实时三维高精度卫星定位系统目前正广泛应用于各种矿山设备上，包括挖掘船、钻机、电铲、平路机和推土机。钻孔位置与孔口标高、矿体边界、现时台阶标高和各种边坡与标高都可通过装在每台设备上的GPS“虚拟测量组”来测定，并且实时显示给操SM）和卡特彼勒的计算机辅助土方工程系统（CAES）。现在，先进的无线网络使得办公室计划可以随时根据现场生产状况和装有GPS的矿山设备测得的最新地形数据来调整。据初步考察，这些系统的主要效益是降低测量费用，但其真正效益远不止于此。对矿体边界、台阶标高、品位变化、边坡变化的控制能力都会通过连续的实际测量而有效地强，这是因为不受时间和可视条件的限制，即可容易地通过驾驶室的“活动图像”

　　显示出来。这些控制的改善将使得矿山宁愿以可靠信息为基础环境来制定计划。其结果地下矿的电能消耗大户之一是通风机。

　　采用改变风机工作轮的转速来调节矿井进风量可降低能耗40虽然使用真空断路器会引起极大的操作过电压，且需要采取特别的措施来防范，但这些断路器因为能承受约1 000万次（通-断）循环，仍将大量使用于地下矿和露天矿中。

　　在露天矿中，使用带可控硅变流器的变频调速异步电动机作为循环运作型机器（绳斗铲、铲土机）的驱动机构，将成为主要发展方向。这种驱动装置将缩短循环时间、提高安全性、降低损耗。

　　6复合型人才综上所述，未来矿山企业的专家，应该具备广泛的知识，即应通晓机器运行、电力驱动、供电组织以及微处理技术的应用等。

　　（吴清李显靖）将带来非常可观的实际的有形的效益，比如提高资源的回收率、降低返工率或出错率。而非常重要的潜在效益是减少了调解“讨而获得。

　　1背景现在，整个矿山生产进程可以通过装有GPS的矿山设备来监控和加强。数字平面图上所需的炮孔位置和开口标高可以通过活动图像显示给钻机操作员，正如上AquilaDM5钻机活动图像所显示的那样。

　　操作者可以通过实时活动图像把钻头对准所需位置，并且通过同样的GPS接收机来不断予以修正。所有这些都不需要对炮孔进行实际标记。

　　在一个露天铜矿使用GPS钻孔制导技术1年后返本。节约的直接费用包括：钻孔和爆破费用降低2 5%；测量费用降低25%.另外，由于精确地测定了每一个钻孔的位置、改善布孔，和取得了适当的最小抵抗线，而减少了超钻和欠钻（前者浪费钻孔时间，后者留下根底）等还可节约费用。

　　同样地，卡特彼勒的CAES系统可以从数字平面图上显示出所需的坡度和标高，从而构造出斜坡道、台阶及复垦的等高图。通过实时的GPS三角测量系统，“叠加”一个最新的地形图，操作者就能够确定所需的填挖量。这个“虚拟测量”的地形图随着设备的运动不断更新和记录，这就能在任何地点都提供准确的挖填指示，而且不受对实际测量标记可视条件的限制。左上部分显示的是用彩色表示的挖填区域的平面图。

　　左下部分显示的是一个横剖面图，可以看到所设计的地表与现有的地形剖面的关系。这个剖面图也是用彩色来分辨的。右边的条形彩色图表明设备所处位置所需的填挖量。这些显示也可以用来帮助避开那些隐埋的无标记的或难以发现的障碍物和危险区。这样的危险区有：旧的地下矿井、水泵、胶带输送机、给料机、放矿点等等，任何障碍物的实际位置都可记录在数字平面图上。这样，障碍物就可以叠加在CAES系统所显示的平面图上。

　　实时GPS监测和活动图像显示也可以应用于采矿工艺的铲装与资源回收阶段。一旦一个新的台阶开始，数字矿图将叠加在活动图像上显示给铲装设备的操作者。该显示既可以扩大也可代替实际的矿体边界标记，其优点就是实际标记保持原地不动，即使在装车时也不会消失。当装载机进入工作面，将给操作者提供一份清楚的彩色矿体块段图，或不受可视性条件或实际测量精度限制的多边形（参看所示CAES的矿体控制显示）。在该设置中，操作者的显示屏左侧显示出带有装载机与彩色矿体边界叠加的工作面平面图。CAES矿体控制显示的另一个效益是帮助连续昼夜控制台阶高度，不受天气条件或实际测量精度的限制，保证台阶平整不高低偏离。这是通过屏幕右边的条状图来完成的，该条状图指明装载机与期望的或计划的标高的偏差。矿体控制平面图也能够用来指明危险区或障碍物的位置，比如旧的地下工作面等等，以及关于矿体块段或危险区的文本或数字信息。随着装载机的工作对地形的挖填，工作面的推进线便产生并记录。

