智能卡车调度系统在塞尔维亚波尔市VK露天矿的运用

简锡明，陈耀煌

(紫金矿业集团股份有限公司，福建 上杭 364200)

塞尔维亚波尔市Veliki Krivelj 矿(简称VK矿)是塞尔维亚境内规模最大的露天铜矿山，也是一个世界级的露天矿山。VK矿开建于1979年，1983年投产，迄今已有43年历史，现保有铜矿资源量矿石量7.1亿t，铜金属量229万t，平均品位0.322%。矿山采用大型化设备作业，采用16 m3、18 m3与22 m3的电动液压挖掘机与136 t、220 t与240 t级自卸卡车，年采剥总量达62 Mt，年采矿23.1 Mt。

VK矿生产时间较久，在采矿作业过程中采用的是人工调度车辆的方式，生产数据采用的是手工绘图与手工统计报表，在生产组织上往往出现调度不及时、车辆等候时间过长、车辆迟滞现象严重、作业效率不高的问题。同时，手工绘图与手工统计报表，常常发生统计失误的现象，影响了准确性与及时性。而且，手工统计报表保管难度也大，容易出现档案丢失的情况。为进一步提升设备效率，优化矿卡的运行，提高报表的及时性与准确性，节约成本，挖潜增效，建设世界一流的智慧数字矿山。VK矿于2020年引进了智能卡车调度系统(简称卡调系统)，于2021年7月投入使用。

露天智能卡调系统是将计算机技术、自动化技术、通讯技术、电子技术，全球卫星定位GPS技术等结合在一起，运用于采矿工程中的数字化矿山建设系统。随着露天矿山设备大型化、机械化、自动化程度的提高，矿山采剥运输费用占生产总成本的比例也越来越高，一般占整个露天矿山生产成本的60%[1]以上。据统计，VK矿的采剥运输成本占采选总成本的63%。智能卡车调度系统的成功运用，对矿山提高生产效率、降低投资成本、减少运营成本、提升矿山经济效益与智能化建设水平，具有极其重要的意义。

1 卡调系统的技术原理与系统架构

卡调系统由硬件与软件构成，以计算机技术为基础，充分利用全球卫星定位系统(GPS系统或北斗系统)，以数据库为核心，综合无线传输技术，将位置信息传输至终端设备和内部接收模板，用于实现设备实时调度、监测、统计、对比、分析、决策、反馈等功能[2]。其硬件主要包括中央计算机系统、车载智能终端、无线通讯系统和全球定位系统[3]。软件包括为满足客户不同需求而开发的软件操作平台，主要包括矿卡/挖机/钻机等设备精确定位、智能调度、产量统计、自动报表等功能以及根据各矿山个性化需求而开发的使用功能。

VK矿智能卡调系统在架构上通过GPS全球定位系统，采用MESH无线网传输，并通过4个固定基站与2个移动基站信号连接，将车载终端、挖机终端、钻机终端等全面联系在一起[4]。在调度中心通过光纤与网络交换机连接，采用中央计算机系统运算，运用开发的调度平台软件，将数据传输到卡调中心用户电脑端，并通过大屏幕投放让调度员实现实时调度(如图1、2、3所示)。

图1 智能卡车调度系统网络基站布置图Fig.1 Diagram network of intelligent truck dispatching system

图2 智能卡车调度系统硬件布设图Fig.2 Hardware layout of intelligent truck dispatching system

图3 智能卡车调度系统视频监控图Fig.3 Video surveillance diagram of intelligent truck dispatching system

2 卡调系统的主要功能

根据VK矿的实际情况，卡调系统开发的主要功能包括车辆实时定位系统、及时报警系统、生产调度与智能调度系统、车辆防碰撞系统、自动计量与报表系统等。

车辆实时定位系统：通过GPS定位模块，对安装的终端设备(电铲、矿卡等)进行实时定位以及历史轨迹查询。

及时报警系统：对设备异常情况给予及时报警、提醒。包括挖机待装超时、卡车无故停车、缺少驾驶员、超速行驶、车辆故障等情况。

生产调度与智能调度系统：生产调度系统由中控室调度中心控制系统与转载终端控制系统构成。调度管理人员可以即时对采场内所有的车载终端的电铲、矿卡进行调度，统一安排生产。调度指令可以通过系统下达，同时可以用对讲机系统实时与驾驶员保持沟通。智能调度系统通过计算机系统对运输路径与运输时间进行测算，从而自动对终端铲装设备与运输设备派发指令，节省时间，提高效率。系统可以根据设备作业的起点、终点，自动优化行驶路径，根据电铲的作业效率和车辆的运输效率，自动测算出最优的车辆配比与行驶路径，并在车辆终端页面、中控室调度控制台上显示所建议的导航路径。

