陳再明

（中煤平朔集團有限公司，山西 朔州 036002）

2020 年3 月，國家8 部委聯(lián)合印發(fā)《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》，要求“加強科技創(chuàng)新，推動物聯(lián)網、大數據、人工智能等現(xiàn)代信息技術與煤炭產業(yè)的深度融合，完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系，提升煤炭智能化水平，提高煤礦生產效率和安全生產水平。并要求建設一批效果突出、帶動性強的示范工程，形成煤礦智能化產業(yè)發(fā)展模式?！敝笇б庖娒鞔_了煤礦智能化建設目標任務，為煤礦智能化發(fā)展指明了方向。

目前，我國露天礦智能化建設正處于啟步的時期。中煤平朔集團牽頭編制了國內首部露天礦智能化建設規(guī)范，國家能源局正在征求智能化煤礦驗收辦法的意見，各研究所、科研院校從建設的角度提出了智能化礦山的架構，正在編制礦用卡車無人駕駛等行業(yè)標準，露天礦智能化建設正處于百花開放、百家爭鳴的發(fā)展階段。但也有一些研究機構不太了解現(xiàn)場需要，認為技術萬能，把智能化技術作為“錘子”，遇到什么問題都想敲一下，一些礦山不了解技術進步的情況，因循守舊。為此，從露天礦山智能化建設應用實踐方面，提出一些思考[1－5]。

1 露天礦智能化建設應構建“五個一”架構

以礦山應用的角度講，智能化建設應構建“五個一”架構，具體如下：

1）構建礦區(qū)“一張圖”。將礦區(qū)采掘場、排土場、工業(yè)場地和地面水電暖、通迅線路、道路、建筑物、鐵路等地理信息和地質賦存信息匯集到”一張圖“中，統(tǒng)一標準，定期更新，實現(xiàn)儲量管理、采剝計算、設計優(yōu)化、調度優(yōu)化、邊坡管理、土地管理等多項功能，這是建設礦山智能化的基礎?，F(xiàn)階段應解決研發(fā)實時掃描儀器，對露天礦采場、排土場、道路等進行實時更新，以便滿足卡車無人駕駛等現(xiàn)場實際需求。另外，隨著露天礦現(xiàn)場采掘工程及生產鉆探補充勘探，應定時煤巖賦存條件及煤巖屬性等信息進行更新。

2）構建礦區(qū)“一張網”。將工業(yè)互聯(lián)網、公司局域網、4G、5G 網絡安全連接，構建為”一張網“，消除信息孤島，實現(xiàn)信息互聯(lián)互通。無線網絡包括4G、WiFi6、5G 等，有線網絡采用超萬兆帶寬設計，可承載露天礦所有有線網絡，實現(xiàn)了露天礦有線、無線網絡無縫連接。通過煤礦“一張網”的建設，實現(xiàn)露天礦安全、生產、管理等環(huán)節(jié)的數字、控制、語音、視頻等海量信息高效實時傳輸，滿足露天礦不同帶寬、不同時延、不同接入密度的各類系統(tǒng)接入需求；保障露天礦惡劣條件下監(jiān)測監(jiān)控數據的實時交互，提升智能化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性；保證露天礦所有智能化子系統(tǒng)融合接入，實現(xiàn)生產指揮透明管理和直觀管理，大大提升信息的準確度和及時性，提升生產管理效率。

3）構建安全監(jiān)控“一個平臺”。將井工礦的六大系統(tǒng)、露天礦邊坡監(jiān)測系統(tǒng)、卡車防碰撞系統(tǒng)、爆破監(jiān)控系統(tǒng)、選煤廠、煤化工以及礦區(qū)的安全監(jiān)控納入安全監(jiān)控“一個平臺”，實現(xiàn)“反三違”、防盜竊、風險隱患管理全時間、全覆蓋、智能聯(lián)動、閉環(huán)管理，構建本質安全型礦山。

4）構建生產指揮“一個中心”。以卡車調度系統(tǒng)和煤炭采裝、運輸、洗選、外運流程為基礎，構建生產指揮“一個中心”，實現(xiàn)精細化管理，協(xié)同經營信息系統(tǒng)，為成本利潤決策提供依據。

