針對中鋼集團(tuán)蒼山鐵礦井下復(fù)雜的工礦環(huán)境與“少人則安、無人則安”的要求，西建大優(yōu)邁智慧礦山研究院和中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)歷經(jīng)10個(gè)月技術(shù)研發(fā)，攻克了鉸接式礦卡線控化精準(zhǔn)控制、井下高精度地圖實(shí)時(shí)構(gòu)建、井下-露天高精度定位及導(dǎo)航、側(cè)向防碰撞檢測等核心技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)搭建、無人駕駛車輛選型、線控化改造、無人駕駛控制系統(tǒng)研發(fā)、遠(yuǎn)程駕駛及控制等功能，最終實(shí)現(xiàn)了井下斜坡道的礦卡無人化智能運(yùn)輸。

 

該項(xiàng)目無人駕駛礦卡車速最高可達(dá)18km/h，橫向控制及縱向控制精度為厘米級(jí)，可有效實(shí)現(xiàn)鏟、裝、運(yùn)等一系列生產(chǎn)環(huán)節(jié)的無人化作業(yè)，可大大降低礦山安全事故率，極大地改善井下工人的勞動(dòng)環(huán)境。

 

 

本次項(xiàng)目位于中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司蒼山鐵礦，該礦的井下斜坡道運(yùn)輸主要是把-40m井下部分中段的礦石通過斜坡道運(yùn)輸?shù)降乇淼钠扑檎?。斜坡道凈?.46米，凈斷面16.8平方米，坡度為12%，運(yùn)輸距離約1～2千米。

 

受井下礦卡運(yùn)輸條件以及斜坡道寬度、坡度等因素影響，大型車輛對于斜坡道運(yùn)輸會(huì)有較大的安全隱患，當(dāng)前純電動(dòng)礦車難以解決重車爬坡動(dòng)力不足的難題，當(dāng)前的有人駕駛運(yùn)輸過程中存在無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確感知斜坡道車流情況而容易造成會(huì)車堵塞及安全隱患。

 

因此，西建大優(yōu)邁智慧的無人駕駛團(tuán)隊(duì)采用定制版無人礦卡UM-12進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，針對鉸接式礦卡做了車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的分析以及大量的模擬仿真工作，自主研發(fā)了基于動(dòng)力學(xué)的鉸接式礦卡無人駕駛底盤數(shù)字化線控關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對車輛底盤諸單元的自動(dòng)控制，對鉸接式礦卡的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行全面的研究分析，對鉸接式礦卡的行駛狀況進(jìn)行平行仿真測試，同時(shí)加速礦山現(xiàn)場實(shí)地測試，提升項(xiàng)目現(xiàn)場的安全系數(shù)。

 

改造后的無人駕駛鉸接式礦卡UM-12具備較高智能化程度，實(shí)現(xiàn)了在倒車、轉(zhuǎn)向和變速狀態(tài)下的精準(zhǔn)控制，可自動(dòng)完成“裝載-運(yùn)輸-卸載”全流程無人作業(yè)，保障礦山生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定。

 

 

斜坡道無人駕駛是蒼山鐵礦全過程礦卡無人化運(yùn)輸中的重要一環(huán)，優(yōu)邁團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列的科技創(chuàng)新，除了對基礎(chǔ)設(shè)備的線控化改造，還自主研發(fā)了全環(huán)境感知的井下礦卡無人駕駛系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)、井下-露天混合環(huán)境下的無人礦卡高精度建圖及定位關(guān)鍵技術(shù)、超聲波傳感器的無人礦卡側(cè)向防碰撞檢測技術(shù)，還針對井下采場不斷變化的未知環(huán)境提出了無人駕駛的局部路徑及決策算法。

 

 

無人駕駛礦卡首先需要保障的就是安全，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測車輛的橫向跑偏距離及航向角，大于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)停車；系統(tǒng)根據(jù)車輛當(dāng)前的行進(jìn)方向、車速等數(shù)據(jù)，自動(dòng)檢測車體周圍障礙物距離，達(dá)到安全限值時(shí)觸發(fā)主動(dòng)防碰撞保護(hù)避障碰撞，采取降低車速、緊急剎車等措施，將車輛安全停車。

