智能礦山不再只是墻上的遠(yuǎn)景美圖，其建設(shè)已邁出堅實的步伐。智能礦山建設(shè)不僅令人炫目，也能交出漂亮的經(jīng)濟(jì)賬。

近日舉行的2019中國國際礦業(yè)大會特開辟持續(xù)兩天的智能礦山論壇。與往屆技術(shù)論壇不同的是，此次智能礦山論壇，不再是只有技術(shù)人員，礦山企業(yè)負(fù)責(zé)人明顯增多，在一定程度反映了企業(yè)負(fù)責(zé)人越來越重視智能礦山建設(shè)。

礦卡升級跟著礦山發(fā)展趨勢走

論壇上，濰柴動力上海研發(fā)中心副主任李福軍表示，礦山生產(chǎn)模式發(fā)展要經(jīng)歷原始、機(jī)械化、數(shù)字化、智能化４個階段。目前，我國礦山生產(chǎn)模式處于數(shù)字化階段進(jìn)程中，主要表現(xiàn)在硬件的投入與使用上，在數(shù)據(jù)整合與共享方面還處在較低水平，“數(shù)據(jù)孤島”問題突出。其中，大中型礦山數(shù)字化程度高，小型礦山還處在機(jī)械化階段，數(shù)字化程度偏低。

在他看來，礦山未來的發(fā)展趨勢是綠色、安全、智慧、高效。綠色發(fā)展成為礦山的基本要求。安全生產(chǎn)仍然是采礦工作中的最大威脅，如何強(qiáng)調(diào)安全的重要性都不為過。技術(shù)自動化、數(shù)字化的推進(jìn)仍以安全性為前提?？萍紕?chuàng)新的加快推進(jìn)，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、遙感探測等新技術(shù)與礦業(yè)交叉融合，數(shù)字化、智能化技術(shù)和裝備不斷深入應(yīng)用，礦業(yè)發(fā)展新動能日益增加，為行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展開辟了新領(lǐng)域。智慧礦山主要通過礦山的云中心的智能決策模型自動決策，保障生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)的自動高效運行，并通過反饋信息主動進(jìn)行決策再優(yōu)化，從而保證礦山經(jīng)營管理經(jīng)濟(jì)高效運行。

李福軍介紹，目前我國智慧礦山已完成階段性目標(biāo)規(guī)劃，并列出了時間進(jìn)度表。2021年，我國將建成100個初級智能化示范煤礦，基本實現(xiàn)掘進(jìn)工作面減人提效，綜采工作面少人或者無人操作，實現(xiàn)固定崗位的無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控。2025年，全部大型煤礦要基本實現(xiàn)智能化，形成煤礦智能化建設(shè)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)開拓設(shè)計、地質(zhì)保障、采掘運通、洗選物流等系統(tǒng)的智能化決策和自動化協(xié)同運行，井下重點崗位機(jī)器人作業(yè)。2035年，全面實現(xiàn)煤礦智能化開采，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的智慧煤礦體系。2050年，全面建成安全綠色、高效智能礦山技術(shù)體系，實現(xiàn)安全綠色、高效智能化生產(chǎn)。

順應(yīng)礦山發(fā)展趨勢，礦用卡車產(chǎn)品也在不斷創(chuàng)新，朝著安全高效、綠色環(huán)保、智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)柴油礦卡使用中油耗成本占比接近總成本的50%。相比柴油，天然氣的低能耗成本優(yōu)勢明顯，因此燃?xì)怛?qū)動礦卡成為眾多企業(yè)開發(fā)產(chǎn)品的新方向。重汽最早推出了天然氣礦用卡車，但由于產(chǎn)品配套使用的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后等原因沒有形成批量使用?；旌蟿恿ΦV卡相對比較成熟，類型豐富多樣，額定載重集中在100噸～250噸之間，與燃油動力礦卡相比，綜合節(jié)能率普遍超過20%。2018年，各企業(yè)開始陸續(xù)投放純電動礦卡，濰柴、徐工、洛陽鉬業(yè)、宇通等國內(nèi)企業(yè)都已有產(chǎn)品上市，但核心技術(shù)仍有待提高，電池壽命和成本仍是主要制約因素。此外，氫能驅(qū)動礦用卡車尚處于產(chǎn)品開發(fā)階段，產(chǎn)業(yè)鏈各項技術(shù)有待進(jìn)一步提高完善。2018年，濰柴集團(tuán)與國家能源集團(tuán)開始共同開發(fā)200噸級氫能重載礦用卡車。預(yù)計2035年我國礦卡將全面進(jìn)入燃料電池時代。目前，各項智能化技術(shù)正在礦用卡車上快速應(yīng)用，無人駕駛技術(shù)也在不斷成熟。

