洛鉬智慧礦山建設(shè)“領(lǐng)跑”中國礦業(yè)

王海波｜文

智慧礦山正給全球采礦業(yè)帶來一場(chǎng)前所未有的革命。連年來，洛陽鉬業(yè)作為智慧礦山的領(lǐng)航者和創(chuàng)建者，綠色礦山的踐行者和推動(dòng)者，先后與西安建筑科技大學(xué)、河南躍薪科技公司以及華為集團(tuán)深度合作，研發(fā)出露天礦無人采礦裝備及智能生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，傾力打造出國內(nèi)首家智慧礦山標(biāo)桿企業(yè)。

在洛陽鉬業(yè)礦山公司生產(chǎn)科工作了16年的劉電波，先后從事過生產(chǎn)調(diào)度員、配礦班班長(zhǎng)和生產(chǎn)科科長(zhǎng)等職務(wù)，并經(jīng)歷了采場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度、調(diào)度中心遙控指揮調(diào)度模式。如今不需要在夏季頭頂烈日，冬季腳踏冰雪現(xiàn)場(chǎng)奔波和在調(diào)度中心通過視頻指揮鏟裝及運(yùn)輸作業(yè)，僅利用智能化調(diào)度系統(tǒng)便可輕松下達(dá)鏟裝、運(yùn)輸、卸礦調(diào)度指令，同時(shí)所有車輛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)派單模式。

即將退休的碎礦工范六群在1 號(hào)碎礦站見證了運(yùn)礦車輛從有人駕駛到無人駕駛的智能化運(yùn)行，深有感觸地說：“干了一輩子礦工，真是開了眼界了，運(yùn)礦車輛實(shí)現(xiàn)無人駕駛，這在以前想都不敢想”。

在調(diào)度中心遠(yuǎn)程作業(yè)

聚集行業(yè)發(fā)展 引領(lǐng)技術(shù)進(jìn)步

隨著國家對(duì)礦山資源綜合開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)、開采工藝、技術(shù)裝備、安全管理等方面要求得越來越嚴(yán)格，以數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化和智能化帶動(dòng)傳統(tǒng)礦業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)，打造安全、綠色、高效、智能礦山，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，是中國礦山行業(yè)的必由之路。

發(fā)展成就夢(mèng)想，變革方能言勝。近年來，洛陽鉬業(yè)深入貫徹落實(shí)國務(wù)院《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》等國家相關(guān)政策，按照《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》的總體要求，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)組織數(shù)字化，配礦管理動(dòng)態(tài)化，礦巖計(jì)量自動(dòng)化，現(xiàn)場(chǎng)管理可視化，調(diào)度指令信息化，設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化，信息傳遞網(wǎng)絡(luò)化的目標(biāo)。

與西安建筑科技大學(xué)合作實(shí)施的集群協(xié)同卡車智能調(diào)度及礦巖運(yùn)輸無人計(jì)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)位置顯示、歷史軌跡回放以及滿載、空載、待車等工作狀態(tài)識(shí)別。利用群智能優(yōu)化算法構(gòu)建實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化模型，進(jìn)行最優(yōu)化的路徑選擇、全局及局部車流規(guī)劃，作業(yè)人員或無人設(shè)備利用移動(dòng)終端實(shí)時(shí)接收調(diào)度指令，對(duì)生產(chǎn)過程的突發(fā)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)警及調(diào)整。礦巖運(yùn)輸無人計(jì)量利用配礦——調(diào)度——稱重流程化智能管控技術(shù)，在卸載稱重時(shí)實(shí)現(xiàn)卡車、出礦點(diǎn)、出礦品位、噸位等數(shù)據(jù)智能識(shí)別，所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總至云平臺(tái)中心數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)自動(dòng)將數(shù)據(jù)與配礦、調(diào)度指令進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，對(duì)未按要求進(jìn)行裝——運(yùn)——卸操作的卡車進(jìn)行自動(dòng)提示，大幅降低了計(jì)量勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了配礦及調(diào)度準(zhǔn)確性。

