关于当前露天矿智能化建设的思考

陈再明

（中煤平朔集团有限公司，山西 朔州 036002）

2020 年3 月，国家8 部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，要求“加强科技创新，推动物联网、大数据、人工智能等现代信息技术与煤炭产业的深度融合，完善多层次多类型人才培养体系，提升煤炭智能化水平，提高煤矿生产效率和安全生产水平。并要求建设一批效果突出、带动性强的示范工程，形成煤矿智能化产业发展模式。”指导意见明确了煤矿智能化建设目标任务，为煤矿智能化发展指明了方向。

目前，我国露天矿智能化建设正处于启步的时期。中煤平朔集团牵头编制了国内首部露天矿智能化建设规范，国家能源局正在征求智能化煤矿验收办法的意见，各研究所、科研院校从建设的角度提出了智能化矿山的架构，正在编制矿用卡车无人驾驶等行业标准，露天矿智能化建设正处于百花开放、百家争鸣的发展阶段。但也有一些研究机构不太了解现场需要，认为技术万能，把智能化技术作为“锤子”，遇到什么问题都想敲一下，一些矿山不了解技术进步的情况，因循守旧。为此，从露天矿山智能化建设应用实践方面，提出一些思考[1－5]。

1 露天矿智能化建设应构建“五个一”架构

以矿山应用的角度讲，智能化建设应构建“五个一”架构，具体如下：

1）构建矿区“一张图”。将矿区采掘场、排土场、工业场地和地面水电暖、通迅线路、道路、建筑物、铁路等地理信息和地质赋存信息汇集到”一张图“中，统一标准，定期更新，实现储量管理、采剥计算、设计优化、调度优化、边坡管理、土地管理等多项功能，这是建设矿山智能化的基础。现阶段应解决研发实时扫描仪器，对露天矿采场、排土场、道路等进行实时更新，以便满足卡车无人驾驶等现场实际需求。另外，随着露天矿现场采掘工程及生产钻探补充勘探，应定时煤岩赋存条件及煤岩属性等信息进行更新。

2）构建矿区“一张网”。将工业互联网、公司局域网、4G、5G 网络安全连接，构建为”一张网“，消除信息孤岛，实现信息互联互通。无线网络包括4G、WiFi6、5G 等，有线网络采用超万兆带宽设计，可承载露天矿所有有线网络，实现了露天矿有线、无线网络无缝连接。通过煤矿“一张网”的建设，实现露天矿安全、生产、管理等环节的数字、控制、语音、视频等海量信息高效实时传输，满足露天矿不同带宽、不同时延、不同接入密度的各类系统接入需求；保障露天矿恶劣条件下监测监控数据的实时交互，提升智能化系统的安全稳定性；保证露天矿所有智能化子系统融合接入，实现生产指挥透明管理和直观管理，大大提升信息的准确度和及时性，提升生产管理效率。

3）构建安全监控“一个平台”。将井工矿的六大系统、露天矿边坡监测系统、卡车防碰撞系统、爆破监控系统、选煤厂、煤化工以及矿区的安全监控纳入安全监控“一个平台”，实现“反三违”、防盗窃、风险隐患管理全时间、全覆盖、智能联动、闭环管理，构建本质安全型矿山。

4）构建生产指挥“一个中心”。以卡车调度系统和煤炭采装、运输、洗选、外运流程为基础，构建生产指挥“一个中心”，实现精细化管理，协同经营信息系统，为成本利润决策提供依据。

5）构建信息数据“一朵云”。现场数据能采必采，构建大数据分析平台，通过大数据进行辅助决策。

2 露天矿智能化建设的核心是卡车调度系统

露天矿智能化建设的核心是卡车调度系统，即通过卡车调度系统，真正实现分区域卡车的智能调度，提高设备效率；以调度系统为中枢，实现电铲、卡车（包括轮胎）、工程机械设备状态的实时在线和智能诊断，“未病防病，已病治病”，实现智能化检修；以调度系统的产量和运距为基础，通过柴油流量计等工具，实现不同运行工况柴油消耗的实时监控和分析，大幅度降低柴油单耗，实现碳减排。

2.1 卡车调度系统的现状

以中煤平朔集团为例，中煤平朔集团卡车调度系统于2019 年完成东露天矿卡车调度系统的新建和安太堡露天矿、安家岭露天矿卡车调度系统的整合工作，将原有卡车调度系统替换，重新规划通讯网络、规划车载设备、规划机房建设、历史卡调数据的转换、软件功能的整合，同时还建立了数据汇总平台，将3 个露天矿的设备定位、状态等基础数据和产量、里程等运行数据实时同步至公司层级数据汇总平台，便于公司各个部门对3 个露天矿卡调系统数据的访问。目前，各矿卡车调度系统平台运行正常，系统运行平稳，数据准确性在98%以上，实现了统一结构化设计、通讯网络的VLAN 划分、产量自动计算、断点续传功能，报表设计全面，钻机实现高精度定位。

2.2 存在的问题

虽然系统目前运行稳定，数据统计方面误差较小，仍存在问题如下：网络瓶颈，有限带宽限制图像、视频、语音等功能的拓展；驾驶室卡车防撞系统、司机疲劳监测等系统在驾驶室零乱布置、碎片化问题突出；钻机实时孔深信息无法采集；数据挖掘程度低；卡车实时动态调度没有应用。