無人駕駛在露天礦應(yīng)用廣闊

雖然無人駕駛商用已有10多年時間，但由于路權(quán)、道路復(fù)雜，及擔(dān)心被黑客困住等問題，即使像谷歌、百度這樣的魔獸企業(yè)，投巨資打造的無人駕駛汽車仍然不能在公共道路上行駛，但在露天礦由于沒有路權(quán)障礙、環(huán)境相對單一、經(jīng)濟(jì)效益顯著、運貨不載人等特點，卻迎來了發(fā)展機(jī)遇。

礦區(qū)運輸主要存在招工難、成本高、事故頻發(fā)這3個突出的痛點問題，年輕人從業(yè)意愿低，司機(jī)操作不規(guī)范造成的車輛維修、油耗等成本高居不下，礦卡車型大、盲區(qū)多，傷亡事故頻發(fā)，無人駕駛成為礦區(qū)根本的解決手段。

北京踏歌智行科技有限公司創(chuàng)始人、國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才余貴珍教授表示，露天礦封閉無人，運輸線路固定、點對點、低速，最適合無人駕駛落地的場景，能實現(xiàn)機(jī)器替人的經(jīng)濟(jì)價值、無人駕駛的本質(zhì)安全，并且更加穩(wěn)定可靠。

據(jù)其介紹，從國外無人駕駛的發(fā)展來看，卡特彼勒20世紀(jì)70年代開始研發(fā)無人駕駛礦車，小松、別拉斯等公司也陸續(xù)推出無人駕駛礦車。澳大利亞、加拿大和巴西等國家也陸續(xù)推出了近300輛無人駕駛礦車投入運營，與人工駕駛相比，總體成本降低了15%以上，而且每年還增加500小時的工作時間。我國除了有大型礦車的市場需求外，礦區(qū)自卸車和寬體車的需求量也特別大。由于我國人工成本低，需要開發(fā)更低成本的露天礦運輸系統(tǒng)。針對我國礦區(qū)工藝和環(huán)境更加復(fù)雜的實際，還有混行無人運輸系統(tǒng)的市場需求。

余貴珍認(rèn)為，建立特定場景無人駕駛系統(tǒng)架構(gòu)，像業(yè)務(wù)調(diào)度系統(tǒng)、運行監(jiān)控系統(tǒng)和安全保障系統(tǒng)這三個系統(tǒng)必不可少，對應(yīng)的有大數(shù)據(jù)分析平臺、高精定位服務(wù)平臺、車路協(xié)同平臺、高精度地圖平臺，通過云端調(diào)度與運營服務(wù)，礦卡與挖掘機(jī)、推土機(jī)實現(xiàn)裝卸、運輸協(xié)同作業(yè)，除有礦卡的無人駕駛，還需要推土機(jī)、挖掘機(jī)指引礦卡在什么地點裝、卸，運用監(jiān)控平臺、通信大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)定的作業(yè)場景。無人駕駛比人工操作速度更快，視頻、激光雷達(dá)等應(yīng)用需要傳輸大量數(shù)據(jù)，還要實現(xiàn)實時監(jiān)控，5G因其高寬帶、低延時，在露天礦可以很好地應(yīng)用，遠(yuǎn)比打電話更有應(yīng)用價值。