车辆防碰撞系统：当车辆之间距离相距30 m相向行驶，速度在15 km/h以上时，车载终端会进行互相提醒，在雨雪大雾天气时，可以对相向行驶车辆进行提前预警，预防事故发生。

自动计量与报表系统：卡调系统自动计算出各电铲产量、各排卸点产量、各卡车产量、各作业点产量等数据。并根据生产需求，累计开发应用生产统计报表，由英语、塞语双语实施，实现对设备运行全流程的记录，并具有回放功能，可以随时备案与调查。

其他辅助设备：包括高清摄像头、无线对讲系统等。高清摄像头具备调焦功能，可以看清3 km范围内工作场景。在露采四周安装了高清摄像头，结合卡调系统与无线对讲系统，可以实时对生产现场进行调度，对异常情况进行调查与监控。

3 应用情况

VK矿运用卡调系统将采掘设备、运输设备、穿孔设备与道路优化、生产调度等有机结合在一起，形成统一的调度管控系统。自卡调系统投入使用以来，车辆安全管理得到了进一步的加强，作业效率得到了明显的提高，有效地提升了产量，节约了成本，带来了巨大的经济效益。

3.1 安全管理提升

露天采矿安全管理一个很重要的方面就是车辆行驶安全管理。塞尔维亚冬季雨雪大雾天气较多，在冬季生产期间，卡调系统能很好地调度车辆作业情况，保持车距，在相向会车过程中，驾驶员可以提前30 m得到会车预警，及时做好会车避让等，减少车辆交通安全事故发生概率。在交接班期间，卡调系统可以有序地指挥车辆停靠，驾驶员做到有序的交接与行车前车检，做好交接班记录，不仅提高了交接班效率，并且提升了整个作业场所的秩序与安全性。

3.2 设备作业效率提升

在卡调系统投入使用之前，2021年1—7月份，矿卡设备出勤率为83.3%；卡调系统投入使用后，2021年8—12月，矿卡设备出勤率提高至88.3%；2022年1—6月矿卡设备出勤率提高至90.1%提高了6.8个百分点。2022年采剥总量为6 200万t，可潜在提升421.6万t的产量，并节省大量成本。卡调系统对设备效率的提高主要体现在减少设备运行的迟滞、停顿现象[5]。卡调系统可以对每台矿卡运行道路及运往电铲作业点、矿石破碎站、废石破碎站或排土场的时间做出精确的测算，通过及时预警与调度，对排队超过10 min的矿卡，可及时调整到附近另外一台电铲中，减少不必要的等候时间。同时，根据塞尔维亚国家法律，每名驾驶员每班有30 min的休息与茶歇时间，在缺乏卡调系统监控期间，部分驾驶员休息可能会超过40 min，甚至达到1 h，卡调系统投入使用后，可以对驾驶员的休息时间做出及时预警，提高工作效率。

3.3 有效节约成本

露天采矿大宗成本的支出主要体现在柴油、电力与炸药的消耗，以及人工成本和维修费用。在露天矿所有成本开支中，柴油消耗成本占了47.5%，炸药消耗成本占了12.0%。矿卡在重载上坡等候期间，将浪费大量不必要的燃油，卡调系统的成功运用，使车辆不必要的等候时间大幅减少，提升了6.8个百分点的设备出勤率，可节省燃油消耗约6.8个百分点。VK矿一年柴油消耗量达3 035万升，卡调系统的成功运用意味着每年可节省约206万升柴油，并且提高了产量，减少了碳排放，产生了巨大的经济效益与社会效益。

3.4 报表与统计

智能报表与统计的投入使用，可大幅减少不必要的人工测算与报表的整理，同时对于矿卡数据的精确统计，有利于单铲单车生产效率的统计，推进单铲单车的产量考核，提高操作员的责任意识，提高设备生产率。产量报表统计的准确性与测绘结果可相互验证，确保生产报表误差不超过2%，避免作业环节中出现漏报或多报现象。对于生产环节中出现误报的情况，卡调系统可以对车辆的运行轨迹与作业时间进行重播与检测，进一步提高计量的准确性。

4 存在的问题及提升建议

VK矿卡调系统的引进大幅提高了作业效率，节约了成本，但在使用过程中也存在一些问题，如部分车辆行驶轨迹丢失、自动报表与手工结算报表的数据偏差等。同时，在生产智能化调度与智能化管控方面，还有待进一步的提升。

