文/徐全恒 李琪敏 張瑩

本文基于對國內外露天礦山開采無人駕駛技術發(fā)展的趨勢的分析，系統(tǒng)解析露天礦山無人駕駛運輸項目的必要性。對煤礦、非煤礦山露天礦山無人駕駛安全運行以及安全運行標準體系建設提出建議，促進露天礦山智能化開采，實現礦山運輸本質安全。

近年來，“互聯網+”、人工智能和大數據等顛覆性技術方興未艾，拉開了第四次工業(yè)革命的序幕，加速了傳統(tǒng)行業(yè)變革的進程，德國提出了工業(yè)4.0，美國提出了“智慧地球”，中國提出了《中國制造2025》戰(zhàn)略，發(fā)展智能制造、智能裝備、智能生產成為工業(yè)界發(fā)展的主流方向。

《中國制造2025》是中國制造業(yè)未來10 年的頂層規(guī)劃和路線圖，通過努力實現中國制造向中國創(chuàng)造、中國速度向中國質量、中國產品向中國品牌三大轉變，推動中國到2025 年基本實現工業(yè)化，邁入制造強國行列?！吨袊圃?025》中，國家特別將人工智能列為十大戰(zhàn)略性新產業(yè)，自然資源部、國家發(fā)改委等部門大力推進智慧礦山、自動化礦山、綠色礦山建設，通過推廣應用工業(yè)機器人、智能裝備等措施，減少危險崗位作業(yè)人員數量，提升礦山本質安全水平。

露天礦山開采

隨著5G 網絡、機器學習、人工智能等技術的應用推廣，無人駕駛得到了快速的推進，近些年，國內無人駕駛產業(yè)出現井噴，一方面各類型的創(chuàng)業(yè)公司層出不窮，另一方面各級政府也出臺了支持智能駕駛的相關政策，大力支持無人駕駛技術的研發(fā)和應用。相對而言，露天礦山（煤礦、非煤礦山）作業(yè)道路的無人駕駛有一定的特殊性，其作業(yè)區(qū)域具備一定的限定性，在相對封閉的礦區(qū)，是無人駕駛最有可能落地的場景之一。因此，利用這次工業(yè)革命的機遇，建設露天礦山無人駕駛運輸，發(fā)展智能化開采，向智能礦山邁進，符合國家戰(zhàn)略，也是解決目前露天礦山企業(yè)面臨招工難、工效低、成本高、運輸事故多等問題的重要手段，是實現礦山綠色發(fā)展的必然選擇。

世界露天礦山開采無人駕駛技術發(fā)展趨勢

從20 世紀70 年代開始，美國、英國、德國等發(fā)達國家開始進行無人駕駛汽車的研究，在可行性和實用性方面都取得了突破性進展。無人駕駛依靠雷達傳感器、人工智能、監(jiān)控裝置、定位系統(tǒng)、互聯網等技術融合工作，讓車輛在計算機指揮下獨自完成汽車的行駛。在早些年，很多國家就開始在無人駕駛領域展開深度研究。無人駕駛汽車不再是單獨移動的車輛個體，需要通過傳統(tǒng)車輛機械結構和車載傳感器之間通信，來實現無人駕駛和避讓其他車輛行人、計算出路線并與乘客之間交互，這其中形成一個龐大的信息網絡。近年來，車載互聯系統(tǒng)和智能交通系統(tǒng)是無人駕駛汽車領域發(fā)展的催化劑，包括谷歌、百度、華為、騰訊、阿里、特斯拉、Uber、通用、福特等科技巨頭都進軍無人駕駛行業(yè)，取得了巨大的進展。

在礦山行業(yè)，智慧礦山未來最有前景的是井工礦無人開采和露天礦無人駕駛等應用領域。國外采礦目前已經發(fā)展成以運輸卡車無人駕駛為龍頭的自動化采礦階段。自動控制鉆機—穿孔作業(yè)、無人駕駛礦用卡車、GPS 卡車調度系統(tǒng)、邊坡位移實時監(jiān)測等技術已經應用嫻熟。