余貴珍總結(jié)指出，礦區(qū)無人運輸系統(tǒng)涉及感知、控制、車路協(xié)同、智能調(diào)度、大數(shù)據(jù)5個方面的核心關(guān)鍵技術(shù)。感知，是指非結(jié)構(gòu)化道路路面檢測與融合感知技術(shù)，針對礦區(qū)的非結(jié)構(gòu)化道路，不僅要檢測車道線、行人，還要檢測路面石頭，道路兩側(cè)的懸崖、山坡，甚至是灰塵；控制，是指特種車無人駕駛軌跡跟蹤與精準(zhǔn)?？靠刂萍夹g(shù)，因為礦區(qū)運輸使用的是大載量的大型車輛，重載上坡和重載下坡等控制與常規(guī)車輛不同；車路協(xié)同，是指基于V2X的車路協(xié)同控制技術(shù)，只有應(yīng)用了車路協(xié)同技術(shù)，才能完成裝和卸的協(xié)同作業(yè)；智能調(diào)度，是指無人運輸協(xié)同作業(yè)智能運營調(diào)度技術(shù)，光有單個礦卡的自動化遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要多臺礦卡編組作業(yè)的智能調(diào)度技術(shù)；無人運輸?shù)恼{(diào)度也包括應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析，此外基于大數(shù)據(jù)的分析還能發(fā)現(xiàn)瓶頸，實現(xiàn)無人運輸能耗與效率的優(yōu)化，減少油耗和車損，提高整體效益。

北京踏歌智行科技有限公司（以下簡稱“踏歌智行”）無人駕駛項目目前做得是風(fēng)生水起。該公司董事、副總裁李慶社介紹，為落實國家智慧礦山、綠色礦山、安全礦山發(fā)展行動，踏歌智行經(jīng)過一年多在露天礦區(qū)的科技試驗和試運營，于今年8月20日通過了行業(yè)專家評審，標(biāo)志著踏歌智行無人駕駛技術(shù)從科技試驗階段進(jìn)入到批量推廣階段。9月26日，踏歌智行與國家電投霍林河露天煤業(yè)簽署無人駕駛科技項目合同；9月29日，踏歌智行與包鋼集團(tuán)正式簽署白云鐵礦礦用車無人化系統(tǒng)項目合同，雙方緊密合作共同打造無人駕駛露天礦示范樣板工程。截至目前，我國公開招標(biāo)的兩個露天礦礦用車無人駕駛項目踏歌智行已中標(biāo)并簽訂合同。此外，7月4日踏歌智行還與北方股份簽訂了兩臺（套）220噸級新車無人駕駛系統(tǒng)供應(yīng)合同；9月19日，踏歌智行與內(nèi)蒙古中環(huán)協(xié)力礦業(yè)有限公司簽訂礦區(qū)寬體車無人駕駛系統(tǒng)及服務(wù)合同，將為后者提供200套無人駕駛礦卡系統(tǒng)，并成為其無人駕駛產(chǎn)品惟一供應(yīng)商，共同推進(jìn)礦用車無人駕駛在露天礦區(qū)落地。踏歌智行一系列合同的簽訂，合同總金額超過億元，也體現(xiàn)了踏歌智行過硬的技術(shù)研發(fā)能力和精準(zhǔn)的市場戰(zhàn)略定位得到了市場的回饋。

丹東東方測控技術(shù)股份有限公司軟件部部長吳耀昕在論壇上表示，該公司在馬鋼集團(tuán)鐵礦山實現(xiàn)了井下有軌電車無人駕駛，不需要人工遙控，是完全自主駕駛，同時還增加了障礙物和危險情況的自主識別及自動鉆探，真正實現(xiàn)了無人駕駛。

智慧礦山算出漂亮經(jīng)濟(jì)賬

甘肅金徽礦業(yè)有限責(zé)任公司建設(shè)綠色礦山在業(yè)內(nèi)頗負(fù)盛名，郭家溝鉛鋅礦已成為綠色礦山建設(shè)的典范，但顯然公司并不滿足于此。該公司董事張世新在本屆中國國際礦業(yè)大會智能礦山論壇上提出，踐行生態(tài)理念，創(chuàng)建智能礦山，為綠色礦山建設(shè)提出了更高的目標(biāo)，明確了建設(shè)“中國一流世界領(lǐng)先”的生態(tài)型、環(huán)保型、綠色礦山的奮斗目標(biāo)。據(jù)其介紹，金徽礦業(yè)高度重視科技創(chuàng)新與人才培養(yǎng)，引進(jìn)技術(shù)專家和經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員，形成了探、采、選3個技術(shù)團(tuán)隊，組建了金徽礦業(yè)研究院，并與中國地質(zhì)大學(xué)、中南大學(xué)等院校開展技術(shù)合作，建立產(chǎn)學(xué)研基地。建立院士專家工作站，先后實施了數(shù)十項技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)創(chuàng)新項目，取得了顯著的研究成果。其中，已授權(quán)發(fā)明專利1項、實用新型專利11項、軟件著作權(quán)4項。

