1.本发明属于岩土工程领域，
采矿工程领域，
矿山机械技术领域，具体涉及一种金属露天矿爆堆品位分布测算系统及精准铲装方法。
背景技术：
2.铁矿石作为一种不可再生资源，随着长期的开采，其储量已日渐枯竭。同时在矿山传统的粗放式开采过程中，由于无法较为精确的测算爆堆品位分布，导致铲装环节经常将矿石当作废石或将废石混入矿石中，造成矿石的损失与贫化。如何较为精准测算爆堆品位分布，进而提升铲装作业的精准化是矿山企业亟待解决的问题。
技术实现要素：
3.本发明的目的是提供一种金属露天矿爆堆品位分布测算系统及精准铲装方法，其功能完备，计算简单，能够较为准确的测算出爆堆品位分布情况，可以提高铲装作业的精准化程度，有利于控制铁矿石资源的浪费。
4.本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
5.本发明的一种金属露天矿爆堆品位分布测算系统，其特征在于：包括远程终端、爆堆品位采集系统、铲斗定位系统、车载移动终端；
6.所述远程终端内置可生成爆堆品位数据库的软件；
7.所述爆堆品位采集系统包括用于测量爆堆三维坐标的无人机和对炮孔取样化验的系统；
8.所述铲斗定位系统包括安装在斗杆a点和b点上的二个高精度车载gps模块i和高精度车载gps模块ii，a、b两点位置的连线与铲斗垂直并相交于斗齿c点；
9.所述车载移动终端可接收并显示远程终端发送的爆堆品位数据库和铲斗实时位置。
10.本发明的一种金属露天矿精准铲装方法，其特征在于，包括下列步骤：
11.步骤一：在牙轮钻机打孔时，每钻深d m在钻孔周边取矿粉一次，取矿粉后进行化验，化验后得到每个炮孔不同深度的品位数据p
ij
，爆破后利用无人机对爆区进行测绘，根据爆破漏斗位置找到炮孔位置(x
i
，y
i
，z
i
)，结合化验结果得到初始品位分布情况(x
i
，y
i
，z
i
?
(j
?
1)d，p
ij
)，通过远程终端内置软件，利用距离幂次反比法，生成单个矿块尺寸规格为1m
×
1m
×
1m的爆堆品位数据库，并将数据库发送至车载移动终端，距离幂次反比法计算公式如下：
[0012][0013]
式中，i为炮孔编号，j为炮孔取样点顺序，p
ij
为编号为i的炮孔第j次取样的品位，d
ij
为编号为i的炮孔第j次取样点距离单元矿块中心的距离，g
n
为第n个单元矿块的品位；
[0014]
步骤二：测量出ab两点距离a，bc两点距离b，根据安装在斗杆a点处的高精度车载gps模块i的实时三维坐标(x1，y1，z1)和b点处的高精度车载gps模块ii的实时三维坐标(x2，y2，z2)，计算c点的实时三维坐标(x3，y3，z3)，计算公式如下：
[0015][0016][0017][0018]
求得c点坐标后，可进一步计算铲斗两端斗齿e、f两点三维坐标，由于e、c、f三点同水平共线且与ab直线垂直，测出ec距离e，cf距离f后，可根据如下公式计算出e、f两点的瞬时三维坐标(x5，y5，z5)、(x6，y6，z6)：
[0019][0020][0021]
参照爆堆品位数据库和斗齿实时位置，便可准确得到每一铲斗矿石品位，并且当铲斗坐标位于矿岩边界时，移动终端可给予司机警示，避免废石混入或矿石损失。
[0022]
与现有技术相比，本发明的优点是：
[0023]
1、本发明可较为精确的测算爆堆品位分布，建立更为准确的爆堆品位数据库。
[0024]
2、本发明利用高精度定位模块与相应计算方法可以准确得出铲斗斗齿位置，将斗齿坐标与爆堆品位数据库结合，可精准控制每一铲斗矿石的品位，有利于实现铲装过程矿岩区分、精准作业。
[0025]
3、本发明提高了对铲装作业环节的监控，有效的掌握了采出矿石的品位，有助于降低矿石的损失与贫化。
附图说明
[0026]
图1是本发明的工作原理流程图。
[0027]
图2是本发明的金属露天矿爆堆品位分布测算系统布置图。
[0028]
图3是电铲斗齿c点平面坐标计算示意图。
[0029]
图4是电铲斗齿c点高程坐标计算示意图。
[0030]
图5是电铲斗齿e、f两点坐标计算示意图。
[0031]
图6是爆堆品位数据库计算示意图。
[0032]
附图标记说明：
[0033]
1—远程终端；2—爆堆品位采集系统；21—无人机；22—品位化验系统；3—铲斗定位系统；31—高精度车载gps模块i；32—高精度车载gps模块ii；4—车载移动终端；5—电铲
斗杆；6—爆堆；7—炮孔；8—炮孔品位化验点；9—爆堆品位计算点。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0035]
如图1所示，本发明包括远程终端1、爆堆品位采集系统2、铲斗定位系统3、车载移动终端4，
[0036]
所述远程终端1内置可生成爆堆品位数据库的软件；
[0037]
所述爆堆品位采集系统2包括用于测量爆堆三维坐标的无人机21和对炮孔取样化验的系统22；
[0038]
所述铲斗定位系统3包括安装在斗杆5的a点和b点上的二个高精度车载gps模块i 31和高精度车载gps模块ii 32；
[0039]
所述爆堆品位数据库生成软件可根据无人机21所测得的爆堆三维坐标与炮孔品位化验结果生成爆堆品位数据库。
[0040]
所述车载移动终端4安装在电铲操作室内与铲斗定位系统3电性连接，与远程终端无线传输。
[0041]
本发明的一种金属露天矿精准铲装方法，具体实施步骤为：
[0042]
步骤一：在牙轮钻机打孔时，每钻深d m在钻孔周边取矿粉一次，取矿粉后进行化验，化验后得到每个炮孔不同深度的品位数据p
ij
，爆破后利用无人机对爆区进行测绘，根据爆破漏斗位置找到炮孔位置(x
i
，y
i
，z
i
)，结合化验结果得到初始品位分布情况(x
i
，y
i
，z
i
?
