趙英拓，汪洪志，孫鵬遠(yuǎn)

（撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 東露天礦，遼寧 撫順 113006）

當(dāng)前，新一輪科技革命衍生出的云計(jì)算、人工智能等高新技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)不斷融合[1]，給煤炭工業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，建設(shè)智能化露天礦已經(jīng)成為礦山發(fā)展的最新目標(biāo)。對(duì)于傳統(tǒng)的單斗鐵道工藝露天礦，雖然擁有豐富的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，但也亟需依托云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)手段[2]，進(jìn)一步提升各環(huán)節(jié)生產(chǎn)效率和安全性。撫順東露天礦沿襲百年老礦撫順西露天礦開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，采用單斗鐵道工藝開(kāi)采油頁(yè)巖，開(kāi)采技術(shù)較為成熟，具有豐富的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，但相比智能礦山而言，單斗鐵道工藝露天礦存在著工序繁雜、人工投入多、生產(chǎn)效率低的問(wèn)題。煤礦智能化時(shí)代，傳統(tǒng)工藝露天礦亟需打破陳規(guī)，吐故納新，在技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠為原則下，逐步在設(shè)備和管理方面進(jìn)行智能化升級(jí)，不斷提高單斗鐵道工藝露天礦智能化水平。

1 露天礦單斗鐵道工藝生產(chǎn)難點(diǎn)

露天礦開(kāi)采過(guò)程中，單斗電鏟和鐵道運(yùn)輸相配合的工藝具有悠久的歷史[3]，該工藝具有生產(chǎn)能力大、巖性和氣候適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距長(zhǎng)和節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。撫順東露天礦礦區(qū)呈深凹狹長(zhǎng)型，單斗鐵道工藝可充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距長(zhǎng)、適宜長(zhǎng)距離工作線的優(yōu)勢(shì)，但該工藝也存在著不足，主要為電鏟采掘精度低、電機(jī)車冒進(jìn)信號(hào)、地形測(cè)繪工作量大和端幫臺(tái)階擴(kuò)采滯后等問(wèn)題。

1）單斗電鏟采掘精度低。撫順東露天礦單斗電鏟型號(hào)主要有WK－4、FWK－6 和WK－10 等類型，勺斗容積分別為4、6、10 m3，采掘作業(yè)時(shí)由操作員操控電鏟，采掘質(zhì)量要求達(dá)到幫齊底平，30 m 工作線長(zhǎng)度內(nèi)采后地盤(pán)高低差要求不大于0.3 m，坡頂線里進(jìn)外出不大于1 m。露天礦采場(chǎng)的幫齊底平既是安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的要求，也是安全高效生產(chǎn)的重要保證，對(duì)于鐵道運(yùn)輸露天礦而言，電鏟采后平盤(pán)的平整度和坡度是否滿足鐵路移設(shè)要求，直接關(guān)系到鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)延伸速度和擴(kuò)幫進(jìn)度。東露天礦為典型的深凹型露天礦，設(shè)計(jì)空、重列車運(yùn)輸最大縱向坡度不大于15‰，為確保鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)有序下延，新水平臺(tái)階開(kāi)段溝縱向坡度必須不大于15‰。目前，電鏟在新水平臺(tái)階拉溝、鐵路站場(chǎng)干線區(qū)間調(diào)坡作業(yè)時(shí)，事先由生產(chǎn)技術(shù)人員使用手持GPS 定位儀現(xiàn)場(chǎng)采集標(biāo)高，完成采掘工程設(shè)計(jì)后，采用插指示旗或鐵路軌面標(biāo)記等方式放點(diǎn)，指導(dǎo)電鏟司機(jī)掌握采掘標(biāo)高。這種繁雜流程，存在較多弊端:①生產(chǎn)技術(shù)人員手動(dòng)取樣、放樣，電鏟司機(jī)讀數(shù)、操作，工序繁雜，人為誤差較大；②爆破震動(dòng)，工程機(jī)械設(shè)備碾壓，指示旗掩埋丟失，雨雪、滲透水影響指示旗字跡模糊等原因[4]，均會(huì)導(dǎo)致電鏟司機(jī)讀數(shù)出現(xiàn)偏差。上述問(wèn)題，會(huì)直接降低電鏟采掘標(biāo)高精確度，影響幫齊底平質(zhì)量，降低生產(chǎn)效率，甚至還會(huì)對(duì)站場(chǎng)和鐵路移設(shè)工期造成影響。結(jié)合現(xiàn)狀，亟需引用新的技術(shù)，改變現(xiàn)有的生產(chǎn)作業(yè)方式，提高電鏟采掘精度及生產(chǎn)效率。

