内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司北露天煤矿 内蒙古通辽 029200
摘要：面对日益增长的能源资源的需求，熟练技工短缺造成的高昂人工成本，以及更严峻的国际竞争压力，矿业公司或集团正积极探索开发矿山的智能化建设，来面对更复杂、偏远的矿区开发，避免矿山开采、运输的人员安全健康问题，提高矿区的生产率，减少人力成本，以及智能化带来的节能环保等。矿山运输无人驾驶技术成为推进了智能矿山建设关键点。作为智能矿山重要组成部分之一，矿山运输无人化可以从根本上解决驾驶人员的安全问题，降低人力成本，并能极大地提高矿山生产效率。
关键词：露天矿山；智能运输系统；无人驾驶；
1智能矿山运输系统
目前，矿山智能化系统已经在全球少数矿山企业进行测试或实现部分系统功能。浅层次的智能/自动化系统是指作为操作人员或驾驶员的辅助系统，如同辅助工具，例如提供位置信息、碰撞警告或驾驶员增强功能。中层次的自动化是指用于运输、挖掘和装载的自动化机器，实现矿山某一系统或功能半自动化；完全的智能/自动化是指在一个完整的地上或地下系统内，将机械设备的GPS位置、运行状态信息融合成1幅全景动态图像，然后利用它来发挥总体集群的协调作用。智能矿山内的机械设备是不需要人员进行现场操作或远程控制的，智能化矿山运行只需要少量的人通过集成系统或平台进行调节或指挥。智能矿山特点为矿山生产管理实现了从远程化、遥控化到自动化乃至无人化的过渡，采矿工艺实现了钻孔、爆破、铲、装、运智能化，选矿过程实现了智能化，生产调度管理系统实现了无缝化。智能矿山运输系统是利用物联网平台传递信息，通过中央控制室的集成信息系统，由少量人员远程协调指挥相关设备挖掘机、装载机、卡车进行挖掘、装载、运输和卸载等运输作业流程。无人运输矿用卡车利用矿区数字地图进行路径规划，在运行过程中依靠车载摄像头、自动定位模块、传感器、自身运行状态监控等功能，实现自主驾驶、智能避障、车队协同控制、紧急停车等生产作业需求。在矿区调度管理室，调度员可进行统筹监控和管理，在必要时对车队的运行状态进行干预，以满足矿区生产需求。
2国内露天矿山无人驾驶现状
洛钼集团三道庄矿，早在2017年就已经在国内率先运用无人采矿设备，但是之前采用的是4G通讯，网络延时较长，远程操作画面较实际生产作业滞后较多，不能发挥远程遥控的优势。在江西首批5G基站落户城门山铜矿后，积极开展5G与矿业的融合，不断优化矿用车联网平台的智能驾驶系统，利用5G网络低时延、高速率、高可靠性的特点，积极推进采矿设备智能化基础改造，实现控制精度达到厘米级的无人驾驶矿用卡车。城门山铜矿是我国首家使用无人驾驶矿用车的有色露天矿山。矿车具有无人行驶、智能避障等功能，并实现与全球首台大马力5G远程遥控推土机的联合作业。
2019年11月，河南能源焦煤公司与中国移动签订了5G战略合作协议，这意味着河南省第1个基于“5G+”的无人矿山项目正式落户。该项目计划使10台钻机、13台挖掘机和60台矿卡实现远程控制或者无人驾驶，将使露天矿区铲、装、运工序全部无人化，极大地提高生产效率和安全性，达到智慧矿山的要求。扎哈淖尔煤矿为我国自行设计、开发、建设的第1座露天煤矿，目前扎哈淖尔煤业公司5G基站已安装7座5G基站实现生产现场信号全覆盖。
3国外露天矿山无人驾驶现状
早在2005年，智利国有铜业公司旗下最大的分公司北方铜矿公司已试运行小松公司的自动运输系统。该公司旗下最大的铜矿丘基卡马塔铜矿为露天转井下矿山，该公司在露天开采收尾阶段由于运距太大，试运行矿卡的无人驾驶技术。该矿区于2018年开始进行地下开采后，与罗克韦尔自动化公司通力协作，促使这座已有百年历史、规模居世界前列的露天铜矿实现技术升级，成为采用矿块崩落开采法的“超级崩落型”铜矿。这项先进开采技术的应用预计可将铜矿的服务年限延长40年以上，提高生产效率从而实现更高的资产利用率。