郭家溝鉛鋅礦自勘查開發(fā)以來，先后有白春禮、王志珍、蔡美峰、莫宣學(xué)、毛景文、湯中立、武強(qiáng)、袁亞湘、田剛、古德生、張平文、江松等院士專家前來調(diào)研和指導(dǎo)工作。眾多院士專家在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對綠色礦山建設(shè)及探采選工藝提出了寶貴的意見和建議，為其技術(shù)研發(fā)工作注入了活力。

金徽礦業(yè)智能礦山建設(shè)主要在兩個方面發(fā)力：

一方面，注重技術(shù)創(chuàng)新，打造數(shù)字化礦山。積極推進(jìn)“采掘作業(yè)和機(jī)械化、生產(chǎn)管理一線化、施工隊伍小型化、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化”，先后引進(jìn)鑿巖臺車、撬毛臺車、無人駕駛有軌電機(jī)車等設(shè)備，經(jīng)過多次工業(yè)調(diào)試，將選礦設(shè)計工藝由常規(guī)浮選工藝改造為電位調(diào)控浮選工藝，并研發(fā)了適合該礦的高效藥劑，應(yīng)用選礦全流程自動控制系統(tǒng)的集成技術(shù)，使選礦過程控制達(dá)到可視化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化，各項工藝參數(shù)實現(xiàn)了實時在線檢測。鉛鋅回收率分別達(dá)到了93.16%和95.57%；鉛精礦伴生銀的回收率達(dá)到89.46%，鉛鋅銀選礦綜合回收率達(dá)到國際領(lǐng)先水平。通過研究電位對尾礦沉降的影響規(guī)律，在國內(nèi)外首次開發(fā)利用電位調(diào)控改善細(xì)粒脈石沉降屬性的新技術(shù)，攻克了提高磨礦細(xì)度與提高尾砂充填利用率不能兼顧的技術(shù)難題，尾砂利用率達(dá)到70%以上，既解決了充填用尾砂的問題，又減少了尾礦庫固廢排放量、延長了尾礦庫使用壽命。利用電位調(diào)控技術(shù)和特效藥劑制度，研發(fā)出浮選過程同步凈化提高回水水質(zhì)的新技術(shù)，回水中殘余有害離子和有害成分被選擇性絡(luò)合沉淀，保留了對浮選有益的藥劑成分，使選礦回水不需凈化處理即可直接循環(huán)利用，解決了國內(nèi)外浮選回水循環(huán)利用率低的難題，每噸原礦新水消耗量降低到0.2立方米以下，從而使選礦回水循環(huán)利用達(dá)到100%，具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。

另一方面，加快轉(zhuǎn)型升級，創(chuàng)建智能礦山。實現(xiàn)無人駕駛電機(jī)車，逐步將井下自卸運礦卡車和井下鏟運機(jī)進(jìn)行無人駕駛升級改造；積極推進(jìn)鑿巖臺車、錨桿臺車和撬毛臺車遠(yuǎn)程操作升級改造，實現(xiàn)1人多車控制；在高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè) “井下安全六大系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上，加快實現(xiàn)井下快速定位與自動導(dǎo)航等智能服務(wù)。

