卡車智能調(diào)度系統(tǒng)在紫金山露天礦的應(yīng)用

王永松,黃小燕

(1.龍巖電力勘察設(shè)計院有限公司,福建 龍巖 364000;2.紫金礦業(yè)集團股份有限公司,福建 龍巖 364000)

紫金山露天礦采用汽車、汽車+溜井+平硐電機車、汽車+溜井+平硐膠帶等多種開拓運輸方式,境界內(nèi)正常使用的溜井布置有溜礦井10條,采場內(nèi)保有斗容(2.1～6.0 m3)挖機約50臺,50～70 t卡車約230臺,設(shè)備大型化、機械化程度較高.此外,采場采用高陡幫開采工藝,巖石裂隙發(fā)育,遇上南方多雨水天氣,霧大能見度低,采場安全管理、防洪壓力、礦石的調(diào)度運輸及溜井供礦質(zhì)量保證面臨挑戰(zhàn).與之不甚匹配的是,生產(chǎn)調(diào)度一直采用傳統(tǒng)的固定配車、人工跑現(xiàn)場、對講喊話的模式進行,人工收集錄入數(shù)據(jù)的方式沿用多年,調(diào)度指揮的安全性、準(zhǔn)確性與實時性難以有效保障,造成現(xiàn)場生產(chǎn)管理人員和設(shè)備效率不高、生產(chǎn)成本較高,直接影響礦山的經(jīng)濟效益和綜合效益.

針對這一現(xiàn)狀,在露天礦卡車調(diào)度系統(tǒng)逐步廣泛應(yīng)用的大背景下,紫金山露天礦自2015年起籌劃建設(shè)方案,于2018年底正式啟用卡車調(diào)度系統(tǒng).本文主要介紹該系統(tǒng)在該礦的成功應(yīng)用,并探索可供改進的功能和板塊,提出進一步完善卡調(diào)系統(tǒng)運行管理、提高露采數(shù)字化管控水平的措施,充分發(fā)揮卡調(diào)系統(tǒng)對生產(chǎn)的智能輔助,提升露天采礦安全管理、生產(chǎn)管理、資源管理及成本管理水平.

1 卡調(diào)系統(tǒng)調(diào)度理論

卡車調(diào)度系統(tǒng)基于計算機技術(shù),依托GPS衛(wèi)星,以礦山數(shù)據(jù)庫為核心,綜合利用無線傳輸技術(shù),集成各個生產(chǎn)指揮環(huán)節(jié),將GPS位置信息發(fā)送到內(nèi)置GPS接收模塊的終端設(shè)備,實現(xiàn)實時動態(tài)調(diào)度,具有生產(chǎn)管理、監(jiān)控、統(tǒng)計、決策、優(yōu)化等功能[1].

通過對卡車調(diào)度理論研究成果分析,目前比較認可的是,卡車調(diào)度理論包含確定最優(yōu)路線、車流規(guī)劃、實時調(diào)度3個方面.

1)確定最優(yōu)路線.最優(yōu)路線的確定旨在適應(yīng)礦山配置形態(tài)變化,它在龐大的采場道路網(wǎng)中解算出所有兩點間的最短路線.在圖論和運籌學(xué)中,最短路徑算法通常用來求解最優(yōu)路徑.常用的算法有Dijkstra,Floyd,矩陣算法,動態(tài)規(guī)劃算法等.

2)車流規(guī)劃.車流規(guī)劃就是通過數(shù)學(xué)規(guī)劃,在滿足運輸量、剝采比、車流連續(xù)性、產(chǎn)品質(zhì)量搭配等約束條件下,對發(fā)往各裝卸點的車流進行優(yōu)化分配,其結(jié)果是對運輸系統(tǒng)中卡車進行實時調(diào)度的基礎(chǔ).

3)實時調(diào)度.實時調(diào)度是在車流規(guī)劃的基礎(chǔ)上,應(yīng)用適當(dāng)?shù)膶崟r調(diào)度準(zhǔn)則,根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的運行情況,對卡車進行實時調(diào)度,給出每臺卡車優(yōu)化的運行方向[2].

2 卡調(diào)系統(tǒng)調(diào)度架構(gòu)

紫金山露天礦智能卡車調(diào)度系統(tǒng),從功能板塊來說,包括綜合管理平臺、生產(chǎn)與安全管理系統(tǒng)、設(shè)備輔助管理系統(tǒng)、系統(tǒng)輔助管理系統(tǒng)、地質(zhì)模塊管理系統(tǒng)和智能調(diào)度系統(tǒng).從構(gòu)架來說,該系統(tǒng)通過GPS及北斗雙星定位,包含4GLTE通訊基站、車載終端、挖機終端、調(diào)度控制中心等硬件設(shè)施建設(shè)及調(diào)度控制軟件程序(如圖1和圖2).