4.1 信号的加强

由于VK露天矿范围较广，南北长2.5 km，东西宽1.8 km，最高标高达600 m，最低标高为5 m，垂向延深达595 m，同时，需要兼顾到周边3个排土场的信号传输需要，目前卡调系统只有4个固定基站加2个移动基站，难以完全满足要求，尤其是在东北部排土场以及坑底平台运矿时期，矿卡有时会出现信号丢失的现象，导致运距与产量报表数据出现偏差。为了加强信号，以及做到整个卡调系统的全覆盖，需要在矿区范围内增补7个信号塔，这样可以进一步提高调度的精确性。同时，可以进一步提升报表的准确性，将报表偏差由现有的2%减少到0.1%。根据报表数据，可以实现对每班电铲与矿卡的产量进行单机考核，在重点突进作业面，要求22 m3电铲每天产量不低于3.5万t，卡调系统可以进行及时的考核与报告，从而进一步提高作业效率。

4.2 智能配矿系统的开发

VK矿的矿化情况基本是深部为高品位矿石，中部为低品位矿石，在7万t/d技改投产后，每天将有十余个作业面出矿，现有人工测算与调度的模式已经不能满足生产的需求。卡调系统智能配矿的开发，可以根据采厂各爆堆矿量、品位、运距、运输时间等情况，以及根据选厂入选品位需要，自动提醒相应爆堆的配矿计划，自动记录相应爆堆矿量的存量与消耗量，及时提醒进一步做好穿孔与备矿工作，实现均衡出矿[6]。智能配矿软件的运用，需要用到Surpac或3DMine、Deswick等三维矿山软件。需要准备具有一定属性的线文件，将爆堆的编号、位置、品位数据、矿量数据等提前输入，再导入卡调系统软件中，这在塞尔维亚也是首次使用，因而对地质工程师需要提前做好培训，对卡调中心调度员的监管与运用也需要做好交接。

4.3 高精度钻机与高精度挖机

现有炸药消耗成本占露天矿总成本的12%，为进一步降低炸药单耗，提高钻机作业效率，可以采用卡调高精度钻机系统。根据作业区域岩性的软硬程度，合理调整炮孔间距。通过多次爆破试验，以及对矿区岩性分布的研究，明确在泥灰岩、黏土等软弱岩性中不需要爆破，直接铲装；在页岩、灰岩中，采用7 m×7 m的孔网参数进行松动爆破；在热液改性高岭土安山岩和火山碎屑岩中，采用5 m×6 m的孔网参数进行松动爆破；在热液改性硅化安山岩中，采用5 m×4 m的孔网参数进行松动爆破。采用分区域钻孔爆破形式，能够有效降低爆破成本。

采用高精度钻机技术，可以有效减少人工监管，提高效率，减少失误。主要通过精确导航定位技术、高精度自动布孔，以高性能无线网络通讯技术联接，可实现钻孔作业过程的自动监控监测，自动搜索设计孔位，提高作业的有效性与安全性[7]。高精度钻机的运用，预计可以提升钻机作业效率8%，并有效地实现爆破孔网参数的有效调整，节省炸药单耗5%。

在现场管理中还存在一个难点，爆破后矿岩界线不清楚，电铲作业面宽，矿石贫化难以控制。目前现场管理采用地质插旗的方法，对矿岩边界进行标识，但插旗过程中受个人经验判断的因素影响较大。采用电铲高精度定位系统，将矿岩边界的电子图输入系统，通过高精度GPS定位，可以精确控制电铲作业范围，杜绝越界开挖，减少矿岩混装现象，有效改善贫化损失问题，加强矿山品位控制，提高矿山经济效益。

4.4 成本管理

矿山成本管理中，油耗的管理尤其重要，可将油耗、电耗、维修费用等重要成本数据，分解至每一台设备中，结合设备的产量，进行有效的管理，实现所有电铲、矿卡等设备的产量与油耗、电耗、维修成本的有机结合，从而最终有效实现对单位机械成本的管理[8]。同时，可以结合经济责任考核，设计单机的考核油耗指标，对于成本异常的机械设备要分析原因；对于成本管控良好、成本有节省的机械设备操作手可以给予绩效奖励。

5 结论

卡调系统在塞尔维亚VK矿的投入使用，有效地提高了矿山安全管理水平，提高了生产效率，实现了车辆实时定位、车辆防碰撞预警、生产实时调度与系统智能调度，大幅降低了车辆会车风险，提高了设备出勤率，降低了生产成本。随着卡调系统的进一步提升与完善，VK矿可进一步提高卡调系统的精度与报表的准确性，引进智能配矿系统、高精度钻机系统与高精度挖机系统，同时将油耗、电耗等成本管理措施集中在卡调系统中，进一步提升效率，节省油耗与炸药单耗，提升精细化管理水平。卡调系统的成功运用，使VK矿在设备大型化基础上，自动化、智能化管控水平得到了跨越式的发展，进而打造塞尔维亚境内规模最大、自动化程度最高的新时代智慧数字露天矿山。