制单元内预设的标准衍射图谱对比，即可得到目标矿体各个区域的物质组成，基于目标矿体各个区域的物质组成确定对应的坚固系数。

进一步，所述切割信息获取模块包括测距器和3D相机，所述测距器用于测定矿体切割单元的初始靶距，通过所述3D相机实时获取切割过程中目标矿体的图像信息并将所述图像信息发送至矿体切割系统的控制单元，所述控制单元基于获取的图像信息建模获得实时靶距、切割深度和切割宽度。

一种矿体切割系统，包括控制单元、与控制单元输入端连接的信息获取单元以及与控制单元输出端连接的矿体切割单元，所述信息获取单元为本发明所述的矿体切割扫描反馈机构。

进一步，所述矿体切割单元包括水箱、磨料罐、泵体、喷嘴和机械臂，所述喷嘴固定于机械臂的活动端部，所述机械臂与控制单元连接；所述喷嘴与水箱和磨料罐通过管路连接，所述泵体连接于所述管路上，所述信息获取单元固定于所述机械臂的活动端部上。

进一步，还包括履带行走单元以及驱动履带行走单元运动的驱动单元，所述矿体切割单元固定于所述履带行走单元上，所述驱动单元与控制单元连接。

一种矿体切割方法，采用本发明所述的矿体切割系统对目标矿体进行切割，包括如下步骤：

S1，将矿体切割系统移动至目标矿体位置，通过矿体信息获取模块采集目标矿体的矿体信息，即目标矿体的物质组成和坚固系数；

S2，所述控制单元基于获取的矿体信息分析计算得到最优切割参数，并将最优切割参数发送至矿体切割单元，使得矿体切割单元按设定的最优切割参数切割矿体；

S3，切割过程中，通过所述切割信息获取模块实时采集切割数据并反馈至控制单元，所述控制单元基于确定的最优切割参数和获取的实时切割数据对矿体切割单元进行实时调节，保证矿体切割单元按设定的最优切割参数切割矿体。

进一步，所述控制单元内设有不断更新的数据库，所述数据库内设有不同矿体信息与最优切割数据的映射，S2中控制单元将获取的矿体信息与数据库内的矿体信息进行比对，确定与获取的矿体信息相同或接近的数据库预设矿体信息的最优切割数据。

本发明的有益效果：本发明通过矿体信息获取模块采集目标矿体的矿体信息，实现了切割前矿体属性的精准快速智能识别，并将所述矿体反馈至矿体切割系统的控制单元，所述控制单元基于获取的矿体信息分析计算得到最优切割参数，并将最优切割参数发送至矿体切割单元，使得矿体切割单元按设定的最优切割参数切割矿体。通过所述切割信息获取模块采集矿体切割过程的切割数据，所述控制单元基于确定的最优切割参数和获取的实时切割数据对矿体切割单元进行实时调节，保证矿体切割单元按设定的最优切割参数切割矿体，大大的提高了矿体切割系统的破岩精度，减少了矿石贫损。

附图说明

图1是本发明所述矿体切割扫描反馈机构的结构示意图；

图2是本发明所述矿体切割系统的结构示意图；

图3是所述矿体切割系统切割前的状态示意图；

图4是所述矿体切割系统切割中的状态示意图；

图5是切割数据信息反馈调节示意图。

图中，1—控制单元，2—信息获取单元，3—矿体切割单元，31—泵体，32—喷嘴，33—机械臂，34—高压合金管，4—履带行走单元，5—驱动单元，6—目标矿体。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明技术方案的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一，参见图1，所示的矿体切割扫描反馈机构，包括矿体信息获取模块和切割信息获取模块，所述矿体信息获取模块用于采集目标矿体的矿体信息，所述矿体信息包括目标矿体的物质组成和坚固系数，所述切割信息获取模块用于采集矿体切割过程的切割数据，所述切割数据包括靶距、切割深度和切割宽度。

所述矿体信息获取模块包括X射线发射器、辐射探测器和计数器，所述X射线发射器向目标矿体发射X射线，通过所述辐射探测器和计数器测定并记录衍射线的方向和强度，得到目标矿体的衍射图谱；所述矿体信息获取模块将得到的目标矿体的衍射图谱发送至矿体切割系统的控制单元，与控制单元内预设的标准衍射图谱对比，即可得到目标矿体各个区域的物质组成，基于目标矿体各个区域的物质组成确定对应的坚固系数。

所述切割信息获取模块包括测距器和3D相机，所述测距器用于测定矿体切割单元的初始靶距，本实施例中，所述测距器为结构光图像测距组件，该结构光图像测距组件包括IR发射器和至少一个相机，所述IR发射器主动发射肉眼不可见的IR到目标矿体，通过至少一个相机拍摄目标矿体以采集结构光图像，基于结构光图像计算得到矿体切割单元的初始靶距。

通过所述3D相机实时获取切割过程中目标矿体的图像信息并将所述图像信息发送至矿体切割系统的控制单元，所述控制单元基于获取的图像信息建模获得实时靶距、切割深度和切割宽度。