2.3 未来发展方向

结合现状卡车调度系统，以问题为导向，卡车调度系统的拓展及优化未来从以下4 个方向开展[6-9]。

1）多源数据融合的卡车调度系统。多源数据包括图像数据、定位数据、状态数据等多种数据源，涉及的系统主要集中在设备驾驶室，包括卡车调度系统、司机疲劳监测系统、车辆防碰撞系统、360°安全倒车引导系统等，研究多源数据融合的卡车调度系统，将司机疲劳监测系统、360°环视影像系统、防碰撞系统、卡车调度系统等集成在工业级软硬件平台上，为司机提供一个简洁、舒适、减少视野遮挡的作业环境，有效降低矿山车辆驾驶事故的发生概率。

2）高精度钻机引导系统。对露天矿钻孔设备的位置、状态、孔位、孔深等信息的采集，实现对钻孔设备运行的实时跟踪与显示，通过钻孔过程的电流实时监控来判断岩性、修改装药设计，根据布孔参数快速形成作业计划，提高钻机作业精度和作业效率。

3）卡车调度系统数据挖掘。矿山生产管理日积月累了大量数据，不只是简单的查询和汇总，需要进行更高层次的挖掘和分析。

4）卡车分区域实时动态调度。实现卡车实时动态调度是卡车调度系统最精华的功能，但是卡车驾驶员习惯在熟悉的路线作业，卡车调度系统频繁规划路线不利于安全，因此各露天矿基本未实现实时动态调度功能。建议研究根据生产情况将整个生产矿区划分为若干子区域，子区域内的车铲实现卡车实时动态调度。

3 卡车无人驾驶是智能化研究方向

3.1 当前现状及存在的问题

当前，一些设备制造厂家和无人驾驶公司以及各露天矿，均将卡车无人驾驶作为露天矿智能化的核心，卡特彼勒已投入150 台无人驾驶卡车，累计运输10 亿t；小松投入100 台无人驾驶卡车，累计运输15 亿t；国能能源准能集团正在改造现有165 台矿用卡车，正在研发无人驾驶电铲；中煤平朔集团正在试验国内首台无人值守钻机，1 台套（7 台卡车）200 t 级无人驾驶卡车在东露天矿试运行；华能伊敏露天矿正在试验4 台200 t 级无人驾驶卡车；国家电投霍林河露天矿正在试验1 台12 m3无人驾驶电铲和卡车无人驾驶；宝日希勒正在试验极寒地区5 台卡车无人驾驶。从理论上讲，卡车无人驾驶可压缩每天的交接班、吃饭、夜班休息时间约2.5 h，可提高卡车效率10%。但实际上由于安全的原因、现在国内无人驾驶卡车的安全员仍不能下车，由于行驶速度较慢、对障碍物不能实时避让等原因，卡车无人驾驶效率只达到有人驾驶效率的50%左右。

3.2 未来研究方向

我国大型露天矿安全管理已经达到世界先进水平，一些无人驾驶公司以安全作为无人驾驶优于有人驾驶的理由是不成立的；一些矿山甚至将有人驾驶与无人驾驶混行作为项目亮点，但这只会增加系统的复杂性。卡车无人驾驶距离成熟尚需一段时间，仍需加强投入、通过长时间的运行来积累经验，生产效率达到有人驾驶的100%以上、运行成本降至有人驾驶的100%以下是卡车无人驾驶大规模推广的前提条件。电铲无人驾驶和推土机无人驾驶目前只是一种技术研究，推土机无人驾驶可用于抢险救灾，取代有人驾驶更需时日[10]。

4 当前露天矿智能化研究与实施重点

1）安全预警和辅助操作系统是研究重点。由于大型电铲、卡车和工程机械的视觉盲区较大，以及司机长时间操作存在疲劳驾驶，目前大型设备如电铲、卡车、推土机等急需使用雷达、红外、光学摄像头掌握全方位的作业情况，智能感知周边设备和人员并智能预警。另外，需要研发电铲辅助操作系统，提示电铲司机按设计标高采掘，并对台阶超高、大牙丢失等情况预警；卡车设备厂家应研发辅助倒车、辅助驾驶等技术，并将司机疲劳监测系统作为标准配置、集成到卡车调度系统实时上传并智能预警；推土机也需要研发辅助操作系统按设计标高排土。

2）固定场所智能巡检和无人值守是实施重点。随着我国人口老龄化的加剧，人力成本逐年增加，变电站、抽水泵站、地销磅房、装车站、带式输送机巡检、选煤厂以及供暖、供水等固定场所实现智能巡检和无人值守的技术已经成熟，具备实现无人值守的条件，是当前露天矿智能化的实施重点场所。

5 结语

露天智能化是建设安全、高效、绿色、智能矿山的关键，当前一方面要加强研究投入，另一方面要通过自主培养人才与产学研结合，加强智能化人才培养，“干中学，学中干，急用争学”，还要以矿山实际需求为主，提出智能化需求，与科研院校、研究机构、装备企业打造产学研一体化合作模式。