礦車智能化技術(shù)在礦山運(yùn)輸中的應(yīng)用研究

摘要：礦山智能化技術(shù)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析優(yōu)化運(yùn)輸路徑、自動(dòng)化裝載與卸貨減少人為錯(cuò)誤、車輛自動(dòng)診斷與預(yù)防性維護(hù)降低停機(jī)時(shí)間等特性，顯著提高了礦山運(yùn)輸效率和安全性?；诖?，結(jié)合智能化技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用，以礦山運(yùn)輸中礦車智能化技術(shù)為核心，分析智能調(diào)度與管理系統(tǒng)的應(yīng)用及無人駕駛礦車的實(shí)地測(cè)試與部署，提出礦車智能化技術(shù)實(shí)施優(yōu)化策略，以期為礦山運(yùn)輸?shù)闹悄芑l(fā)展提供有效參考。

關(guān)鍵詞：礦車智能化礦山運(yùn)輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化裝載無人駕駛

ResearchontheApplicationofIntelligentMiningVehicleTechnologyinMiningTransportation

GAOJian

（GansuJingtieMountainMiningCo.，Ltd，Jiayuguan，GansuProvince，735100China）

Abstract：Intelligentminingtechnologyhasthecharacteristicsofreal-timedataanalysistooptimizetransportationpaths，automatedloadingandunloadingtoreducehumanerrors，automaticvehiclediagnosisandpreventivemaintenancetoreducedowntime，andsignificantlyimproveminingtransportationefficiencyandsafety.Basedonthis，combinedwiththepracticalapplicationofintelligenttechnology，withtheintelligent miningvehicletechnologyinminingtransportationasthecore，thispaperanalyzestheapplicationofintelligentschedulingandmanagementsystemsandtheon-sitetestinganddeploymentofunmannedminingvehicles，andproposesoptimizationstrategiesfortheimplementationofminingvehicleintelligenttechnology，inordertoprovideeffectivereferencefortheintelligentdevelopmentofminingtransportation.

KeyWords：Intelligentminingvehicle;Miningtransportation;Realtimedataanalysis;Automatedloading;Autonomousdriving

在礦產(chǎn)資源的開采過程中，礦山運(yùn)輸作為連接采礦、加工和市場(chǎng)的重要環(huán)節(jié)，其效率和安全性對(duì)整個(gè)礦業(yè)生產(chǎn)鏈具有決定性影響。傳統(tǒng)的礦車運(yùn)輸方式依賴大量的人工操作，不僅效率低下，且存在較大的安全隱患。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，礦車智能化已成為提升礦山運(yùn)輸效率、降低事故發(fā)生率的關(guān)鍵途徑。通過引入智能調(diào)度系統(tǒng)、自動(dòng)化裝卸技術(shù)、車輛自動(dòng)診斷與預(yù)防性維護(hù)等技術(shù)，礦車智能化可在一定程度上優(yōu)化運(yùn)輸路徑，提高裝載效率。

1礦車智能化技術(shù)對(duì)礦山運(yùn)輸?shù)挠绊?/p>

1.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析優(yōu)化運(yùn)輸路徑

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析在礦車智能化技術(shù)中扮演著重要的角色，能夠優(yōu)化礦山運(yùn)輸路徑，提高運(yùn)輸效率和降低運(yùn)營成本。通過收集車輛的實(shí)時(shí)位置、速度、負(fù)載狀態(tài)及路況信息，智能系統(tǒng)能夠分析并計(jì)算出最佳運(yùn)輸路徑，避免擁堵和不必要的迂回，確保礦車的高效調(diào)度和運(yùn)行。例如：通過全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）和車載傳感器收集的數(shù)據(jù)可以輸入到地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem，GIS）中，結(jié)合礦山地形和已知的障礙物分布，系統(tǒng)能夠生成最短或最省能的路徑規(guī)劃，且利用歷史數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)還可以預(yù)測(cè)并應(yīng)對(duì)未來可能出現(xiàn)的路況變化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑調(diào)整。

