2019年12月07日 星期六
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智能礦山的中國道路

——2019中國國際礦業大會傳來的信號·系列報道之二

2019-10-15 10:29:53 來源:中國礦業報 本報記者: 劉艾瑛

智能礦山不再只是墻上的遠景美圖,其建設已邁出堅實的步伐。智能礦山建設不僅令人炫目,也能交出漂亮的經濟賬。

近日舉行的2019中國國際礦業大會特開辟持續兩天的智能礦山論壇。與往屆技術論壇不同的是,此次智能礦山論壇,不再是只有技術人員,礦山企業負責人明顯增多,在一定程度反映了企業負責人越來越重視智能礦山建設。

國家電力投資集團貴州遵義產業發展有限公司副總經理邵國君在智能礦山論壇現場答問

礦卡升級跟著礦山發展趨勢走

論壇上,濰柴動力上海研發中心副主任李福軍表示,礦山生產模式發展要經歷原始、機械化、數字化、智能化4個階段。目前,我國礦山生產模式處于數字化階段進程中,主要表現在硬件的投入與使用上,在數據整合與共享方面還處在較低水平,“數據孤島”問題突出。其中,大中型礦山數字化程度高,小型礦山還處在機械化階段,數字化程度偏低。

在他看來,礦山未來的發展趨勢是綠色、安全、智慧、高效。綠色發展成為礦山的基本要求。安全生產仍然是采礦工作中的最大威脅,如何強調安全的重要性都不為過。技術自動化、數字化的推進仍以安全性為前提。科技創新的加快推進,大數據、互聯網、遙感探測等新技術與礦業交叉融合,數字化、智能化技術和裝備不斷深入應用,礦業發展新動能日益增加,為行業轉型升級,實現創新發展開辟了新領域。智慧礦山主要通過礦山的云中心的智能決策模型自動決策,保障生產過程各環節的自動高效運行,并通過反饋信息主動進行決策再優化,從而保證礦山經營管理經濟高效運行。

李福軍介紹,目前我國智慧礦山已完成階段性目標規劃,并列出了時間進度表。2021年,我國將建成100個初級智能化示范煤礦,基本實現掘進工作面減人提效,綜采工作面少人或者無人操作,實現固定崗位的無人值守和遠程監控。2025年,全部大型煤礦要基本實現智能化,形成煤礦智能化建設技術規范與標準體系,實現開拓設計、地質保障、采掘運通、洗選物流等系統的智能化決策和自動化協同運行,井下重點崗位機器人作業。2035年,全面實現煤礦智能化開采,構建多產業鏈、多系統集成的煤礦智能化系統,建成智能感知、智能決策、自動執行的智慧煤礦體系。2050年,全面建成安全綠色、高效智能礦山技術體系,實現安全綠色、高效智能化生產。

順應礦山發展趨勢,礦用卡車產品也在不斷創新,朝著安全高效、綠色環保、智能化方向發展。傳統柴油礦卡使用中油耗成本占比接近總成本的50%。相比柴油,天然氣的低能耗成本優勢明顯,因此燃氣驅動礦卡成為眾多企業開發產品的新方向。重汽最早推出了天然氣礦用卡車,但由于產品配套使用的基礎設施建設落后等原因沒有形成批量使用。混合動力礦卡相對比較成熟,類型豐富多樣,額定載重集中在100噸~250噸之間,與燃油動力礦卡相比,綜合節能率普遍超過20%。2018年,各企業開始陸續投放純電動礦卡,濰柴、徐工、洛陽鉬業、宇通等國內企業都已有產品上市,但核心技術仍有待提高,電池壽命和成本仍是主要制約因素。此外,氫能驅動礦用卡車尚處于產品開發階段,產業鏈各項技術有待進一步提高完善。2018年,濰柴集團與國家能源集團開始共同開發200噸級氫能重載礦用卡車。預計2035年我國礦卡將全面進入燃料電池時代。目前,各項智能化技術正在礦用卡車上快速應用,無人駕駛技術也在不斷成熟。