4矿山无人驾驶技术发展面临的问题
目前国内外的矿山都朝着智慧矿山的方向进行建设，并且有的矿山已企业尝试进行矿区无人驾驶技术的试验和应用，从目前的发展现状来看，主要存在以下几方面的问题：
1）矿区无人驾驶配套技术、管理水平、基础设施滞后。无人驾驶系统需与智能化开采技术、先进的矿区管理水平及网络通讯设施等进行相匹配，从而保证其正常运行。相比国外矿山，我国的自动化、智能化开采技术相对落后，先进设备推广力度不够，矿区网络、监控设施配套不全，这为我国智能开采设备的推广带来一定的困难。
2）矿山对新技术的接受需要时间。由于种种条件的限制，矿山行业本身带有一定的保守性，对无人驾驶等新兴技术的接受需要一定时间。随着互联网、人工智能、大数据、区块链等新兴科技已逐渐同传统行业相融合，并呈现出崭新的产业发展面貌，国内外以煤炭为主角的采矿业才开始在业内展露出对新思维、新理念的兴趣。智慧矿山的应用，有望改变这一现状。
3）5G通讯网络系统建设成本较高。无人驾驶技术需利用5G低延时、高速率的优势进行远程操作控制。2019年是我国利用5G进行无人驾驶应用的元年，但是目前5G基站建设成本较高、覆盖区域小，几乎每100m就需要建设1个5G基站，这对于中小型矿区无疑是笔巨大的费用。此外，矿区生产领域随着采矿工作面的拓展及延深，需要通讯网络及时覆盖新的工作面，且不受爆破震动、恶劣天气等影响，这对矿区通讯建设及通讯技术的要求也较高。
4）无人驾驶核心技术突破的难度较大。无人驾驶是设备智能化的终极体现，它集中运用了工程机械、通信技术、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。在整个生产过程中，生产调度管理员应尽可能减少干预无人驾驶设备的运行。矿区无人驾驶的技术难点就是人工智能程序的编制，这对全球现有的人工智能技术是很大的考验。
5）各类无人驾驶产业资源分散不聚焦。目前，矿区无人驾驶发展的格局呈现出2种趋势，传统工程机械生产厂家更倾向于渐进式自动化，以渐进自动驾驶的方式逐步提升施工作业体验，而新兴高科技公司是以人工智能方式进入完全自动无人驾驶，是在传统工程机械的基础上直接跨越到以无人驾驶。前者依靠的是长期积累的整车经验和在自动控制领域的核心优势，后者则是借由人工智能的大力发展整合传感器、感知算法、计算平台等技术以实现跨越式的发展。在目前的发展技术水平下，2种发展方式各有利弊，双一级破碎站加设半密闭防尘罩棚并辅助干雾抑尘除尘技术后，极大降低了破碎站煤尘浓度，煤尘总粉尘浓度降低至2.92～3.53mg/m3，总粉尘浓度降低了59.10%～79.62%，呼吸性粉尘浓度降低至1.32～2.35mg/m3，呼吸性粉尘浓度降低了73.90%～79.98%，低于GBZ2.1—2007和GBZ2.2—2007规定的煤尘浓度限值煤尘控制效果明显。
5结论
1）根据露天煤矿一级破碎站结构形式、自卸卡车卸煤程序分析得出破碎站煤尘产生机理分别为空气剪切力产生煤尘、诱导空气产生煤尘和冲击挤压力产生煤尘。2）对于现有的自动喷雾洒水除尘技术的除尘效果进行监测，其平均总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别为11.74～17.32mg/m3和5.06～7.14mg/m3，超过国家规定的职业接触限值。3）根据破碎站煤尘产生机理提出了在一级破碎站采用半密闭防尘罩棚，辅助以干雾抑尘的煤尘控制技术，可以有效的控制破碎站煤尘产生量，煤尘控制效果明显。
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