1.2自動(dòng)化裝載與卸貨技術(shù)減少人為錯(cuò)誤

礦車智能化技術(shù)對(duì)礦山運(yùn)輸有著重要影響，在自動(dòng)化裝載與卸貨技術(shù)方面的應(yīng)用尤為顯著。引入自動(dòng)化系統(tǒng)，可以大幅度減少人為錯(cuò)誤，提升作業(yè)效率和安全性。例如：在西溝礦的礦山中，嘗試引入自動(dòng)化裝載系統(tǒng)的礦車，精確控制裝載量，并通過預(yù)設(shè)程序確保物料均勻分布，該系統(tǒng)的實(shí)施預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，裝載誤差由過去的±5%降低到了±1%，顯著減少了物料溢出或裝載不足的情況，且由于減少了對(duì)人工操作的依賴，每輛車的處理時(shí)間從原來的10min縮短至現(xiàn)在的7min，提高了30%的效率。智能山礦項(xiàng)目的成功實(shí)施也表明自動(dòng)化技術(shù)能顯著降低安全事故發(fā)生率。

1.3車輛自動(dòng)診斷與預(yù)防性維護(hù)減少停機(jī)時(shí)間

隨著先進(jìn)傳感器技術(shù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析軟件的融合，現(xiàn)代礦車能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵部件的性能并預(yù)測(cè)潛在的故障點(diǎn)。憑借這一能力，使得維護(hù)作業(yè)可以在故障發(fā)生前妥善安排，規(guī)避了緊急修理所需的額外時(shí)間和成本。通過部署智能礦車自動(dòng)診斷系統(tǒng)，將會(huì)實(shí)現(xiàn)礦車制動(dòng)系統(tǒng)、引擎性能和傳動(dòng)裝置等關(guān)鍵組件的狀態(tài)監(jiān)控[1]，系統(tǒng)可以分析這些部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并在達(dá)到預(yù)定的維護(hù)閾值時(shí)提醒技術(shù)人員進(jìn)行干預(yù)。預(yù)計(jì)礦車因故障導(dǎo)致的非計(jì)劃性停機(jī)時(shí)間從月均12h減少到2h，有效提高了設(shè)備的可靠性和生產(chǎn)線的連續(xù)性，不僅優(yōu)化了設(shè)備的使用壽命，亦為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2礦車智能化技術(shù)在礦山運(yùn)輸中的應(yīng)用實(shí)際研究

2.1智能調(diào)度與管理系統(tǒng)的應(yīng)用案例

鏡鐵山礦礦山是酒鋼集團(tuán)的礦產(chǎn)資源開采基地之一，每日運(yùn)輸量達(dá)數(shù)千噸。為了提高運(yùn)輸效率、降低成本，該礦山計(jì)劃引入了智慧礦山管理系統(tǒng)，以適應(yīng)新時(shí)代下礦山生產(chǎn)要求。計(jì)劃在該礦山布置多個(gè)傳感器和監(jiān)控?cái)z像頭，覆蓋礦山關(guān)鍵位置，如礦車裝載點(diǎn)、交叉路口等，這些傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦車的位置、速度、裝載情況及周圍環(huán)境，監(jiān)控?cái)z像頭記錄礦車的運(yùn)輸路線和裝載情況。例如：位置傳感器如GPS提供礦車的精確地理位置信息；加速度計(jì)和陀螺儀監(jiān)測(cè)礦車的運(yùn)動(dòng)狀況[2]；溫度、壓力和濕度傳感器則分別監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度、液壓系統(tǒng)的壓力及物料的水分含量等。傳感器收集的數(shù)據(jù)通過車載通信模塊被傳輸至控制中心或云服務(wù)器，通信模塊包括行動(dòng)熱點(diǎn)、藍(lán)牙、蜂窩網(wǎng)絡(luò)（如4G或5G）等無線技術(shù)，支持長距離和高速的數(shù)據(jù)傳輸，并可在礦場(chǎng)內(nèi)建立起穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)?shù)V車通過傳感器所在位置時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取其位置和裝載情況，并記錄路線信息，以便后續(xù)分析和調(diào)度。系統(tǒng)能夠?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如監(jiān)測(cè)交通擁堵情況。該數(shù)據(jù)示例中，預(yù)計(jì)從A區(qū)到B區(qū)的運(yùn)輸路線可能延誤15min，這有助于提前調(diào)整運(yùn)輸策略。歷史數(shù)據(jù)分析功能幫助識(shí)別交通擁堵的高發(fā)時(shí)段，從而提供更好的調(diào)度參考。歷史數(shù)據(jù)分析顯示，每周五下午是擁堵高峰期，系統(tǒng)預(yù)測(cè)最佳運(yùn)輸路徑是經(jīng)過C區(qū)道路，預(yù)計(jì)延誤時(shí)間為10min。對(duì)于最佳裝載方案，根據(jù)負(fù)載量與運(yùn)輸距離的關(guān)系，預(yù)測(cè)A區(qū)的礦石裝載量為90%。

