略谈国内外地下装载机自动化现状与发展趋势

张方泽， 赵金元

(1.广西华锡集团股份有限公司， 广西 大厂 547207； 2.中钢集团衡阳机械有限公司， 湖南 衡阳 421002)

0 引言

随着采矿行业的快速发展，我国非煤地下矿山无轨采矿设备地下装载机每年以约15%的速度增加，目前国内地下矿山拥有的各种地下装载机几千台基本都是人工操作。随着各级政府对职业健康与安全的重视，地下采矿已由原始的人工挖掘，经过机械化，发展衍变到了自动化、智能化。正是这些发展，使得这个在过去属于劳动密集型、高风险型的行业，变得轻松而且安全，地下装载机的自动化、智能化发展将使 “无人矿山”成为现实。地下装载机自动化的发展至今已经第四代，下文将从发展过程和今后发展趋势等方面对其进行介绍。

1 地下装载机自动化发展过程

随着社会的进步和科技的发展，人们对健康、对环境越来越重视，安全问题成了机械设备的重中之重。为了保护操作人员人身和设备安全、降低采矿成本、提高生产效率，采矿设备由机械化向自动化阶段过渡，国外一些矿山已经实现了或部分实现了自动化的目标。它的发展经过了人工控制、遥控控制、远距离控制、半自主控制、自主控制，如表1所示[2-4]。

1.1 人工控制

目前地下采矿设备基本上采用人工控制(如图1所示)，一机一人，其操作简单、成本低。由于这些设备是人工操作，工人劳动强度大、效率低，特别是岩石的崩落、车辆的振动、灰尘与柴油机排放的有害气体等恶劣的作业条件对司机的安全和职业健康造成直接威胁和危害。为了解决这个问题，人们开发了地下装载机遥控技术。

图1 人工控制地下装载机

1.2 遥控控制

1.2.1 视距控制(Line of sight control)

视距控制(如图2所示)是操作员位于作业区内的危险范围外，直接观察和控制设备。视距范围一般在5 m至250 m范围内。操作员可以看到车辆,并可以通过无线电装置(RRC)遥控车辆。视距遥控用得比较广泛。

图2 视距控制和无线电遥控装置

自从20世纪70年代开发出视距遥控地下装载机以来，视距遥控地下装载机得到迅速发展和应用。

1983年，长沙矿山研究院先后研制成功YK- 1、YK- 2、YKCY- 1.5和WJD- 1.5遥控地下装载机。20世纪80年代末，安庆铜矿引进美国Wagner公司ST- 5C型视距遥控地下装载机。特别是近几年，中钢集团衡阳机械有限公司生产的地下装载机基本上都可以配置各种遥控系统，目前在WJ- 0.4、WJ- 1.5、WJD- 2、WJD- 3机型上采用视距遥控技术，在WJ- 1.5、WJD- 2、WJ- 4机型上采用视频遥控技术，在这方面做了大量工作。总的说来，视距遥控地下装载机的自动化技术还在不断完善、不断发展，新的遥控地下装载机也在不断出现，应用范围也在不断

扩大，国内遥控技术同国外发达国家比还有很大差距，仍需努力，积极赶上。

1.2.2 视频遥控(Remote control with Video)

当车辆运行距离更远或车辆拐弯时，视距遥控就显得无能为力，需采用视频遥控。视频遥控类似于视距遥控系统(如图3所示)，只不过增加了一个视频监视器(如图4所示)，它适用于500 m范围内。

图3 视频遥控

图4 视频遥控器

1.3 远程遥控操作(Tele-remote operation)

远程遥控操作是指驾驶员在地面或地下的一个中央控制站远程控制地下装载机(如图5、图6所示)，距离在2 000 m范围内，远程遥控操作(Tele-remote operation)是向自动化车辆又迈进了一步。

图5 地面远程遥控地下装载机示意图

图6 地面远程遥控地下装载机

1.4 半自主(semi-autonomous)与自主(Autonomous)控制

随着计算机技术、通讯技术和人工智能技术的快速发展，近几年发展起来的最新技术半自主和自主地下装载机，是今后若干年地下装载机技术发展方向。其与远程遥控控制最大区别是一个司机可同时控制几台机器，而远程遥控控制是一个司机只能控制一台机器。半自主与自主控制在整个操作过程中是半自动或全自动的，而远程遥控控制在整个操作过程中都是人工控制。半自主与自主控制车辆，其运行速度也远比远程遥控控制快，生产效率也更高，安全性也更好。半自主与自主控制之间不同之处在于半自主控制在整个作业循环中，大部分作业时间是自动的，小部分作业时间靠人来完成。在生产循环中，铲装作业是在操作人员遥控操作下进行，运输、卸矿和返回是在机载计算机的自动控制下完成。自主控制在装载、运输、卸矿、返回整个作业循环都是自动的，操纵员只是起监视作用，是当前采矿设备中最先进最复杂的技术。

2 发展趋势

目前地下装载机自动化已发展到第四代，地下装载机下一步的发展趋势就是数字化与智能化。数字化与智能化矿山(无人采矿)总体来讲，就是矿山地面和井下的、人类从事矿产资源开采的各种动态、静态的信息都能够数字化，而且用计算机网络来管理，同时利用空间技术、自动定位和导航技术实现远程遥控和自动化采矿。矿山数字化是矿山智能化的基础，矿山智能化主要指的是智能采矿，即采矿决策过程高度可靠、准确。智能化采矿设备(机器人)与现代化采矿调度系统的集成，就是无人采矿。我国大约再过25～30年，或许更短时间就会实现整个矿山远程遥控和自动化采矿。能够满足这些要求的是车辆导航系统[5]。

导航是确定一台车辆的位置、走向和路线，随后引导车辆以合乎逻辑的方式运动到使设备能够履行其特定任务的一门科学。地下装载机导航主要用于引导自动化地下装载机从采场或矿堆沿着规定路线运输矿石到卸矿点，卸完料之后又沿原路自动返回原出发地。由此可见导航技术在地下装载机自动化中起着很关键作用，可以说地下装载机自动化的发展是随着导航技术的发展而发展的。

3 结束语

地下装载机发展经过人工控制、遥控控制、远距离控制到第四代的半自主控制、自主控制。自主或半自主控制的自动化虽有许多优点[1]，但也是一门十分复杂的技术，只是局部实现自动化，采矿全过程实现自动化的矿山仍不多，而且集中在几个大型矿山，地下装载机自主或半自主控制的自动化需要大量投资，技术要求高，需要一定量的高素质专门技术人才，这是一般矿山难以办到的，因此要推广普及更困难。但是随着经济的发展和科技的进步，人们对地下装载机自动化需求也愈来愈迫切，采矿自动化将成为未来发展的趋势。