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（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司）

選擇公路汽車運輸方式的露天礦山，其運輸車輛數(shù)量和運行成本分別占礦山設備總數(shù)和生產總成本的50%左右，且運輸與鏟裝作業(yè)是緊密聯(lián)系的上下環(huán)兩大工序，屬半連續(xù)生產模式，因此，提高鏟運設備間的工作配合度是降低生產成本和提高臺效的關鍵［1］。生產組織過程中，確保車鏟比均衡和生產調度有序是繁雜的線性方程組求解過程。借助GPS 卡車智能調度系統(tǒng)，可實現(xiàn)快速、精準計算［2-3］。本研究在充分實踐的基礎上，以銅街-曼家寨露天礦山為實際案例，詳細介紹不同工況條件下的車輛高效智能調度方法。

1 礦山生產組織概況

銅街-曼家寨礦山為山坡露天礦，1 080 m以上臺階高度為15.0 m，1 080 m 以下臺階高度為10 m，采用組合臺階陡幫開采，5～6個臺階組合為1個工作組，組內自上而下分臺階輪流開采，作業(yè)平臺工作線垂直于礦體走向布置并沿礦體走向循環(huán)推進，采掘帶長度約為1 000 m，寬度30 m，單循環(huán)推進寬度80～100 m，上下2 個臺階間布置2～3 臺鏟裝設備。間隔100 m 以上同時采剝作業(yè)，剝離產生的廢土遵循高土高排、低土低排原則，運至東部排土場或東幫廢石破碎站；礦巖平均運距3.0 km，排土場內實現(xiàn)多個段高同時排土，礦區(qū)東幫設置1 290 m 平臺～1 180 m 排土場、1 170 m 平臺～1 060 m排土場（1 065 m廢石破碎站）和1 080 m平臺～970 m排土場3條主運輸公路拉運廢土；采場內任一作業(yè)平臺均設置有支線聯(lián)絡道至主運輸公路，且3條主道路間通過折返式的運輸聯(lián)絡道互通，但車輛在不同裝卸載點之間通行時，道路重合率僅10%左右。

礦山按組合臺階的分段要求分布為1 260～1 340 m、1 125～1 185 m、1 230～1 290 m、1 010～1 080 m 4 個工作面作業(yè)，每個組內分布2 臺（或3 臺）鏟裝設備裝車；作業(yè)工作面工作參數(shù)按最大車型設置，分別配置15 m3電鏟+100 t級礦用卡車和4.5 m3挖機+60 t級礦用卡車組合生產，平均裝載時間3 min，車輛循環(huán)1 次20 min；平均車鏟比為6，電鏟故障時，也會將100 t 級礦用卡車分派至4.5 m3挖機處裝車，特調整挖掘機工作機臺高度不低于2.8 m，使得特殊情況下，小鏟配大車時滿載率達0.95以上。

2 智能調度方法確立

智能調度流程如圖1所示。

2.1 調度準則及模型建立

礦山生產物流的完整循環(huán)為“卸載—空車返回—裝載—重載運輸”；而智能調度系統(tǒng)的指令分配發(fā)生于空車返回階段［4］，系統(tǒng)依據(jù)運距-速度的函數(shù)關系可逐臺測算得出卸載完成后的車輛到組內任意1臺鏟裝設備處裝車的時間，其計算式為

式中，Tx為車流中排序第X目標車輛完成裝載的時間，h；S為系統(tǒng)選定的最優(yōu)路徑的計算點至裝載點的道路長度，km；V為系統(tǒng)捕獲的運輸車輛平均時速，km/h；S∕V為目標車輛到達裝載點的時間，h；t1為系統(tǒng)捕獲的目標裝載設備對該目標車輛的平均裝車時間，h；tx-1為排序第X-1目標車輛完成裝載的時間，h。

由于礦山作業(yè)現(xiàn)狀和鏟運設備的管理重點不同，有的礦山對汽車的倚重程度更大，希望將汽車派往預計能最早得以裝車的那臺電鏟；而有的礦山認為電鏟價值更高，等待裝車時間浪費更大，希望將汽車派往具有最小飽和度的電鏟，因此便有“最早裝車法、最大汽車法、最大電鏟法、最小飽和度法”等不同的調度準則，選用何種調度準則完全取決于礦山對其裝運設備的優(yōu)先權設置［5］。

2.2 智能調度方法選擇

由于卡車調度系統(tǒng)的調度對象是鏟裝及運輸設備，而調度對象的運行軌跡和作業(yè)模式與露天采礦方法及排土場堆排方式密切相關［6-7］，按照調度對象的分組模式及計算方法劃分為下列調度方法。