2.2無人駕駛礦車的實(shí)地測(cè)試與部署情況

在鏡鐵山礦礦山，采用無人駕駛礦車技術(shù)實(shí)施過程計(jì)劃如下。針對(duì)該礦區(qū)的具體環(huán)境進(jìn)行高精度地圖的制作，確保覆蓋所有作業(yè)區(qū)域，此地圖將作為無人車輛導(dǎo)航的基礎(chǔ)，其精度直接關(guān)系到車輛定位的準(zhǔn)確性。選定具有代表性的無人駕駛礦車型，按照預(yù)定的技術(shù)參數(shù)對(duì)礦車進(jìn)行改裝，包括安裝激光雷達(dá)（LightDetectionandRanging，eUZrw68xtQ+jLrbyWndUqg==LiDAR）、攝像頭、GPS等傳感器，以及配套的通信與控制系統(tǒng)。在保證硬件達(dá)標(biāo)的前提下，對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行編程和調(diào)試，使其能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算最優(yōu)行駛路徑自動(dòng)避障。完成初步實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的軟硬件調(diào)試后，在封閉場(chǎng)地內(nèi)模擬實(shí)際運(yùn)輸條件，進(jìn)行無人駕駛礦車的動(dòng)態(tài)測(cè)試。在此過程中，工程技術(shù)人員密切監(jiān)控車輛運(yùn)行狀態(tài)，記錄并分析各種操作和應(yīng)急處理情況下車輛的表現(xiàn)，對(duì)導(dǎo)航算法進(jìn)行微調(diào)[3]。

經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試后，將無人駕駛礦車投入到實(shí)際的礦區(qū)作業(yè)環(huán)境中進(jìn)行試運(yùn)行。初始階段，設(shè)置人工監(jiān)控確保安全，不斷收集車輛在實(shí)際工作環(huán)境中的性能數(shù)據(jù)。為了驗(yàn)證無人駕駛礦車的長期穩(wěn)定性和可靠性，制訂了周期性維護(hù)和偶發(fā)性故障的快速響應(yīng)機(jī)制。隨著試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累和問題解決，逐步擴(kuò)大無人駕駛礦車在全礦山的應(yīng)用范圍。最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)車隊(duì)的完全自動(dòng)化管理，以提高礦山的運(yùn)營效率、降低人工成本，并顯著提升安全保障水平。通過這種系統(tǒng)的實(shí)地測(cè)試與部署，下沙礦山成功實(shí)現(xiàn)了智能化運(yùn)輸?shù)纳?jí)改造，為其他礦山提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)參考。

2.3遙感技術(shù)在礦車監(jiān)控中的具體運(yùn)用

在礦車監(jiān)控領(lǐng)域，遙感技術(shù)主要涉及對(duì)礦車的實(shí)時(shí)定位、狀態(tài)監(jiān)測(cè)及周圍環(huán)境的感知。這些技術(shù)的運(yùn)用旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)礦山運(yùn)輸流程的自動(dòng)化和智能化管理，提升效率與安全性，表1羅列了部分遙感技術(shù)在礦車監(jiān)控中的運(yùn)用情況。實(shí)時(shí)定位技術(shù)是遙感監(jiān)控的基礎(chǔ)，通過安裝在礦車上的GPS接收器或射頻識(shí)別（RadioFrequencyIdentification，RFID）標(biāo)簽，控制中心能夠精確地追蹤每輛礦車的地理位置和行駛速度；利用差分全球定位系統(tǒng)（DifferenceGlobalPositioningSystem，DGPS）或?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)（RealTimeKinematic，RTK），可進(jìn)一步提高定位精度，有效規(guī)劃礦車的最優(yōu)路徑，避免交通堵塞，減少不必要的等待和行駛時(shí)間[4]。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)則是確保礦車的健康狀態(tài)和運(yùn)行安全的關(guān)鍵，傳感器如油壓傳感器、溫度傳感器和振動(dòng)分析儀被廣泛用于監(jiān)測(cè)礦車的機(jī)械狀況。例如：油壓傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，溫度傳感器可以預(yù)警電機(jī)過熱，振動(dòng)分析儀可用于檢測(cè)軸承或齒輪箱的異常，這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行模沟镁S護(hù)人員可以及時(shí)了解每臺(tái)設(shè)備的健康狀況，提前進(jìn)行維護(hù)或更換，以降低故障率；環(huán)境感知技術(shù)則允許礦車在復(fù)雜的礦山環(huán)境中自主導(dǎo)航；激光雷達(dá)傳感器能夠生成礦車周圍的三維地圖，輔以機(jī)器視覺技術(shù)，礦車能夠識(shí)別道路邊界、障礙物及其他車輛。