5）構建信息數據“一朵云”?，F(xiàn)場數據能采必采，構建大數據分析平臺，通過大數據進行輔助決策。

2 露天礦智能化建設的核心是卡車調度系統(tǒng)

露天礦智能化建設的核心是卡車調度系統(tǒng)，即通過卡車調度系統(tǒng)，真正實現(xiàn)分區(qū)域卡車的智能調度，提高設備效率；以調度系統(tǒng)為中樞，實現(xiàn)電鏟、卡車（包括輪胎）、工程機械設備狀態(tài)的實時在線和智能診斷，“未病防病，已病治病”，實現(xiàn)智能化檢修；以調度系統(tǒng)的產量和運距為基礎，通過柴油流量計等工具，實現(xiàn)不同運行工況柴油消耗的實時監(jiān)控和分析，大幅度降低柴油單耗，實現(xiàn)碳減排。

2.1 卡車調度系統(tǒng)的現(xiàn)狀

以中煤平朔集團為例，中煤平朔集團卡車調度系統(tǒng)于2019 年完成東露天礦卡車調度系統(tǒng)的新建和安太堡露天礦、安家?guī)X露天礦卡車調度系統(tǒng)的整合工作，將原有卡車調度系統(tǒng)替換，重新規(guī)劃通訊網絡、規(guī)劃車載設備、規(guī)劃機房建設、歷史卡調數據的轉換、軟件功能的整合，同時還建立了數據匯總平臺，將3 個露天礦的設備定位、狀態(tài)等基礎數據和產量、里程等運行數據實時同步至公司層級數據匯總平臺，便于公司各個部門對3 個露天礦卡調系統(tǒng)數據的訪問。目前，各礦卡車調度系統(tǒng)平臺運行正常，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，數據準確性在98%以上，實現(xiàn)了統(tǒng)一結構化設計、通訊網絡的VLAN 劃分、產量自動計算、斷點續(xù)傳功能，報表設計全面，鉆機實現(xiàn)高精度定位。

2.2 存在的問題

雖然系統(tǒng)目前運行穩(wěn)定，數據統(tǒng)計方面誤差較小，仍存在問題如下：網絡瓶頸，有限帶寬限制圖像、視頻、語音等功能的拓展；駕駛室卡車防撞系統(tǒng)、司機疲勞監(jiān)測等系統(tǒng)在駕駛室零亂布置、碎片化問題突出；鉆機實時孔深信息無法采集；數據挖掘程度低；卡車實時動態(tài)調度沒有應用。

2.3 未來發(fā)展方向

結合現(xiàn)狀卡車調度系統(tǒng)，以問題為導向，卡車調度系統(tǒng)的拓展及優(yōu)化未來從以下4 個方向開展[6-9]。

1）多源數據融合的卡車調度系統(tǒng)。多源數據包括圖像數據、定位數據、狀態(tài)數據等多種數據源，涉及的系統(tǒng)主要集中在設備駕駛室，包括卡車調度系統(tǒng)、司機疲勞監(jiān)測系統(tǒng)、車輛防碰撞系統(tǒng)、360°安全倒車引導系統(tǒng)等，研究多源數據融合的卡車調度系統(tǒng)，將司機疲勞監(jiān)測系統(tǒng)、360°環(huán)視影像系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)、卡車調度系統(tǒng)等集成在工業(yè)級軟硬件平臺上，為司機提供一個簡潔、舒適、減少視野遮擋的作業(yè)環(huán)境，有效降低礦山車輛駕駛事故的發(fā)生概率。

2）高精度鉆機引導系統(tǒng)。對露天礦鉆孔設備的位置、狀態(tài)、孔位、孔深等信息的采集，實現(xiàn)對鉆孔設備運行的實時跟蹤與顯示，通過鉆孔過程的電流實時監(jiān)控來判斷巖性、修改裝藥設計，根據布孔參數快速形成作業(yè)計劃，提高鉆機作業(yè)精度和作業(yè)效率。