2）列車冒進(jìn)信號(hào)。撫順東露天礦采礦列車由準(zhǔn)軌電機(jī)車和15 節(jié)車盒組成，準(zhǔn)軌電機(jī)車型號(hào)有ZG150－1500、EL－1、37E、協(xié)設(shè)100T 斬波等類型，列車容積345 m3，平均長(zhǎng)度230 m。列車由司機(jī)和車長(zhǎng)操控，允許牽引和推進(jìn)運(yùn)行，指示信號(hào)有2 種類型，分別為色燈信號(hào)機(jī)信號(hào)和手旗信號(hào)[5]。列車處于牽引、推進(jìn)狀態(tài)時(shí)，分別由司機(jī)、車長(zhǎng)負(fù)責(zé)瞭望線路和信號(hào)。運(yùn)行過(guò)程中，主要在進(jìn)站、限速路段和裝車期間存在安全隱患。列車進(jìn)站前，如遇色燈信號(hào)機(jī)故障及司機(jī)（車長(zhǎng)）狀態(tài)不佳等情況，會(huì)因未確認(rèn)地面信號(hào)造成冒進(jìn)信號(hào)事故；線路管理單位在鐵路質(zhì)量達(dá)不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)段設(shè)置臨時(shí)限速牌、解除牌[6]，如司機(jī)（車長(zhǎng)）未看到限速牌，或限速牌受天氣影響指示不清晰，往往會(huì)造成超速行車，冒進(jìn)信號(hào)事故；電鏟裝車前，電鏟操作員（副司機(jī)）持手旗引導(dǎo)列車定位停車，裝車時(shí)，需列車車長(zhǎng)持手旗引導(dǎo)列車間斷行駛，完成逐節(jié)車盒與電鏟勺斗定位，這種人工引導(dǎo)列車定位的方式，受雨、雪、霧天氣影響，存在冒進(jìn)信號(hào)隱患，也嚴(yán)重影響采裝效率。上述事件的共同點(diǎn)都需要人工確認(rèn)行車信號(hào)，列車的安全運(yùn)行太過(guò)于受人為操控影響，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）端幫臺(tái)階延伸進(jìn)度滯后。撫順東露天礦礦體傾斜賦存，隨著采礦重心的下降，采區(qū)臺(tái)階以3 個(gè)/a的速度不斷增加，受鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)折返降深坡度15‰的需要，端幫采區(qū)路端臺(tái)階延伸進(jìn)度必須保證鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)開(kāi)拓下延要求。采區(qū)路端延伸時(shí)，一種方法是采用電鏟裝列車方式，但受列車長(zhǎng)度影響，無(wú)法一次性完成整排車采裝作業(yè)，需要增加列車車盒摘掛環(huán)節(jié)；另一種方法是采用電鏟與液壓反鏟聯(lián)合裝列車方式，由液壓反鏟采裝路端200 m 內(nèi)工程量。上述2 種方法，受工藝特點(diǎn)影響只能在日間作業(yè)，雖然可以完成采區(qū)路端延伸，但存在著生產(chǎn)效率低，路端延伸進(jìn)度慢，不能保證鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)開(kāi)拓下延進(jìn)度。隨著采區(qū)路端臺(tái)階的不斷增多，路端延伸工程量也隨之增加，亟需采取新的工藝方式提高采區(qū)路端臺(tái)階延伸效率。

2 智能化建設(shè)技術(shù)

撫順東露天礦智能化建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)采用5G互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，創(chuàng)建智能鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。首先，引進(jìn)無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，利用其視角廣、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、采集快速的特點(diǎn)[7]，從多層面對(duì)礦區(qū)進(jìn)行遙感測(cè)繪和地理信息數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)地形、地貌、道路數(shù)據(jù)的時(shí)時(shí)更新；其次，采用北斗定位技術(shù)，實(shí)時(shí)定位采礦設(shè)備運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)列車與單斗電鏟的智能聯(lián)動(dòng)；最后，結(jié)合無(wú)人機(jī)技術(shù)的高精度動(dòng)態(tài)地圖和采礦設(shè)備定位數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)采區(qū)路端臺(tái)階無(wú)人挖掘和無(wú)人礦卡運(yùn)輸技術(shù)。在智能化設(shè)備方面，東露天礦采礦設(shè)備主要由百年老礦西露天礦引進(jìn)，設(shè)備年代久遠(yuǎn)，不具備全部淘汰更換智能化設(shè)備條件，只能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，添加智能模塊，實(shí)現(xiàn)信息收發(fā)與報(bào)警功能，滿足智能鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本需求。智能鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的核心目的，是解決現(xiàn)有工藝存在的弊病難題，達(dá)到安全高效生產(chǎn)的目的。

2.1 單斗電鏟定位技術(shù)