 

除此之外，還搭建了遠(yuǎn)程遙控駕駛系統(tǒng)，駕駛員可通過遙控駕駛艙實(shí)時(shí)觀察無人礦卡及遙控裝載機(jī)的實(shí)時(shí)發(fā)布數(shù)據(jù)，包含顯示車輛周身環(huán)境信息、車輛控制模式、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車體扭轉(zhuǎn)角度、車輛當(dāng)前狀態(tài)等信息?？蛇h(yuǎn)程遙控操作多輛裝載機(jī)進(jìn)行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)一人操控多臺(tái)裝載設(shè)備，極大地提升了操作效率，節(jié)省了人力，保障了人員的安全。

 

本項(xiàng)目以智能裝備與智慧無人一體化架構(gòu)設(shè)計(jì)方案推動(dòng)了礦井安全、少人、無人化開采，采用先進(jìn)的井下環(huán)境感知技術(shù)及自主控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)井下-井上無人駕駛，首次實(shí)現(xiàn)了斜坡道的全流程無人化智能化運(yùn)輸，全面提升了斜坡道無人運(yùn)輸作業(yè)模式，為山東礦業(yè)創(chuàng)造了顯著經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、安全效益，也開拓了安全高效開采的新模式。

 

 

 

中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司以打造“國內(nèi)一流、國際先進(jìn)”礦山為目標(biāo)，近年來一直加強(qiáng)與科研院所的合作，持續(xù)推進(jìn)智慧礦山建設(shè)，該項(xiàng)目是中鋼集團(tuán)為深入貫徹智慧礦山理念的一次重要?jiǎng)?chuàng)新實(shí)踐。

 

西安建筑科技大學(xué)優(yōu)邁智慧礦山研究院，傳承中國礦業(yè)系統(tǒng)工程奠基人之一的云慶夏教授，依托西安市智慧工業(yè)感知計(jì)算與決策重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和礦山系統(tǒng)工程研究所（1990創(chuàng)建）30多年的科研成果積淀，專注于露天及井下無人駕駛、智能開采及管控技術(shù)研究。在5G無人采礦、新能源純電無人駕駛、多金屬多目標(biāo)配礦、集群智能調(diào)度、低碳生態(tài)化優(yōu)化等方面已達(dá)國際領(lǐng)先水平，相關(guān)技術(shù)已在洛陽鉬業(yè)、寶武集團(tuán)、中鋼集團(tuán)、中金集團(tuán)、中國電建、冀東水泥等30余家大型礦山工程化應(yīng)用。在與各大礦山企業(yè)的合作中充分展示出了技術(shù)的前瞻性，贏得了信任，樹立了標(biāo)桿。

 

放眼國際，隨著能源行業(yè)的科技化競爭不斷加劇，斜坡道全流程無人化智能運(yùn)輸技術(shù)研發(fā)仍屬于卡脖子難題，澳大利亞力拓公司啟動(dòng)的“FutureMines”計(jì)劃中，明確提到要建設(shè)井上井下全流程無人化智能運(yùn)輸；瑞典基律納鐵礦已基本實(shí)現(xiàn)工作面無人智能開采，但斜坡道無人運(yùn)輸還處于研發(fā)當(dāng)中。

 

此次西建大優(yōu)邁與中鋼集團(tuán)協(xié)同研發(fā)的斜坡道礦卡無人化智能運(yùn)輸系統(tǒng)，共分2期進(jìn)行建設(shè)，本次驗(yàn)收為第一階段工作驗(yàn)收，將為第二階段無人礦卡規(guī)模化應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。本項(xiàng)目突破了國際無人駕駛技術(shù)壁壘，為推動(dòng)井下無人化作業(yè)起到了引領(lǐng)示范作用。參與驗(yàn)收的領(lǐng)導(dǎo)和專家一致認(rèn)為，該項(xiàng)目技術(shù)的應(yīng)用可以進(jìn)一步提高礦山企業(yè)的智能化水平及本質(zhì)化安全管理水平，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景和社會(huì)需求。