3）卡車調度系統(tǒng)數據挖掘。礦山生產管理日積月累了大量數據，不只是簡單的查詢和匯總，需要進行更高層次的挖掘和分析。

4）卡車分區(qū)域實時動態(tài)調度。實現(xiàn)卡車實時動態(tài)調度是卡車調度系統(tǒng)最精華的功能，但是卡車駕駛員習慣在熟悉的路線作業(yè)，卡車調度系統(tǒng)頻繁規(guī)劃路線不利于安全，因此各露天礦基本未實現(xiàn)實時動態(tài)調度功能。建議研究根據生產情況將整個生產礦區(qū)劃分為若干子區(qū)域，子區(qū)域內的車鏟實現(xiàn)卡車實時動態(tài)調度。

3 卡車無人駕駛是智能化研究方向

3.1 當前現(xiàn)狀及存在的問題

當前，一些設備制造廠家和無人駕駛公司以及各露天礦，均將卡車無人駕駛作為露天礦智能化的核心，卡特彼勒已投入150 臺無人駕駛卡車，累計運輸10 億t；小松投入100 臺無人駕駛卡車，累計運輸15 億t；國能能源準能集團正在改造現(xiàn)有165 臺礦用卡車，正在研發(fā)無人駕駛電鏟；中煤平朔集團正在試驗國內首臺無人值守鉆機，1 臺套（7 臺卡車）200 t 級無人駕駛卡車在東露天礦試運行；華能伊敏露天礦正在試驗4 臺200 t 級無人駕駛卡車；國家電投霍林河露天礦正在試驗1 臺12 m3無人駕駛電鏟和卡車無人駕駛；寶日希勒正在試驗極寒地區(qū)5 臺卡車無人駕駛。從理論上講，卡車無人駕駛可壓縮每天的交接班、吃飯、夜班休息時間約2.5 h，可提高卡車效率10%。但實際上由于安全的原因、現(xiàn)在國內無人駕駛卡車的安全員仍不能下車，由于行駛速度較慢、對障礙物不能實時避讓等原因，卡車無人駕駛效率只達到有人駕駛效率的50%左右。

3.2 未來研究方向

我國大型露天礦安全管理已經達到世界先進水平，一些無人駕駛公司以安全作為無人駕駛優(yōu)于有人駕駛的理由是不成立的；一些礦山甚至將有人駕駛與無人駕駛混行作為項目亮點，但這只會增加系統(tǒng)的復雜性?？ㄜ嚐o人駕駛距離成熟尚需一段時間，仍需加強投入、通過長時間的運行來積累經驗，生產效率達到有人駕駛的100%以上、運行成本降至有人駕駛的100%以下是卡車無人駕駛大規(guī)模推廣的前提條件。電鏟無人駕駛和推土機無人駕駛目前只是一種技術研究，推土機無人駕駛可用于搶險救災，取代有人駕駛更需時日[10]。

4 當前露天礦智能化研究與實施重點

1）安全預警和輔助操作系統(tǒng)是研究重點。由于大型電鏟、卡車和工程機械的視覺盲區(qū)較大，以及司機長時間操作存在疲勞駕駛，目前大型設備如電鏟、卡車、推土機等急需使用雷達、紅外、光學攝像頭掌握全方位的作業(yè)情況，智能感知周邊設備和人員并智能預警。另外，需要研發(fā)電鏟輔助操作系統(tǒng)，提示電鏟司機按設計標高采掘，并對臺階超高、大牙丟失等情況預警；卡車設備廠家應研發(fā)輔助倒車、輔助駕駛等技術，并將司機疲勞監(jiān)測系統(tǒng)作為標準配置、集成到卡車調度系統(tǒng)實時上傳并智能預警；推土機也需要研發(fā)輔助操作系統(tǒng)按設計標高排土。

2）固定場所智能巡檢和無人值守是實施重點。隨著我國人口老齡化的加劇，人力成本逐年增加，變電站、抽水泵站、地銷磅房、裝車站、帶式輸送機巡檢、選煤廠以及供暖、供水等固定場所實現(xiàn)智能巡檢和無人值守的技術已經成熟，具備實現(xiàn)無人值守的條件，是當前露天礦智能化的實施重點場所。

5 結語

露天智能化是建設安全、高效、綠色、智能礦山的關鍵，當前一方面要加強研究投入，另一方面要通過自主培養(yǎng)人才與產學研結合，加強智能化人才培養(yǎng)，“干中學，學中干，急用爭學”，還要以礦山實際需求為主，提出智能化需求，與科研院校、研究機構、裝備企業(yè)打造產學研一體化合作模式。