目前礦區(qū)開采主要分露天開采和井工開采。井工開采沒有采掘場和排土場,占地面積相對礦區(qū)面積較小,對井田范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境影響較露天開采小。但井工開采的難度和危險(xiǎn)系數(shù)高。
據(jù)新戰(zhàn)略低速無人駕駛產(chǎn)業(yè)研究所了解,我國礦產(chǎn)地下開采比例超過75%,井工礦開采深度平均600米,最深可達(dá)千米以上。不完全統(tǒng)計(jì),目前我國有40余處采深超千米的礦井。井下作業(yè)有沖擊地壓、瓦斯、高溫等自然災(zāi)害。同時(shí),車輛運(yùn)輸頻率高,駕駛?cè)藛T易出現(xiàn)疲勞等現(xiàn)象,造成輔助運(yùn)輸工作的安全隱患。為解決招工難、環(huán)境惡劣的主要問題和挑戰(zhàn)。加上礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)與有效利用,礦區(qū)開采的機(jī)械化、智能化成為新時(shí)代礦山建設(shè)的重要方向和原則,無人駕駛技術(shù)得以在礦區(qū)落地應(yīng)用。其中井工礦無人駕駛運(yùn)輸項(xiàng)目也已取得一定的發(fā)展成果。陜煤集團(tuán)小保當(dāng)煤礦——無人駕駛乘人車、物料車
2022年12月,慧拓與陜煤集團(tuán)小保當(dāng)煤礦、中國電信陜西分公司、西安科技大學(xué)攜手建設(shè)的中國首個井工礦無人運(yùn)輸項(xiàng)目順利通過礦方驗(yàn)收,成為業(yè)內(nèi)首個井工礦長距離、全工況的無人駕駛項(xiàng)目。
該項(xiàng)目基于現(xiàn)代智慧理念和5G關(guān)鍵技術(shù),將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等與現(xiàn)代煤礦開發(fā)技術(shù)深度融合。通過構(gòu)建由2輛乘人車、3輛物料車構(gòu)成的無人輔助運(yùn)輸系統(tǒng),采用無人駕駛管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理,助力小保當(dāng)?shù)V區(qū)構(gòu)建全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的完整智能系統(tǒng)。目前,無人車已在井下實(shí)現(xiàn)時(shí)速不小于20km/h的常態(tài)化運(yùn)行,為井下提供接送上下班人員、自動送餐、送料等生產(chǎn)服務(wù),解決礦區(qū)人員和物料運(yùn)輸?shù)臒o人化問題。2022年12月16日上午,湖北制造的首臺地下礦山無人駕駛卡車,在湖北宜昌市樟村坪鎮(zhèn)投入試運(yùn)行,這標(biāo)志著湖北非煤礦山井下裝礦、運(yùn)礦、卸礦全過程開啟無人運(yùn)輸作業(yè)新階段。
作為亞洲第二大磷礦腹地、中國磷礦之鄉(xiāng),樟村坪鎮(zhèn)已探明儲量26億噸,擁有采礦企業(yè)30家,從事磷礦運(yùn)輸?shù)能囕v2300多臺。該無人駕駛運(yùn)輸項(xiàng)目由東風(fēng)商用車與三寧礦業(yè)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議,并與武漢理工大學(xué)開展產(chǎn)學(xué)研合作。通過三方共同努力,經(jīng)過400多天奮戰(zhàn),研究團(tuán)隊(duì)梳理出運(yùn)營場景及作業(yè)流程,完成礦山卡車的設(shè)計(jì)及控制策略制定、完成車輛調(diào)度平臺的部署。
當(dāng)前,該無人礦卡已經(jīng)能夠替代人工駕駛完成井下裝礦、運(yùn)礦、卸礦等全業(yè)務(wù)流程動作,有助于解決礦山安全生產(chǎn)、職業(yè)健康與安全、運(yùn)輸效率、運(yùn)營成本等方面的問題。
神東上灣煤礦——無人駕駛運(yùn)輸車
神東上灣煤礦利用輔助運(yùn)輸無人駕駛系統(tǒng)結(jié)合井下精確導(dǎo)航定位技術(shù)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控與應(yīng)急接管系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了井下無人駕駛。