　　除了上述优点以外，卡特彼勒的CAES系统还具有其他特点，足以提高其广泛应用于采矿业的价值。一个最有效的特点是数字无线电通信网络，它以无线的方式将工程图下载到装有CAES系统的设备上。该双向通信网络也可以无线的方式将最新的地形或每台设备实际测量所得到的采场工作面推进线上传到办公室。这个无线连接意味着不需技术人员带着笔记本电脑和联线去走访每一台设备。现在，工程办公室可以有接近实时的作业现状反馈，这将加快从计划到开挖的周期。CAES系统还提供办公室软件，让地形图与现时的“竣工数据”进行比较。这个强有力的功能可使办公室排除图纸上或开挖和建设阶段的潜在错误。上载的地形图可以作为竣工记录保存，并可输出给别的应用软件作算量等用途。

　　众所周知，GPS位置监控技术的应用不会只停留在工作面上。低精度的GPS系统也用在汽车运输调度系统中，控制每台汽车的位置并使其排队时间最短。另外，可以通过GPS系统跟踪运输汽车的方法来控制并记录矿石或岩石的位置，以保证将汽车开到其应到达的地点。通过GPS对运输汽车的跟踪，可以提醒司机，别的汽车离得很近了。将来，汽车运输中的避免撞车将成为矿山GPS系统的位置控制篇章的内容之一。

　　2直接降低测量费用机载实时动态GPS系统最显著的效益是测量费用低，包括地面测量和航测。尽管效益非常显著，距最终效益还很远，其原因将在后面解释。像CAES这样的系统将会减少对传统测量的需求，但是不会完全取消。

　　测量工作的减少也许与装有实时GPS的矿山设备数量有着密切的比例关系，或者使测量队员去做其他重要的工作。潜在的费用节省取决于测量队和成员的多少，这个问题最好留给读者去根据自己的矿山来计算可以说一个大型矿山这项费用节省可达10万美元。另外，如果有足够的矿山设备装有CAES系统，那么，每年可节省航测费用数万美元。同样，天气条件也会妨碍航测，导致时间耽搁或在品位控制中的“飞行盲点”。

　　虽然这些费用的降低是机载GPS的重要方面，然而，打破重复的挖填测量常规消除计划进程耽搁，将获得更大的利3通过实时位置控制和地形显示改善作业3.1穿孔一铺设基础正如前面所述，直接降低测量成本并不测量“回路”测量要求测量竣工状态-、、、、操作者检GPS信息等初步挖填/最终挖填~一一一场品位检验、检查、重标重复测量回路是机载GPS实时位置监控和地形显示系统的最终效益。在资源位置很重要而又不明显的矿山（比如，分析相关矿物）保证每个炮孔定位准确是矿石最佳控制的基础。同样，因为炮孔构成采矿工序的“基础”，炮孔的精确定位有助于保证开采程序按计划进行，从而直接降低了成本。Aquila钻孔定位系统可以保证炮孔在三维方向准确定位。

　　32矿石控制一增加收益位置监控和地形显示系统能有效地增强作业中的矿石控制。因为天气条件、距离或标记不清等原因，铲的操作者对矿体边界标记看不清，他们必须“插值”出（或直接猜出）有关的实际边界位置。还要记住哪处的物料应该由哪些汽车运到哪个地点去。而这些工作是非常琐碎的，在10 ~12小时一班的上百次重复之后，矿体边界和装载次数出现差错几乎是可以肯定的。

　　正如前面所说的，卡特彼勒的CAES系统通过提供不断更新的矿石控制显示改变了常规。矿体和岩石块段在驾驶室里显示，而不依靠实际测量标记。不取决于测量人员的矿石控制不久将成为可能，那样的话，就不再会有因为标记不清而将矿石当作废石处理。一个彩色的铲斗图标清楚地告诉操作者，哪块是他要装的物料。保证了装矿石和岩石的准确界线。利用“鸟瞰”功能就使得挖掘更加精确，降低采矿损失贫化，尤其是在复杂的接触带。另外，随着开采的进展，工作面连续地更新并记录。最新的剖面使得每位操作者只要按几下键盘就能控制自己的小时工作量。该最新的工作面也可在任何时候无线上传到办公室，为下道开采程序作计划。通过比较工作面的变化，可以在任何需要的时候计算出每一种矿石和岩石的量。这将成为一个解决矿山与选矿厂之间矛盾纠纷的有价值的工具。这种跟踪和记录掘进面和矿量的功能对矿区使用和地产边界的界定也很有价值。

　　用户在一个大型铜矿作的是一个资源损失的简单分析，分析中用仅仅比错误识别装载改善5%.如果把可以识别的岩石当作矿石来装车，则要增加运费，并且更重要的是打乱了选矿厂或者洗矿的生产规模，这还未涉及潜在的选矿工艺因错误识别物料种类2200S/车~5000S/d或180万S/a推土机作业100%，」- 80%1鲤1tel测量标记可见性降低有限的标记可见性=作业率低推土机操作技术的影响环次数，利用其附带而来的延时，从而避免再处理的情况发生。由于采用机载GPS测量技术而消除了不能昼夜连续测量的问题。