(j
?
1)d，p
ij
)，通过远程终端1内置的爆堆品位数据库生成软件，利用距离幂次反比法生成单个矿块尺寸规格为1m
×
1m
×
1m的爆堆品位数据库，并将数据库无线发送至电铲车载移动终端4内；
[0043]
步骤二：测量出ab两点距离a，bc两点距离b，根据安装在斗杆a点处的高精度车载gps模块i 31的实时三维坐标(x1，y1，z1)和b点处的高精度车载gps模块ii 32的实时三维坐标(x2，y2，z2)，计算c点的实时三维坐标(x3，y3，z3)，计算公式如下：
[0044][0045][0046][0047]
求得c点坐标后，可进一步计算铲斗两端斗齿e、f两点三维坐标，由于e、c、f三点同水平共线且与ab直线垂直，测出ec距离e，cf距离f后，可根据如下公式计算出e、f两点的瞬时三维坐标(x5，y5，z5)、(x6，y6，z6)：
[0048]
[0049][0050]
参照爆堆品位数据库和斗齿实时位置，便可准确得到每一铲斗矿石品位，并且当铲斗坐标位于矿岩边界时，移动终端4可给予司机警示，避免废石混入或矿石损失。
[0051]
以上所述，仅是本发明的基本原理，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。技术特征：
1.一种金属露天矿爆堆品位分布测算系统，其特征在于：包括远程终端、爆堆品位采集系统、铲斗定位系统、车载移动终端；远程终端内置生成爆堆品位数据库的软件；爆堆品位采集系统包括用于测量爆堆三维坐标的无人机和对炮孔取样化验的系统；铲斗定位系统包括安装在斗杆a点和b点上的二个高精度车载gps模块i和高精度车载gps模块ii，a、b两点位置的连线与铲斗垂直并相交于斗齿c点；车载移动终端接收并显示远程终端发送的爆堆品位数据库和铲斗实时位置。2.应用如权利要求1所述的一种金属露天矿爆堆品位分布测算系统的方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤一：在牙轮钻机打孔时，每钻深d m在钻孔周边取矿粉一次，取矿粉后进行化验，化验后得到每个炮孔不同深度的品位数据p
ij
，爆破后利用无人机对爆区进行测绘，根据爆破漏斗位置找到炮孔位置(x
i
，y
i
，z
i
)，结合化验结果得到初始品位分布情况(x
i
，y
i
，z
i
?
(j
?
1)d，p
ij
)，通过远程终端内置软件，利用距离幂次反比法生成单个矿块尺寸规格为1m
×
1m
×
1m的爆堆品位数据库，并将数据库发送至车载移动终端；式中，i为炮孔编号，j为炮孔取样点顺序，p
ij
为编号为i的炮孔第j次取样的品位，d
ij
为编号为i的炮孔第j次取样点距离单元矿块中心的距离，g
n
为第n个单元矿块的品位；步骤二：测量出ab两点距离a，bc两点距离b，根据安装在斗杆a点处的高精度车载gps模块i的实时三维坐标(x1，y1，z1)和b点处的高精度车载gps模块ii的实时三维坐标(x2，y2，z2)，计算c点的实时三维坐标(x3，y3，z3)，计算公式如下：)，计算公式如下：)，计算公式如下：求得c点坐标后，进一步计算铲斗两端斗齿e、f两点三维坐标，由于e、c、f三点同水平共线且与ab直线垂直，测出ec距离e，cf距离f后，根据如下公式计算出e、f两点的瞬时三维坐标(x5，y5，z5)、(x6，y6，z6)：)：根据爆堆品位数据库和斗齿实时位置，得到每一铲斗矿石品位，并且当铲斗坐标位于矿岩边界时，移动终端给予司机警示，避免废石混入或矿石损失。
技术总结
本发明涉及一种金属露天矿爆堆品位分布测算系统及精准铲装方法，金属露天矿爆堆品位分布测算系统包括远程终端、爆堆品位采集系统、铲斗定位系统、车载移动终端。本发明通过计算机内置的爆堆品位数据库生成软件，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，经由远程终端发送至电铲移动终端，通过铲斗定位系统对铲斗斗齿的坐标进行计算，匹配爆堆品位数据库得到每一铲斗矿石品位，并且在铲斗跨越矿岩分界线时通过移动终端提醒电铲司机。解决了金属露天矿山矿石损失与贫化严重问题，提升了铲装作业的精准化程度。的精准化程度。的精准化程度。
技术研发人员：李小帅 高文学 宋肖龙 张声辉 胡宇 刘江超
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2021.05.28
技术公布日：2021/12/23
声明：
“金属露天矿爆堆品位分布测算系统及精准铲装方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：北京工业大学
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2024年12月27日 ~ 29日 