3礦車智能化技術(shù)實(shí)施優(yōu)化策略探究

3.1跨部門合作模式促進(jìn)技術(shù)整合

在礦車智能化技術(shù)的實(shí)施過程中，跨部門合作模式起到了至關(guān)重要的作用。由于礦山運(yùn)輸涉及多個(gè)部門，如物流、機(jī)械維護(hù)、生產(chǎn)計(jì)劃及安全監(jiān)控等，有效的通信和協(xié)作對(duì)于保證礦車智能化系統(tǒng)順暢運(yùn)行至關(guān)重要。

跨部門合作模式通過建立共享平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，該平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)收集和分析來自不同部門的數(shù)據(jù)。例如：物流部門可以提供礦車運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，機(jī)械維護(hù)部門可以分享設(shè)備狀態(tài)和維護(hù)記錄，生產(chǎn)計(jì)劃部門則可以提供產(chǎn)量和運(yùn)輸需求信息，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行集成分析，各部門可以協(xié)調(diào)制訂更為精確、高效的礦車調(diào)度計(jì)劃，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在1Qx4kvNLS5a8Iv//g03nCxZM9qhpxW2gu8+rBImhGWg=的問題。安全監(jiān)控部門在跨部門合作中也扮演著重要角色，利用智能化技術(shù)對(duì)礦車運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保運(yùn)輸過程的安全性。遇到緊急情況時(shí)，安全監(jiān)控部門能夠迅速響應(yīng)，并與物流和機(jī)械維護(hù)部門合作，共同采取措施，以防范事故的發(fā)生[5]。

3.2面向操作員的智能系統(tǒng)培訓(xùn)計(jì)劃

為確保礦車智能化技術(shù)能夠高效且安全地應(yīng)用于礦山運(yùn)輸，制訂面向操作員的智能系統(tǒng)培訓(xùn)計(jì)劃尤為重要。表2列出了面向操作員的智能系統(tǒng)培訓(xùn)計(jì)劃。該培訓(xùn)計(jì)劃應(yīng)包括綜合的理論教育、實(shí)操訓(xùn)練和模擬應(yīng)急演練，確保操作員能全面掌握智能系統(tǒng)的使用。理論教育部分介紹智能礦車的工作原理、主要功能模塊、標(biāo)準(zhǔn)操作程序及日常維護(hù)知識(shí)，旨在建立操作員對(duì)礦車智能系統(tǒng)的基本認(rèn)識(shí)和理解。實(shí)操訓(xùn)練環(huán)節(jié)將使操作員在真實(shí)的礦車或模擬操作系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)際操作，包括數(shù)據(jù)監(jiān)控、路線規(guī)劃、故障診斷和系統(tǒng)維護(hù)等實(shí)踐操作，培養(yǎng)操作員的實(shí)際操作技能。

4結(jié)論

礦車智能化技術(shù)的運(yùn)用對(duì)礦山運(yùn)輸具有顯著影響，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸路徑的實(shí)時(shí)優(yōu)化、裝卸過程的自動(dòng)化、車輛維護(hù)的智能化。應(yīng)用智能調(diào)度系統(tǒng)、無人駕駛技術(shù)、遙感監(jiān)控及物聯(lián)網(wǎng)集成，可在一定程度上提升礦山運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行效率，確保整個(gè)過程的安全性和可靠性?；诖?，礦車智能化技術(shù)將繼續(xù)推動(dòng)礦山運(yùn)輸向更高效、安全和自動(dòng)化的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]孟亦凡.智慧礦山物聯(lián)網(wǎng)接口機(jī)制與信息資源調(diào)度方法研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2022.

[2]朱權(quán)潔.基于Blender引擎的礦山虛擬現(xiàn)實(shí)自動(dòng)建模與運(yùn)輸仿真研究[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2010.

[3]毛志宏.信息化、智能化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].中國金屬通報(bào)，2021（6）：10-11.

[4]楊光輝，陳園園，管樹林，等.四向穿梭車智能化密集存儲(chǔ)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2020（20）：85-88.

[5]張永，趙偉.新安礦井斜巷絞車智能化控制技術(shù)及系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2020（9）：203-204，211.