丹東東方測控技術(shù)股份有限公司軟件部部長吳耀昕以錫鐵山礦山為例，解讀智能礦山如何落地。西部礦業(yè)股份有限公司錫鐵山分公司是國內(nèi)最大的獨立鉛鋅采選聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)，設(shè)計能力原礦處理量132萬噸/年。智能礦山建設(shè)從采礦、選礦、管礦三方面進(jìn)行了完整的架構(gòu)設(shè)計，并分集團(tuán)應(yīng)用和礦山應(yīng)用兩個層面，全方位地規(guī)劃了整個礦山29個子系統(tǒng)，同時串起來形成一個完整的智慧礦山。在智能采礦方面，實現(xiàn)了無人駕駛、遠(yuǎn)程裝礦、采礦數(shù)據(jù)集成、智能通風(fēng)等，機(jī)車駕駛員減員80%，礦工和井下值守崗位減員100%，降低了勞動強(qiáng)度，提升了作業(yè)效率，保障了本質(zhì)安全；在智能選礦方面，磨浮無人化、磨礦專家系統(tǒng)、泵站無人值守等，實現(xiàn)綜合減員30%，提升臺時處理量4.62%；在智能管控方面，通過MES、集中計量、無人計量、能源管理、物資管理等，實現(xiàn)計量、能源相關(guān)崗位減員80%，礦山數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作智能化，在線類數(shù)據(jù)全部自動采集，提升企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營執(zhí)行效率50%以上。按綜合總體效率分析，錫鐵山智能礦山投運一年收回建設(shè)成本。

黑科技讓智能礦山更炫

論壇期間，有專家表示，相對人人皆知的GPS導(dǎo)航，慣性導(dǎo)航顯得備受冷落。但在礦井、隧道、水下這樣的空間，衛(wèi)星信號無法到達(dá)，也就無法實現(xiàn)GPS定位，但使用慣性導(dǎo)航可以提供精準(zhǔn)的導(dǎo)航和定位信息。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。澳大利亞CSIRO出品的“LASC（拉斯克）”系統(tǒng)是國際公認(rèn)的具有世界領(lǐng)先水平的礦山智能化系統(tǒng)，率先把慣性導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在采煤機(jī)上。雖然GPS技術(shù)已經(jīng)非常成熟，地面上的定位精度也非常高，而且目前大部分智能化傳感系統(tǒng)也都是采用GPS系統(tǒng)，但是在接收不到衛(wèi)星信號或有信號干擾的地方，慣導(dǎo)設(shè)備將發(fā)揮決定性作用。慣性導(dǎo)航傳感裝置(INS)作為LASC系統(tǒng)的硬件部分，不需要搭建外部基礎(chǔ)設(shè)施，甚至不需要借助磁強(qiáng)計來偵測方向，可以在沒有基站指引的情況下，自行判別方向，自動校正，而且精確度高，能適應(yīng)惡劣的采礦環(huán)境，所以比GPS更適合井下定位。此外，INS能提供準(zhǔn)確的3D位置信息，這是物理數(shù)據(jù)而非模型數(shù)據(jù)。采煤機(jī)搭載INS之后，可以進(jìn)行全自動工作面找直和水平控制，讓采煤機(jī)保持理想運行路線，以適應(yīng)復(fù)雜的礦區(qū)地形。相比其他定位系統(tǒng)，穿戴式慣導(dǎo)系統(tǒng)不僅能定位，甚至是有觸覺的，能感知被定位人員的姿勢，是坐著，站著，還是躺著，能及早知道井下人員的異常狀態(tài)。在本屆中國國際礦業(yè)大會上，中國船舶重工集團(tuán)公司第七O七研究所展出的高精度陀螺經(jīng)緯（全站）儀，就是慣性技術(shù)應(yīng)用的解決方案，相對傳統(tǒng)的導(dǎo)線測量，實現(xiàn)了礦山井筒不停工定向，測量控制點缺失地區(qū)的各種測繪保障工作，而且測量精度高，速度快。

與會專家認(rèn)為，智能礦山是一項整體的系統(tǒng)工程，采用智能化系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)礦山系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)控、智能化運行，實現(xiàn)高效運行、自動節(jié)能化，簡單地疊加信息技術(shù)并不能實現(xiàn)建成智能礦山，其建設(shè)理念是在線、融合、智能，涵蓋了露天礦卡車無人駕駛，井下有軌機(jī)車無人駕駛、三維地質(zhì)設(shè)計與管理、無人值守工廠、專家控制系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)（通過多頻次、小幅度、連續(xù)性調(diào)整，穩(wěn)定生產(chǎn)過程，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高選廠處理量及金屬回收率 ）、三維生產(chǎn)管控技術(shù)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)與裝備。