鐵礦石三巨頭之一的力拓集團（Rio Tinto）在4 個礦山中啟用了總共約73 輛無人駕駛卡車，這些卡車來自日本小松公司（Komatsu）。通過精確的GPS 導航系統(tǒng)，卡車能自動找到方向，并利用激光傳感器和雷達來發(fā)現障礙物。如果遇到故障，控制中心監(jiān)測到后和現場工作人員聯系，共同解決問題。從這4 個試水無人駕駛卡車的礦山開始，力拓集團的計劃是將旗下所有的礦山推行自動化。

卡特彼勒在1999 年研發(fā)出自動化的自卸礦用車，目前已經有數百臺在應用。小松、別拉斯等自卸礦用車生產商都已經陸續(xù)推出無人駕駛礦用車，目前在澳洲、加拿大、巴西等礦業(yè)大國已經總共投入使用近300 輛無人駕駛礦用車。

我國露天礦山開采無人駕駛面臨的機遇與挑戰(zhàn)

《中國制造2025》為中國制造業(yè)未來10 年設計頂層規(guī)劃和路線圖，特別將人工智能列為十大戰(zhàn)略性新產業(yè)。隨著5G 網絡傳輸技術商業(yè)化的應用、無人駕駛技術的推廣、智能制造裝備的研發(fā)以及其他信息技術快速發(fā)展，無人駕駛運輸將成為我國露天礦山智能化發(fā)展的重要應用方向。

隨著技術裝備的不斷改進，露天礦山開采比例的逐步提升，無人駕駛運輸迎來了前所未有的發(fā)展機遇。同時，因為作業(yè)環(huán)境的艱苦和社會經濟的發(fā)展，更多的年輕人不愿意去礦山從事艱苦枯燥的駕駛工作，由于工作性質特點，露天礦山企業(yè)面臨招工難、工效低、成本高、運輸事故多的問題越顯突出。另外，夜間作業(yè)、疲勞駕駛還容易增加安全隱患，導致傷亡事故。

運輸系統(tǒng)是露天礦山生產的動脈，也是露天礦山主要而薄弱的作業(yè)環(huán)節(jié)之一。目前，我國露天礦山運輸廣泛采用汽車運輸，是生產安全事故的多發(fā)因素，隨著時代的發(fā)展，露天開采水平的不斷提高，在新的開發(fā)環(huán)境下，采用何種運輸方式是未來露天礦山運輸系統(tǒng)選擇的一大課題。

露天礦山道路運輸路線相對集中，礦山道路運輸系統(tǒng)是根據地形條件，礦體賦存條件和開采規(guī)模，以一定的方式布置在一個比較固定的范圍內，所以運輸路線往往集中在相對的區(qū)域內。礦山運輸道路路況較為復雜，礦山道路修筑困難，使用期又較短，所以坡度大，轉彎多，轉彎半徑小，縱向坡度大，路面碎石多。加之影響露天礦山運輸安全的外界因素較多，因此目前我國露天礦山的駕駛運輸系統(tǒng)是整個露天礦山生產效率、產能達標、經營收入的重要環(huán)節(jié)，同時也是安全生產監(jiān)管的重點關鍵。

露天礦山無人駕駛安全標準的意義

國家發(fā)展規(guī)劃大力推進“智慧礦山、自動化礦山、綠色礦山”建設，在露天礦山應用“礦車無人駕駛技術”“5G 網絡技術”“人工智能技術”等先進科研技術有一定的優(yōu)越性。

制定露天礦山無人駕駛安全標準的意義，一是露天礦山區(qū)域相對封閉，人員、設備、道路、環(huán)境等條件相對穩(wěn)定，實施“礦車無人駕駛”前沿科學體系研究時，系統(tǒng)安全性相對較高，易于實施。二是露天礦山礦車運輸環(huán)境相對惡劣，粉塵、噪聲、礦車尾氣、輻射等對現場職工帶來一定危害，“無人駕駛”可減少采礦現場工作人員數量，保護職工健康，提高人工成本效率。三是礦用汽車司機工作期間需長時間駕駛（平均8 h），易疲勞，人員的“不安全狀態(tài)”影響車輛的安全運行，“無人駕駛”可大幅提高其安全性。四是“礦車無人駕駛”可穩(wěn)定、平順運行，可避免駕駛員“粗暴操作”帶來的設備損害，延長車輛使用壽命，相對減少其維檢修費用。五是技術應用穩(wěn)定成熟后，可提高礦車的生產運輸效率（臺年效率）。