　　区域特别有价值，那里的测量标记太多而成了品位控制的一种制约因素，例如陡、软或其他复杂地形、大设备附近的危险区、或像复垦区这样的不适合测量的大区域。因此，因品位失控带来的昂贵的再处理工作将大大减少。在适当的条件下，连续测量标记也可用于更复杂的设计中，有助于减少物料处理，我们将在下面就此举一些例子。

　　卡特彼勒多年的试验表明，不熟练的操（参看和9）。作者认为不足的测量标记或对标记较差的能见度（包括夜间作业）将使一个非常好的操作者的水平降到中等水平甚至更低。这个隐伏的生产损失导致巨大的经济损失，可是，因为没有足够的品位检测支持而对这种损失难以弄清。

　　卡特彼勒的CAES系统在一个大型煤矿推土作业的试验证明其在这方面有许多优点。推土作业包括台阶式开采爆破之后索斗铲装车之前的辅助作业和之后为索斗铲座落地坪的准备工作（参看和10）。推土机必须按铲的座落地坪标高推平以避免索斗铲重复处理。3个多星期，装有CAES系统的3台推土机的工作效率比传统测量方式的设备高30%.经详细考查证实，这些结果是较为可信的。这是一个对比原先由传统测量支持的极复杂区域的典型例子。请注意地面是非常软和不稳定、坡角很陡，并且设备是连续运行的。从上盘顶部到索斗铲底座的距离很大，用传统测量标记很难满足要求。另外，地形变化很大，需要经常测量。因为推土的距离远，物料处理的量也大。采用CAES系统时用一组“虚拟”测量标杆就可覆盖该区域，使物料处理的工作量最小。同样，工程师借助连续虚拟测量标记，可对上盘作更复杂的计划，以减少该区的物料处理量（参看0中的圆圈区）。还有其他因素费用的节省（=美元）优化的复垦等高线改善了复垦平整度（通过CAES使平整误差从士3.0m减到200万m3/aX0.25S/m3=50万S/a见1的复垦等高线优化图也能对其效果产生良好影响，那就是CAES系统可使操作者实际看到预期的作业面，并且他们可以监控单位时间要运出的物料量，这就使推土机和平路机效率更高。

　　复垦是实时GPS位置监控快速获益的又一应用领域。利用采空区进行排土并复垦，可以避免增加物料运输的成本。换句话说，按开采地形高度，使复垦表面也保持该高度，反之亦然，并且在允许的容差范围之内，可以大大节省土方量（参看优化地表1）。因为复垦是典型的大面积昼夜工作，通常不能提供足够的测量标记来完成这项工作，但是CAES系统连续的实际标记能够做到这点。CAES系统仅仅从这个工作中就可在大型索斗机作业短短一年内收回投资，还不包括这篇文章中讨论的其他优势。表3是一个大型索斗铲复垦作业节省费用的保守计算。其他的潜在优点是加强了对表土层的控制和平衡。通过对整个区域的“等高线对齐”可以很容易地使表土层厚度达到一致。竣工的复垦记录可以容易地通过无线电数据转输链路把完整的地形数据从复垦设备上传到办公室。然后，该复垦记录被存储在办公室或输送到别的矿山规划或存储记录的软件中。

　　需要与矿岩打交道的任何矿山的工程都能从实时GPS位置监控和CAES所提供的设备状况监控和生产计划监控的两大功能中获益。斜坡道和运输道路的设计建设中避开泥塘区，避免增加道路和设备维护的费用。

　　因为维护中无需进行测量标记，从而可避免道路损坏一另一种形式的再处理。有了这样的监控系统，筑坝工程不再需要繁重的监测，也不再需要坡度检查人员。在黄金堆浸处理工艺中，使用CAES系统不需要很多的测量费用就能避免产生能引起搅动的溶浸底板上出现谷沟以及含金氰化溶液的损失。溶浸堆的位面能在大的面积上准确地保持在同一水平上，以保持均匀一致的溶浸高度。

　　4结语降低监测费用只是实时位置监控系统提供的功能中的一个方面。如上所列的矿石控制、堆土和复垦等例子中，巨大的经济收益可通过精确的位置监控和无线电数字网和图形办公室软件获得。由于能够很容易地将现实矿山设备状态通过无线电网络，上传给矿山指挥部门，从而提供了更多的益处，这一点也是在意料之中。从计划到生产的快速周转，降低了矿山与选矿厂的矛盾，错误的容易预测和可见，更好的记录保存都成为可能。这里提供的例子可能只是整个采矿系统信息集成所能提供的优势的表面现象。

　　（龙子方李显靖）（2000-07―