經(jīng)過1年多的研究與現(xiàn)場試驗(yàn),建立了以上灣煤礦井下環(huán)境為基礎(chǔ)的無人駕駛系統(tǒng)優(yōu)化模型。地面利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、慣性測量單元、輪速里程計(jì),井下采用三維激光掃描技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩種環(huán)境下的精確定位。當(dāng)無人駕駛車輛接到調(diào)度指令后,結(jié)合自身位置、周圍環(huán)境等信息,按照地面到井下的環(huán)路,完成物料和人員運(yùn)輸作業(yè)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)斷開時(shí),無人駕駛車輛會啟動智能行為決策,通過綜合環(huán)境感知、定位井下地圖、故障診斷等信息實(shí)現(xiàn)車輛行為決策,確保無人駕駛車輛安全運(yùn)行。目前,該礦無人駕駛系統(tǒng)已經(jīng)測試通過了井下多種復(fù)雜特殊環(huán)境,具備常態(tài)化運(yùn)行能力。2021年8月,由常州科研試制中心有限公司制造的19座無人駕駛運(yùn)人車,在神東布爾臺煤礦廠區(qū)地面及井下42煤2盤區(qū)專用封閉巷道路試成功。
該車輛具備環(huán)境自主感知、智能建模、自主避障、自動路徑分析、自適應(yīng)導(dǎo)航、智能預(yù)警、緊急停機(jī)等多項(xiàng)自主功能,在地面可依托北斗衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)行精準(zhǔn)定位,在井下可依靠前期掃描建模地圖數(shù)據(jù)、雷達(dá)傳感及計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)進(jìn)行定位及行走動作。此外,當(dāng)無人駕駛過程中出現(xiàn)任何異常,地面工作人員可立即通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和應(yīng)急接管系統(tǒng)緊急接管車輛控制權(quán)限,在地面遠(yuǎn)程控制中心駕駛車輛,極大提升了無人駕駛的安全系數(shù)。2020年9月,一輛井工礦5G+無人駕駛無軌膠輪車連過廠家測試、煤礦地面測試、井下測試3道關(guān),正式落戶皖北煤電麻地梁礦,進(jìn)入試運(yùn)營階段。
該5G+無軌膠輪車無人駕駛技術(shù)融合無軌膠輪車線控控制、定位、5G通訊、防碰撞、系統(tǒng)融合等技術(shù),具有勞動強(qiáng)度低、運(yùn)輸效率快、安全系數(shù)高等特點(diǎn)。無人駕駛可有效避免人為誤操作、疲勞駕駛、違章作業(yè)等造成的運(yùn)輸事故,并可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車輛、路線、時(shí)間的統(tǒng)一調(diào)度,與礦井物資供應(yīng)系統(tǒng)對接后,可實(shí)現(xiàn)物料訂單式快速配送一鍵管控、乘人無軌膠輪車叫車服務(wù)等功能,促使地面、井下運(yùn)輸效率成倍提升。無人駕駛技術(shù)是中國礦區(qū)無人自動化發(fā)展的趨勢。由低速無人駕駛產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、新戰(zhàn)略低速無人駕駛產(chǎn)業(yè)研究所主編的《礦區(qū)無人駕駛行業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書(2022版)》顯示,目前國內(nèi)已落地的礦區(qū)無人駕駛項(xiàng)目大多在露天礦,井工礦無人駕駛技術(shù)較為滯后。相對于露天礦,井工礦行業(yè)門檻較高,具有衛(wèi)星信號缺失、行駛空間狹隘、多坡急彎等痛點(diǎn),井工礦自動駕駛還需要更多關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新和突破。隨著以上代表井工礦的無人駕駛項(xiàng)目率先落地,行業(yè)向井下礦山開采無人駕駛運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。