（1）全境界組合智能調度。把境界內所有工程設備歸入到1個組內，規(guī)劃車流量和比對完成裝載時間的最小值，并入網(wǎng)內的全部車輛和挖機均能形成匹配關系。其特點是限制條件少，求得最優(yōu)解的可能性最大，但其計算量較大且結果變化頻率高，單臺設備的狀態(tài)和速度的改變均會導致全系統(tǒng)內車輛的調度指令發(fā)生變化，對駕駛人員的配合度要求較高，適合于采用全境界開采法和工作幫臺階依次輪流開采法的露天礦山。

（2）分組智能調度。分組智能調度是按裝卸點間運輸路徑共通性最大和目標裝載設備相對集中2個原則人工預先分組，將相鄰臺階的鏟裝設備合并為智能調度組，組內鏟裝設備同平臺作業(yè)最佳且最遠不超過3個臺階，組內鏟裝設備間應設置聯(lián)絡通道貫通，方便車輛在2個目標點間短距離調動。此方法只有組內的鏟運設備遵行匹配關系，大幅減少計算工作量，且指令變化頻率低，適用鏟裝設備相對分散的組合臺階輪流開采法和分區(qū)開采法的露天礦山。

（3）循環(huán)智能調度。循環(huán)智能調度的計算原則和目的是減少設備空載運行率，其原理是將對向布置的2 臺挖機及運輸車輛劃分為1 個小組，車輛則在2 臺挖機處交替裝車，運行中不做任何裝載時間測算和優(yōu)化，循環(huán)至調度模式結束。此方法通常需要滿足不同物料的卸載點對向方位設置，并能夠在其卸載點臨近處布置鏟裝設備，滿足上述條件的南北循環(huán)或上下循環(huán)調度原理共通。

2.3 智能調度模式下的車流優(yōu)化分配方法

由于運行過程中車輛并非勻速運行，且前1臺車輛的運行狀態(tài)及速度變化均影響目標車輛調度結果，過程中優(yōu)化頻次的確定必不可少，車輛空載返回途中，終端數(shù)據(jù)采集器實時收集并上傳設備運行速度等數(shù)據(jù)，按照優(yōu)化測算頻次，可劃分為全路段實時優(yōu)化測算和間斷性優(yōu)化測算2種方式［8-9］。

（1）全路段實時優(yōu)化測算法，即空載返回至目標裝載點的全程內進行跟隨系統(tǒng)獲取信息的頻次測算，車輛信息每變化一次系統(tǒng)便測算一次結果，直至車輛到達目標裝載點為止；具有優(yōu)化計算頻次多、準確度高，但指令更改頻繁且容易存在車輛調頭的特點。

（2）間斷優(yōu)化測算法，即將空載返回運輸?shù)缆穭澐譃镹個段別，單段別長度取公用道路總長度的1/5左右，系統(tǒng)僅在運輸車輛經(jīng)過分界點時，獲取運行參數(shù)并進行測算，該分界點稱成為“二次計算點”，最后一個“二次計算點”應布設在組內裝載點道路的分叉點前方的位置，方便操作員在最后岔路口前接收調度指令且避免車輛調頭現(xiàn)象；此方法具有計算量小、指令單一、使用容易的優(yōu)點，且不會出現(xiàn)車輛調頭現(xiàn)象。

3 礦山工程應用

銅街-曼家寨露天礦山采用組合臺階輪流陡幫開采的采礦方法，生產組織中傾向于為鏟裝設備留足富裕時間，以便挖機可利用裝車的空隙時間平整作業(yè)面及甩運90°以外的物料而達成小角度裝車。該卡車智能調度系統(tǒng)選擇最早裝車法原則，建立智能調度模型，過程中依據(jù)作業(yè)場景，搭配分組智能調度和循環(huán)智能調度，空車返回途中采用“二次計算點”間斷優(yōu)化測算進行車流優(yōu)化分配調度，礦山同時布置有3～4個智能調度組，各組分別工作、互不干擾。

3.1 同型號設備分組智能調度工程應用

采場西幫1 330 m 平臺和1 340 m 平臺分別布置1 臺4.5 m3挖機剝離，2 臺鏟裝設備高差為10 m，水平距離相距200 m 左右；廢土拉運至1 220 m 排土場卸載，運距3.8 km；運輸?shù)缆饭灿寐蔬_90%左右，單次循環(huán)時間30 min。測算得車鏟比為7，其生產組織方式為1臺4.5 m3挖機+7臺60 t級礦用卡車，固定派車。