圖1 卡調(diào)系統(tǒng)構(gòu)架

圖2 卡調(diào)系統(tǒng)工作網(wǎng)絡(luò)

3 卡車調(diào)度系統(tǒng)主要功能

3.1 車輛實時定位功能

系統(tǒng)通過GPS、北斗雙星定位模塊[3],對現(xiàn)有已安裝卡調(diào)終端設(shè)備的車輛、挖機進行實時定位、歷史回放、運行軌跡查詢、速度顯示、超速定位及報警、離線定位及報警功能,可以有效減少人為管理盲區(qū),提高現(xiàn)場作業(yè)的透明度(如圖3).

圖3 卡調(diào)系統(tǒng)實時監(jiān)控

3.2 車輛防碰撞功能

當(dāng)車輛之間距離相距10 m,速度在15 km/h以上時,終端設(shè)備會進行互相提示和報警.在視線不良、雨霧天氣情況下,能夠起到對危險和隱患的提前預(yù)警作用.

3.3 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)

調(diào)度管理人員能夠?qū)崟r、動態(tài)的監(jiān)控現(xiàn)場所有鏟裝、運輸設(shè)備作業(yè)狀態(tài)[4],并進行生產(chǎn)調(diào)度指令的下發(fā),改變了以往通過電話、對講機等人工調(diào)度方式存在的調(diào)度指令滯后、錯位等現(xiàn)象.同時,系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)備的運行效率,實現(xiàn)車輛的自動調(diào)度.

3.4 智能配礦系統(tǒng)

利用現(xiàn)場巖粉取樣數(shù)據(jù),通過SURPAC軟件,建立了采場實時的爆堆數(shù)據(jù)庫,根據(jù)選廠當(dāng)天或當(dāng)班的礦量和品位需求,自動進行生產(chǎn)計劃的排產(chǎn).通過與SURPAC軟件結(jié)合,將二次圈礦后的爆堆數(shù)據(jù)庫按照標(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)入卡調(diào)系統(tǒng),卡調(diào)系統(tǒng)綜合各溜井礦量、品位、運距等約束條件,在采場現(xiàn)有爆堆中計算出配礦計劃及建議設(shè)備配備,最后形成生產(chǎn)計劃表,經(jīng)審核后實現(xiàn)生產(chǎn)指令的一鍵下發(fā).

3.5 自動計量及報表系統(tǒng)

系統(tǒng)自動根據(jù)車載GPS的定位信息和相關(guān)判斷條件,實現(xiàn)產(chǎn)量的自動循環(huán)統(tǒng)計.自動計量及報表系統(tǒng),是卡調(diào)系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)來源[5],為后期的采礦、剝離成本的實時結(jié)算、資源有效控制、運礦距離測算提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)來源.

3.6 高精度挖機控制系統(tǒng)

系統(tǒng)配置1臺高精度挖機終端,水平和垂直定位精度±5 cm,可以實現(xiàn)厘米級礦巖鏟裝界線的精確控制,越界報警,有效控制礦石在鏟裝過程中的貧化和損失(如圖4).

圖4 卡調(diào)系統(tǒng)界限控制

3.7 其他功能

此外,系統(tǒng)配備覆蓋全采場的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場管理人員使用的語音視頻實時通訊系統(tǒng)、車輛階段性油耗監(jiān)測、異常作業(yè)實時報警、通訊基站斷電報警系統(tǒng)等功能.

4 重要模塊運行現(xiàn)狀及優(yōu)化探索

4.1 配礦運行現(xiàn)狀及優(yōu)化探索

4.1.1 配礦運行現(xiàn)狀

智能配礦是卡調(diào)系統(tǒng)的核心模塊之一,也是根據(jù)紫金山露采的工藝模式專門設(shè)計、定制開發(fā)的一套系統(tǒng).在實現(xiàn)精確配礦的基礎(chǔ)上,還可以有效的全局考慮資源分布、優(yōu)化爆堆選擇、優(yōu)化運輸路徑,提高計劃編制效率.目前露采在用的供礦溜井共10條,各溜井分別分布在采場的不同區(qū)域.爆破爆堆每月250～270個,為確保系統(tǒng)計算結(jié)果準(zhǔn)確,配礦功能運行必須滿足以下條件:作業(yè)爆堆必須是未完成、可用狀態(tài),剩余量不能為零或者為負,同時必須有運距(即從鏟裝點到卸點之間的路網(wǎng)暢通).路網(wǎng)必須實時更新,確保路線暢通,中間連接無斷開,且與現(xiàn)場實際道路貼合.