露天礦山無人駕駛車輛

制定和發(fā)布露天礦山無人駕駛安全標準

內蒙古安全生產職業(yè)健康協會經近一年的前期調研走訪，并對包頭鋼鐵（集團）有限責任公司白云鄂博鐵礦實地考察基礎上，組織包頭鋼鐵（集團）有限責任公司白云鄂博鐵礦、內蒙古安邦安全科技有限公司、北京踏歌智行科技有限公司、內蒙古北方重型汽車股份有限公司、北京包鋼新源科技有限公司等單位，編制的T/NAJX 002—2020《露天礦山無人駕駛采場道路安全技術規(guī)范》和T/NAJX 003—2020《露天礦山無人駕駛車輛運行安全技術規(guī)范》兩個安全技術團體標準。目前已由應急出版社印刷出版，標準于2020 年11 月6 日發(fā)布，2021 年1 月1 日起正式實施。

標準明確了露天礦山無人駕駛車輛概念，定義了相關術語。明確了無人駕駛車輛運用基本原則、運行基本要求、車輛基本性能、車輛維保要求。提出了采場道路、采裝區(qū)、采場道路維護等安全技術標準要求；標準適用于露天煤礦、金屬非金屬露天礦山等固體礦產資源開采，具有較強實用性，是國內首次發(fā)布，填補了露天智能礦山無人駕駛運行安全標準體系的空白。

《露天礦山無人駕駛采場道路安全技術規(guī)范》全文共分為10 個章節(jié)，重點對采場道路的基本要求、采場道路的安全技術、采裝區(qū)的安全技術、跨路架空管線的安全、露天礦山排土場和轉載臺安全、采場道路的抑塵和采場道路的維護與管理等內容進行了闡述。明確了露天礦山無人駕駛采場道路建設、維護、管理、抑塵、跨路架空管線等方面的基本要求，以及露天礦山采場道路、采裝區(qū)、排土場、轉載臺等無人駕駛車輛運行區(qū)域的安全技術要求。

《露天礦山無人駕駛車輛運行安全技術規(guī)范》全文共分為9 個章節(jié)，重點對無人駕駛車輛的運用方面、無人駕駛車輛運行安全技術方面、無人駕駛車輛點巡檢安全方面、無人駕駛車輛運行安全作業(yè)方面、無人駕駛車輛維檢修方面和無人駕駛車輛安全管理方面進行了闡述。明確了露天礦山無人駕駛車輛運行基本原則、安全技術、系統(tǒng)功能、點巡檢、維檢修、運行安全管理等方面的基本要求。

《露天礦山無人駕駛采場道路安全技術規(guī)范》和《露天礦山無人駕駛車輛運行安全技術規(guī)范》不僅適用于露天煤礦、金屬非金屬露天礦山等固體礦產資源開采行業(yè)，利用無人駕駛車輛在采場道路開展運輸工作，其他具備封閉運輸條件的企業(yè)也可以參照使用。

編制《露天礦山無人駕駛采場道路安全技術規(guī)范》《露天礦山無人駕駛車輛運行安全技術規(guī)范》，進一步完善了露天礦山無人駕駛安全運行標準體系，指導露天礦山實施“無人駕駛”技術體系時能夠安全運行，提供了可靠依據。從而實現露天礦山運輸系統(tǒng)安全運行、降本增效、節(jié)能環(huán)保的目標。

露天礦山無人駕駛運輸的實現，進一步體現了“少人則安、無人則安”的安全理念，完善了“機械化換人、自動化減人、智能化無人”安全駕駛標準體系，是促進露天礦山智能開采本質安全的必經之路。