本次采用分組智能調度模式運行，2 臺同型號的裝載設備+13 臺礦用卡車合并為智能調度A 組，在共用的運輸?shù)缆飞祥g隔700 m設置1個“二次計算點”進行車流優(yōu)化分配，2臺挖機的日均剝離量達1.0萬m3，和原14 臺運輸車輛拉運量持平，其挖機臺時效率達230 m3/h，60 t 級運輸車輛臺時效率達152 m3·km/h，此模式挖機和運輸車輛臺效同比例提升。

3.2 非同型號設備分組智能調度工程應用

采場1 185 m 平臺安排1 臺15 m3電鏟和1 臺4.5 m3挖機剝離，2臺鏟裝設備間距約200 m，廢土均拉運至1 065 m 旋回破碎站，運距3.0 km，單次循環(huán)時間20 min，其車鏟比為6，生產組織方式為15 m3電鏟+6 臺100 t 級礦用卡車和4.5 m3挖機+6 臺60 t 級礦用卡車，固定派車。

本次分組智能調度模式將2 臺鏟裝設備+5 臺100 t級+5臺60 t級礦用卡車合并為智能調度B組，并將電鏟的優(yōu)先級設置為“最高”，挖機的優(yōu)先級設置為“中”，同等優(yōu)化結果下大型的電鏟優(yōu)先裝車，同比固定派車減少1臺100 t級礦用卡車和1臺60 t級礦用卡車，但工作量持平。電鏟的臺時效率提高至584 m3/h，60 t級礦用卡車臺效達160 m3·km/h，其它工程設備臺效略微提升，此模式下電鏟和車輛臺效均有所提升，但電鏟臺效提升幅度大于組內其它工程設備。

3.3 循環(huán)智能調度工程應用

露天礦山西幫1 100 m標高設有選礦車間破碎站及原礦堆場，而礦山東幫1 065 m 標高設置有廢石破碎站，采場東幫1 080 m 平臺安排4.5 m3的1#挖機，鏟裝礦石拉運至原礦堆場，運距2.0 km，固定配車5 臺60 t 級卡車；在西幫1 070.0 m 平臺安排4.5 m3的2#挖機，鏟裝廢土拉運至1 065 m 廢石破碎站，運距2.5 km，固定配車5臺60 t級卡車。

由于作業(yè)環(huán)境符合物料卸載點對角布置的前提條件，2 臺挖機合并為循環(huán)智能調度組，設定原礦堆場至2#挖機，和1 065 m 廢石破碎站至1#挖機處繞行道路分別為S1 和S2，實測長度約500 m，其車輛運行模式改變?yōu)?#裝載點→原礦堆場→途徑S1→2#裝載點→1 065 m 廢石破碎站→途徑S2→1#裝載點，組內每1 臺礦用卡車均循環(huán)往復作業(yè)，其運距增加22%，但礦用卡車空載率減少80%，60 t 級礦用卡車臺時效率提高至209 m3·km/h，安排7臺60 t級礦用卡車即可完成原工作任務，此模式下運輸車輛臺效提升幅度大于挖掘設備。

銅街-曼家寨露天礦山自2019年以來，始終結合礦山工作環(huán)境選用上述3種智能調度方法組織生產，并持續(xù)優(yōu)化工藝參數(shù)，操作方法配合調度系統(tǒng)的推廣應用，使得礦山工程設備臺時效率得到較大提高（表1、表2）。

在智能調度模式下，設備不僅臺時效率提升，其運輸車輛等待裝車的時間亦得到大幅降低，其中分組智能調度模式下的設備待裝車時間降低幅度達60%，待裝車時間占工作時長的比例最低降至1%。不同智能調度模式下的待裝車時間占工作時長比例對比如圖2所示。

4 結論

（1）鏟裝和運輸兩大工序的生產效率均得到同步提高，鏟裝設備平均臺效提高6.7%，運輸設備平均臺效提高7.8%，且最早裝車法為調度準則建立的智能調度模型，運輸車輛臺時效率提高比鏟裝設備大。

（2）露天礦山卡車智能調度系統(tǒng)應結合礦山管理現(xiàn)狀及開采方法，建立調度模型和選擇調度方法，作業(yè)面分散的露天礦山宜選取分組智能調度，作業(yè)面較為集中的礦山應選用全境界組合智能調度方法。

（3）對于初期使用智能調度系統(tǒng)組織礦山生產的企業(yè)而言，優(yōu)先選擇間斷優(yōu)化測算法進行車流優(yōu)化分配，以確保駕駛人員能快速適應智能調度方法。