4.1.2 主要存在問題

1)爆堆數(shù)據(jù)庫不準(zhǔn),與實際生產(chǎn)備礦數(shù)據(jù)差距較大.現(xiàn)存爆堆數(shù)據(jù)庫中較多爆堆剩余量為0或者負值很大仍未閉合,同時爆堆狀態(tài)為已完成或者不可用仍在生產(chǎn).

2)紫金山生產(chǎn)調(diào)度受選廠運行效率影響較大,挖機調(diào)動頻繁,智能配礦計劃可執(zhí)行性降低,導(dǎo)致爆堆數(shù)據(jù)失準(zhǔn).挖機生產(chǎn)安排調(diào)整時,由于未明確作業(yè)爆堆具體的第幾塊物料,人工錄入時會導(dǎo)致該爆堆數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差.

3)配礦功能仍需進一步優(yōu)化完善.如配礦程序不夠穩(wěn)定,會出現(xiàn)未經(jīng)處理的異常導(dǎo)致計算失敗,以及優(yōu)先路徑設(shè)置特定爆堆后,不能再生成計劃等問題.

4)路網(wǎng)更新不及時.鏟裝點至卸點間的路網(wǎng)在某一控制點中斷,未有效連接,導(dǎo)致路徑不通;系統(tǒng)內(nèi)存在多條路網(wǎng)時,當(dāng)有更優(yōu)路徑的爆堆,即運距更短時,導(dǎo)致結(jié)算結(jié)果失準(zhǔn).

4.1.3 優(yōu)化探索

綜合來說,配礦調(diào)度應(yīng)加強與選廠的溝通,利用指定生產(chǎn)交流平臺,第一時間掌握選廠的礦量品位情況及溜井的運作情況,在出現(xiàn)異常時及時調(diào)整供礦,做出最及時有效的反應(yīng),將影響降至最低,保證生產(chǎn).在生產(chǎn)交流平臺,每班固定時段發(fā)布相關(guān)生產(chǎn)信息,供各相關(guān)部門決策.具體措施如下.

1)地質(zhì)爆堆方面:卡調(diào)系統(tǒng)的爆堆數(shù)據(jù)應(yīng)作為生產(chǎn)備礦的唯一來源;爆堆信息導(dǎo)入系統(tǒng)同時向相關(guān)人員發(fā)布爆堆物料分布示意圖,且生產(chǎn)發(fā)函與卡調(diào)系統(tǒng)爆堆所有信息應(yīng)一致;爆堆余量根據(jù)現(xiàn)場實際出礦量每日校正,每日出礦量應(yīng)結(jié)合溜井下礦量每日校核,同時定期進行測量復(fù)測,核算礦量.需確保將更新后的爆堆信息及時輸入到卡調(diào)系統(tǒng),由卡調(diào)系統(tǒng)根據(jù)更新后信息調(diào)整生產(chǎn)安排.

2)調(diào)度方面:選擇1～2個溜井進行智能配礦試運行,現(xiàn)場管理熟練掌握配礦操作,逐步轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)工作方式;出礦、排渣等紙質(zhì)表單與卡調(diào)系統(tǒng)中的排產(chǎn)計劃,均應(yīng)明確到爆堆的具體物料分塊;確保溜井井存相對準(zhǔn)確,將選廠的溜井出礦量同步至卡調(diào)系統(tǒng),通過卡調(diào)系統(tǒng)的計算合理安排出礦量,并合理調(diào)度上部爆堆的出礦順序.

3)軟件方面:后臺軟件測控不斷優(yōu)化智能配礦功能;實時更新路網(wǎng),確保與采場實際吻合.

4.2 智能調(diào)度運行現(xiàn)狀及優(yōu)化探索

4.2.1 智能調(diào)度運行現(xiàn)狀

在給定生產(chǎn)調(diào)度指令后,系統(tǒng)可以根據(jù)作業(yè)起始點、終點,給車輛自動優(yōu)化行駛路徑,并在車輛終端頁面、調(diào)度控制臺上實現(xiàn)路徑導(dǎo)航、顯示[6].同時,在設(shè)定的條件下,根據(jù)挖機的作業(yè)效率、車輛的運輸效率,實現(xiàn)一定范圍內(nèi)車輛的自動調(diào)度、智能調(diào)度,提高鏟裝、運輸效率.

由于露采運輸由三家工程公司負責(zé),各自片區(qū)獨立調(diào)度,智能調(diào)度模式僅在同一家公司的多臺挖機供同一個溜井或者排土場的條件下使用.即同一家工程公司內(nèi)部,2臺以上挖機作業(yè),爆堆臨近,卸點相同,避免運距偏差太大,同時出礦物料必須一致,測試挖機組內(nèi)卡車5部以上.機械設(shè)備必須以終端顯示指令信息為準(zhǔn)并執(zhí)行,未經(jīng)調(diào)度中心同意不得隨意調(diào)整.