2015年，實(shí)施的“三道莊露天礦智能化裝備及其關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)”項(xiàng)目，根據(jù)該礦區(qū)礦山地質(zhì)條件、資源賦存形態(tài)及生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行一系列的采礦優(yōu)化，按照生產(chǎn)設(shè)備操作遙控化→遙控操作遠(yuǎn)程化→無人操作智能化的步驟，逐步建立了一套高效、實(shí)用、安全的露天礦穿孔、鏟裝和運(yùn)輸生產(chǎn)設(shè)備智能化系統(tǒng)，按照“最大限度利用礦山現(xiàn)有設(shè)備，最大限度兼容原有人工操控系統(tǒng)”的技術(shù)創(chuàng)新思路，實(shí)現(xiàn)設(shè)備無人和有人值守之間的信號(hào)采集、輸送、控制及自動(dòng)切換，研發(fā)集智能開采基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、智能工業(yè)大數(shù)據(jù)通信、智能開采無人調(diào)度與控制、智能采礦生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、智能開采智慧生產(chǎn)決策和智能化采礦作業(yè)設(shè)備于一體的礦山無人開采智慧管控平臺(tái)。打破了國外的技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了穿孔、鏟裝、運(yùn)輸?shù)臒o人高效作業(yè)。該系統(tǒng)研發(fā)的核心技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)該領(lǐng)域的空白，改變了傳統(tǒng)的人工操作模式，提高了采礦裝備的自動(dòng)化、智能化水平，為提升采礦生產(chǎn)管理水平和企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)智能無人開采奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，可廣泛應(yīng)用于空區(qū)處理、地震、洪澇、滑坡、泥石流等自然災(zāi)害以及高原、高溫、高寒、強(qiáng)腐蝕、高輻射等惡劣環(huán)境和高危條件下?lián)岆U(xiǎn)救援，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

2018年6月，洛陽鉬業(yè)與河南躍薪再度聯(lián)手，成功研發(fā)40 余臺(tái)純電動(dòng)礦用卡車，該車型具備能量回饋系統(tǒng)，在車輛制動(dòng)或滑行時(shí)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存到電池中，既可以延長(zhǎng)續(xù)駛里程，又減少機(jī)械磨損，有效提高行車安全，與同等功率柴油運(yùn)輸車相比，能耗及維修費(fèi)用降低50%以上；利用重載能量回收系統(tǒng)，礦山路況下能量可回收25%～30%，一次充電可滿足8 小時(shí)運(yùn)輸需求，且完全實(shí)現(xiàn)零排放。同年9月，15 臺(tái)純電動(dòng)礦用卡車成功開啟智能駕駛新模式，讓智能駕駛在礦山企業(yè)規(guī)模推廣成為現(xiàn)實(shí)，中國礦業(yè)從此進(jìn)入“智能+綠色”新時(shí)代。該項(xiàng)目被中國產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)評(píng)為2019年度創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)。

創(chuàng)新贏得先機(jī) 智慧創(chuàng)造未來

進(jìn)入2019年，洛陽鉬業(yè)牽手華為，在全國率先將5G 技術(shù)應(yīng)用在無人礦山領(lǐng)域，對(duì)原有智能采礦設(shè)備進(jìn)行基于5G 網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造，利用5G 網(wǎng)絡(luò)的超高速率、超低時(shí)延的特性，徹底解決了礦山特殊復(fù)雜環(huán)境信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)瓶頸。2019年以來，通過多次改進(jìn)和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了無人電動(dòng)車編隊(duì)運(yùn)行和挖掘機(jī)的遠(yuǎn)程操控，智能系統(tǒng)通過升級(jí)實(shí)現(xiàn)了云服務(wù)器下的精準(zhǔn)控制，進(jìn)一步加大二代無人電動(dòng)車研發(fā)力度，提高運(yùn)行效率和安全性能，不斷滿足復(fù)雜供礦條件下的高效運(yùn)行。目前15 輛無人駕駛二代車輛已實(shí)現(xiàn)多個(gè)裝載點(diǎn)編隊(duì)運(yùn)行，一號(hào)破碎站實(shí)現(xiàn)全站運(yùn)輸無人化。