本发明通过矿体信息获取模块采集目标矿体的矿体信息，实现了切割前矿体属性的精准快速智能识别，并将所述矿体反馈至矿体切割系统的控制单元，所述控制单元基于获取的矿体信息分析计算得到最优切割参数，并将最优切割参数发送至矿体切割单元，使得矿体切割单元按设定的最优切割参数切割矿体。通过所述切割信息获取模块采集矿体切割过程的切割数据，所述控制单元基于确定的最优切割参数和获取的实时切割数据对矿体切割单元进行实时调节，保证矿体切割单元按设定的最优切割参数切割矿体，大大的提高了矿体切割系统的破岩精度，减少了矿石贫损。

实施例二，参见图2，所示的矿体切割系统，包括控制单元1、与控制单元1输入端连接的信息获取单元2以及与控制单元1输出端连接的矿体切割单元3，所述信息获取单元2为本发明所述的矿体切割扫描反馈机构。

所述矿体切割单元3包括水箱、磨料罐、泵体31、喷嘴32和机械臂33，所述喷嘴32固定于机械臂33的活动端部，所述机械臂33与控制单元1连接；所述喷嘴32与水箱和磨料罐通过管路连接，所述泵体31连接于所述管路上，所述信息获取单元2固定于所述机械臂33的活动端部上。

所述管路包括软管和固定于机械臂33的活动端部上的高压合金管34，所述喷嘴32连接于所述高压合金管34的出水口上，通过调整机械臂34姿态实现喷嘴32空间位置的调节。水箱中的水和磨料罐内的磨料混合后由泵体31增压，然后依次经软管、高压合金管34传输至喷嘴32，由喷嘴32喷出形成高压磨料水射流，用于切割目标矿体6。

作为本实施例的一种优选实施方式，所述矿体切割系统还包括履带行走单元4以及驱动履带行走单元4运动的驱动单元5，所述矿体切割单元3固定于所述履带行走单元4上，所述驱动单元5与控制单元1连接。履带行走单元4受复杂外部环境的影响较少，适应能力强。

通过将履带行走单元4、泵体31、控制单元集成于同一车体上，以所述车体作为磨料水射流破岩车，可操作性高，智能化程度高。

实施例三，一种矿体切割方法，采用本发明所述的矿体切割系统对目标矿体进行切割，包括如下步骤。

S1，规定喷嘴距离目标矿体的距离为喷嘴靶距L，目标矿体的坚固系数为F，磨料射流切割的最大深度为H，切割宽度为B。其中控制中心可通过调整行走机构和机械手臂的姿态进而调整喷嘴靶距L。

参见图3，将矿体切割系统移动至目标矿体6位置，通过矿体信息获取模块采集目标矿体的矿体信息，即目标矿体的物质组成和坚固系数F。具体地，所述矿体信息获取模块的X射线发射器向目标矿体发射X射线，通过所述辐射探测器和计数器测定并记录衍射线的方向和强度，得到目标矿体的衍射图谱；然后所述矿体信息获取模块将得到的目标矿体的衍射图谱发送至矿体切割系统的控制单元1，与控制单元1内预设的标准衍射图谱对比，即可得到目标矿体6各个区域的物质组成，基于目标矿体6各个区域的物质组成确定对应的坚固系数F。

通过所述切割信息获取模块的测距器获取喷嘴的初始靶距L，所述测距器的IR发射器主动发射肉眼不可见的IR到目标矿体6，通过至少一个相机拍摄目标矿体6以采集结构光图像，基于结构光图像计算得到矿体切割单元的初始靶距。

S2，所述控制单元1基于获取的矿体信息分析计算得到最优切割参数，并将最优切割参数发送至矿体切割单元3，使得矿体切割单元3按设定的最优切割参数切割矿体。

S3，参见图4和图5，切割过程中，通过所述切割信息获取模块实时采集切割数据并反馈至控制单元1，所述控制单元1基于确定的最优切割参数和获取的实时切割数据对矿体切割单元3的泵体31、履带行走机构4以及机械臂5进行实时调节，保证矿体切割单元3按设定的最优切割参数切割矿体。

若目标矿体6的表面平整度改变导致喷嘴靶距L发生变化，控制单元1将通过调整履带行走机构4和机械臂33的姿态来调整喷嘴靶距L，使得喷嘴靶距L随平整度变化而变化，时刻保持最优靶距。

若切割深度H、切割宽度B等切割数据不能满足切割剥落矿体的要求时，控制单元1将通过调整磨料水射流的泵压、磨料浓度、喷嘴靶距等加工参数，进而达到调节切割深度H、切割宽度B的目的，以提高磨料水射流破岩精度，减少矿石贫损。完成该工作面的切割工作后，推进到下一工作面并重复上述操作。

所述控制单元内设有不断更新的数据库，所述数据库内设有不同矿体信息与最优切割数据的映射，S2中控制单元将获取的矿体信息与数据库内的矿体信息进行比对，确定与获取的矿体信息相同或接近的数据库预设矿体信息的最优切割数据。

切割完毕后，关闭矿体切割系统，首先通过控制单元1向水箱、磨料罐、泵体31传达指令关闭泵压，以备下次使用。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。