智能鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要時(shí)刻定位單斗電鏟采掘坐標(biāo)、采掘方向等位置信息，可在單斗電鏟駕駛室操作臺(tái)增設(shè)信息收發(fā)顯示屏，同時(shí)增設(shè)定位模塊，實(shí)現(xiàn)單斗電鏟信息的收發(fā)功能。采礦術(shù)人員使用實(shí)時(shí)地形圖完成鐵道降深坡度設(shè)計(jì)后，將直接通過(guò)智能鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將采掘坐標(biāo)、設(shè)計(jì)高程文本文件遠(yuǎn)程傳送至單斗電鏟接收端，利用北斗系統(tǒng)，定位電鏟當(dāng)前位置及標(biāo)高，實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前作業(yè)的軌跡與進(jìn)度[1]，在電鏟電子顯示屏實(shí)時(shí)顯示作業(yè)高程與掘進(jìn)方向，指導(dǎo)電鏟司機(jī)按設(shè)計(jì)要求作業(yè)。該技術(shù)可以有效提高電鏟采掘精度，省去人工放點(diǎn)、插旗、標(biāo)記和標(biāo)高比對(duì)等復(fù)雜環(huán)節(jié)，避免了受天氣、爆破等其它因素影響，可大幅提高電鏟采裝效率。

2.2 列車導(dǎo)航駐車技術(shù)

智能鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可有效預(yù)防列車冒進(jìn)信號(hào)，提高生產(chǎn)效率，避免行車事故。列車進(jìn)站前，當(dāng)前方信號(hào)未開(kāi)放，若列車闖過(guò)紅燈信號(hào)機(jī)，將接收到信號(hào)機(jī)前可變應(yīng)答器發(fā)送的紅燈報(bào)文，車載ATP 接收到信息后，將施加緊急制動(dòng)，使列車在保護(hù)區(qū)段內(nèi)停車[8]；智能鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由線路管理單位實(shí)時(shí)更新限速區(qū)段信息，當(dāng)列車駛?cè)胂匏賲^(qū)段未采取減速措施時(shí)，電子信息系統(tǒng)會(huì)立即向列車乘務(wù)員發(fā)送響鈴警報(bào)，提示加強(qiáng)瞭望，注意運(yùn)行速度。智能鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的列車AR 系統(tǒng)檢測(cè)到乘務(wù)員存在瞌睡、精神不振時(shí)，可通過(guò)遠(yuǎn)程提示的方式告警乘務(wù)人員注意安全駕駛，確保行車安全；在列車與電鏟定位停車方面，單斗電鏟定位技術(shù)與列車導(dǎo)航駐車技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)識(shí)別列車所在的采掘線路及行進(jìn)方向信息，通過(guò)待裝列車導(dǎo)航駐車提示，提高待裝列車定位速度和安全性，減少人為因素導(dǎo)致的安全隱患，此舉對(duì)提高單斗鐵道工藝露天礦采裝效率具有積極作用。

2.3 無(wú)人挖掘和無(wú)人礦卡技術(shù)

單斗鐵道工藝露天礦端幫路端擴(kuò)采進(jìn)度直接關(guān)系到鐵道開(kāi)拓系統(tǒng)下延速度，為解決現(xiàn)有采掘方式導(dǎo)致路端臺(tái)階延伸滯后問(wèn)題，設(shè)計(jì)采取無(wú)人挖掘和無(wú)人礦卡技術(shù)提高端幫路端延伸速度。采區(qū)鐵道路端臺(tái)階主要為工作線盡頭200 m 內(nèi)工程量，該部分工程量可由卡車搗運(yùn)至固定轉(zhuǎn)載線，由單斗電鏟完成裝列車作業(yè)。采區(qū)鐵道路端臺(tái)階采掘區(qū)間、卡車運(yùn)行線路和排土場(chǎng)地一定時(shí)期內(nèi)相對(duì)固定，該環(huán)節(jié)作業(yè)工序較為簡(jiǎn)單。結(jié)合作業(yè)條件，通過(guò)無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)完成露天礦山空間信息的實(shí)時(shí)海量收集，快速提供完整的礦山地形地貌數(shù)據(jù)[9]，提供無(wú)人采掘和無(wú)人駕駛路徑數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)采區(qū)路端臺(tái)階無(wú)人挖掘和無(wú)人礦卡運(yùn)輸技術(shù)。無(wú)人駕駛技術(shù)具有高效生產(chǎn)、主動(dòng)性作業(yè)、數(shù)據(jù)精確的特點(diǎn)，消除了端幫延伸期間派遣地面人員的需要，符合智能礦山減員增效和安全作業(yè)的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，單斗鐵道工藝露天礦運(yùn)用的采礦設(shè)備大多年代久遠(yuǎn)，作業(yè)環(huán)節(jié)冗雜，在智能化建設(shè)的道路應(yīng)遵循“先基礎(chǔ)智能化再系統(tǒng)智能化”的原則，利用增設(shè)機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)硬件、自動(dòng)控制器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采礦設(shè)備運(yùn)行軌跡，提供采礦指導(dǎo)，減少人力資源投入。煤礦智能化建設(shè)是一項(xiàng)重大課題，單斗鐵道工藝露天礦在邁入智能礦山過(guò)程中，一定要順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)，揭露現(xiàn)有不足，明確建設(shè)目標(biāo)和任務(wù)，通過(guò)博采眾長(zhǎng)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，不斷加快單斗鐵道工藝露天礦向智能化礦山邁進(jìn)的步伐，達(dá)到礦山安全高效生產(chǎn)的目的。