4.2.2 主要存在問題

智能調(diào)度進程依賴機械設(shè)備是否安裝卡調(diào)終端,同時未經(jīng)過調(diào)度中心培訓(xùn)車載終端操作不熟或者擅自關(guān)閉操作系統(tǒng)的駕駛員和挖機手,易造成生產(chǎn)調(diào)度不便,影響生產(chǎn)指令執(zhí)行和作業(yè)結(jié)算.

4.2.3 優(yōu)化探索

1)智能調(diào)度測試方面.第一,分批次、分公司組織進行設(shè)備智能調(diào)度功能測試,測試前提前告知工程公司相關(guān)人員和設(shè)備測試安排,明確當(dāng)日作業(yè)挖機和車輛(滿足數(shù)量要求)生產(chǎn)作業(yè)信息等;第二,做好測試期間終端操作、運行故障、報警信息等問題的記錄,并對存在問題分析解決[7];第三,不同作業(yè)環(huán)境測試,分別在晴好天氣、雨霧天氣、夜間等多種礦山環(huán)境展開測試,提高智能調(diào)度功能實際應(yīng)用價值,充分指導(dǎo)生產(chǎn).

2)調(diào)度方面.第一,生產(chǎn)安排合理,確保滿足供礦溜井品位和礦量,避免過程中因爆堆作業(yè)量不足、設(shè)備出勤量少再臨時調(diào)整,影響執(zhí)行,如卡調(diào)系統(tǒng)配礦中要求每個爆堆確保合理的出礦量,當(dāng)某個爆破作業(yè)量不足或設(shè)備出勤量少,將導(dǎo)致配礦品位產(chǎn)生較大變化,整個配礦系統(tǒng)將不合理,并影響后續(xù)生產(chǎn)安排;第二,通過卡調(diào)高清視頻監(jiān)控和VNC連接設(shè)備終端查看執(zhí)行情況,實時進行設(shè)備管控和調(diào)整,確保指令落實到位.

3)軟件方面.第一,立足紫金山生產(chǎn)作業(yè)模式,及時分析系統(tǒng)運行存在問題,對接軟件開發(fā)人員進行優(yōu)化;第二,經(jīng)過一段時間的智能調(diào)度功能測試,對運行效果進行對比分析和評價,重點分析在鏟裝運輸效率提升方面的成果,運用數(shù)據(jù)佐證;第三,針對運行出現(xiàn)的信息異常、漏洞等專業(yè)技術(shù)層面問題,要求軟件人員進行專業(yè)分析,盡快解決.

4)人員方面.第一,加強人員操作培訓(xùn),強化現(xiàn)場人員智能調(diào)度設(shè)置和手機終端操作培訓(xùn),降低操作失誤頻次;第二,對指令信息落實不到位、機械設(shè)備擅自調(diào)整、功能測試通知不到位等行為按制度進行處罰,切實提高執(zhí)行力.

5 結(jié)語

1)紫金山露天礦山卡車智能調(diào)度系統(tǒng),立足紫金山生產(chǎn)模式,通過現(xiàn)代高新技術(shù),基本滿足現(xiàn)場作業(yè)設(shè)備的動態(tài)調(diào)度、準(zhǔn)確執(zhí)行生產(chǎn)計劃、及時查詢生產(chǎn)統(tǒng)計情況、確定最優(yōu)路線等功能需求.

2)卡車智能調(diào)度系統(tǒng)通過在紫金山露天礦山的應(yīng)用統(tǒng)計,礦車綜合效率比系統(tǒng)運行前提高10%左右,生產(chǎn)管理方式得到了優(yōu)化簡化,并通過安全預(yù)警系統(tǒng),在車輛安全運行方面起到一定作用.

3)車智能調(diào)度系統(tǒng)仍有不斷優(yōu)化的空間,擬從綜合管理平臺、生產(chǎn)與安全管理系統(tǒng)、設(shè)備輔助管理系統(tǒng)、系統(tǒng)輔助管理系統(tǒng)、地質(zhì)模塊管理系統(tǒng)和智能調(diào)度系統(tǒng)六大板塊全面提升,達到實時準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)設(shè)備狀況,及時應(yīng)對生產(chǎn)突發(fā)事件,科學(xué)、合理調(diào)度設(shè)備,提高管理水平,提高設(shè)備作業(yè)效率,減少設(shè)備運行成本等目標(biāo),從而建立一套高效安全的露天綜合生產(chǎn)管理調(diào)度系統(tǒng),打造新時期智慧礦山建設(shè)新標(biāo)桿.