自動(dòng)派車及車鏟協(xié)同作業(yè)效率優(yōu)化項(xiàng)目是當(dāng)前國內(nèi)智慧礦山深入研發(fā)的必然趨勢(shì)，也是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模無人車智能生產(chǎn)的關(guān)鍵。該項(xiàng)目是在原生產(chǎn)智能管控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，依據(jù)智慧礦山和軟件工程的相關(guān)理論和方法，進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化分析設(shè)計(jì)，結(jié)合云服務(wù)下露天礦智能管控平臺(tái)，對(duì)車輛智能派單、車鏟作業(yè)效率優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。而智能調(diào)度是露天礦生產(chǎn)組織的“超級(jí)大腦”，是從有人駕駛作業(yè)車輛、有人+無人混合作業(yè)到無人駕駛作業(yè)的主要環(huán)節(jié)。

由于原有的調(diào)度系統(tǒng)為了保證配礦的效果，按照配礦計(jì)劃人工綁定的方式進(jìn)行，卡車每班嚴(yán)格按照調(diào)度指令進(jìn)行裝——運(yùn)——卸操作，調(diào)度模式簡(jiǎn)單，容易造成車輛排隊(duì)等待時(shí)間長(zhǎng)、效率低下等問題。為了解決這一問題，實(shí)施的全新卡車調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)前裝、運(yùn)、卸的實(shí)時(shí)狀態(tài)，進(jìn)行智能調(diào)度，并以配礦計(jì)劃為依據(jù)，保證配礦品位均衡，提高了作業(yè)效率。智能派單式調(diào)度管理模式，對(duì)原有的系統(tǒng)界面，系統(tǒng)交互方式以及異常狀況的處理進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整開發(fā)，尤其對(duì)突發(fā)性硬件故障、車輛未按調(diào)度執(zhí)行、緊急停派、破碎站應(yīng)急存礦等異常狀況的處理進(jìn)行相應(yīng)的研發(fā)。

為了支持運(yùn)輸成本核算，在對(duì)當(dāng)前的卡車移動(dòng)終端軟件進(jìn)行了升級(jí)開發(fā)，在支持車輛實(shí)時(shí)路線里程統(tǒng)計(jì)的同時(shí)，通過軟件系統(tǒng)對(duì)車輛的裝載點(diǎn)——卸載點(diǎn)的重載里程進(jìn)行實(shí)時(shí)匯總分析，自動(dòng)生成報(bào)表。為確保調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行全新的數(shù)據(jù)感知（輸入）模塊設(shè)計(jì)，系統(tǒng)全面監(jiān)測(cè)當(dāng)前卡車狀態(tài)（待命、故障、主動(dòng)停運(yùn)、空車待裝、重車待裝、重車待卸等）、無裝點(diǎn)狀態(tài)（正常裝載、故障、主動(dòng)停裝）、卸載點(diǎn)狀態(tài)（正常、故障、主動(dòng)停卸）、配礦計(jì)劃及實(shí)時(shí)完成情況、指派優(yōu)先等進(jìn)行實(shí)時(shí)感知。為獲取相應(yīng)的狀態(tài)，開發(fā)了對(duì)應(yīng)的挖掘機(jī)、破碎站和車輛等三個(gè)APP 應(yīng)用程序。

據(jù)了解，該項(xiàng)目在4月份已完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編碼開發(fā)和校園內(nèi)系統(tǒng)模擬和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度測(cè)試，逐步接入所有挖機(jī)和卡車，完善了調(diào)度模型、應(yīng)急調(diào)度、應(yīng)急存礦、分組指派等特殊場(chǎng)景支持，并全面切換到智能派單系統(tǒng)，下一步將完成與磅房的集成與對(duì)接、數(shù)據(jù)同步等功能，根據(jù)應(yīng)用情況，逐漸完善和處理細(xì)節(jié)問題，繼續(xù)對(duì)智能管控平臺(tái)升級(jí)改造，與現(xiàn)有智能裝備對(duì)接，實(shí)現(xiàn)集成管控，并通過無人機(jī)對(duì)采場(chǎng)定時(shí)航測(cè)，實(shí)現(xiàn)三維現(xiàn)狀及時(shí)更新，提高精準(zhǔn)管控水平。