無人駕駛在露天礦應用廣闊

雖然無人駕駛商用已有10多年時間,但由于路權、道路復雜,及擔心被黑客困住等問題,即使像谷歌、百度這樣的魔獸企業,投巨資打造的無人駕駛汽車仍然不能在公共道路上行駛,但在露天礦由于沒有路權障礙、環境相對單一、經濟效益顯著、運貨不載人等特點,卻迎來了發展機遇。

礦區運輸主要存在招工難、成本高、事故頻發這3個突出的痛點問題,年輕人從業意愿低,司機操作不規范造成的車輛維修、油耗等成本高居不下,礦卡車型大、盲區多,傷亡事故頻發,無人駕駛成為礦區根本的解決手段。

北京踏歌智行科技有限公司創始人、國家“萬人計劃”科技創新領軍人才余貴珍教授表示,露天礦封閉無人,運輸線路固定、點對點、低速,最適合無人駕駛落地的場景,能實現機器替人的經濟價值、無人駕駛的本質安全,并且更加穩定可靠。

據其介紹,從國外無人駕駛的發展來看,卡特彼勒20世紀70年代開始研發無人駕駛礦車,小松、別拉斯等公司也陸續推出無人駕駛礦車。澳大利亞、加拿大和巴西等國家也陸續推出了近300輛無人駕駛礦車投入運營,與人工駕駛相比,總體成本降低了15%以上,而且每年還增加500小時的工作時間。我國除了有大型礦車的市場需求外,礦區自卸車和寬體車的需求量也特別大。由于我國人工成本低,需要開發更低成本的露天礦運輸系統。針對我國礦區工藝和環境更加復雜的實際,還有混行無人運輸系統的市場需求。

余貴珍認為,建立特定場景無人駕駛系統架構,像業務調度系統、運行監控系統和安全保障系統這三個系統必不可少,對應的有大數據分析平臺、高精定位服務平臺、車路協同平臺、高精度地圖平臺,通過云端調度與運營服務,礦卡與挖掘機、推土機實現裝卸、運輸協同作業,除有礦卡的無人駕駛,還需要推土機、挖掘機指引礦卡在什么地點裝、卸,運用監控平臺、通信大數據等技術,實現設定的作業場景。無人駕駛比人工操作速度更快,視頻、激光雷達等應用需要傳輸大量數據,還要實現實時監控,5G因其高寬帶、低延時,在露天礦可以很好地應用,遠比打電話更有應用價值。

余貴珍總結指出,礦區無人運輸系統涉及感知、控制、車路協同、智能調度、大數據5個方面的核心關鍵技術。感知,是指非結構化道路路面檢測與融合感知技術,針對礦區的非結構化道路,不僅要檢測車道線、行人,還要檢測路面石頭,道路兩側的懸崖、山坡,甚至是灰塵;控制,是指特種車無人駕駛軌跡跟蹤與精準停靠控制技術,因為礦區運輸使用的是大載量的大型車輛,重載上坡和重載下坡等控制與常規車輛不同;車路協同,是指基于V2X的車路協同控制技術,只有應用了車路協同技術,才能完成裝和卸的協同作業;智能調度,是指無人運輸協同作業智能運營調度技術,光有單個礦卡的自動化遠遠不夠,還需要多臺礦卡編組作業的智能調度技術;無人運輸的調度也包括應用大數據分析,此外基于大數據的分析還能發現瓶頸,實現無人運輸能耗與效率的優化,減少油耗和車損,提高整體效益。

北京踏歌智行科技有限公司(以下簡稱“踏歌智行”)無人駕駛項目目前做得是風生水起。該公司董事、副總裁李慶社介紹,為落實國家智慧礦山、綠色礦山、安全礦山發展行動,踏歌智行經過一年多在露天礦區的科技試驗和試運營,于今年8月20日通過了行業專家評審,標志著踏歌智行無人駕駛技術從科技試驗階段進入到批量推廣階段。9月26日,踏歌智行與國家電投霍林河露天煤業簽署無人駕駛科技項目合同;9月29日,踏歌智行與包鋼集團正式簽署白云鐵礦礦用車無人化系統項目合同,雙方緊密合作共同打造無人駕駛露天礦示范樣板工程。截至目前,我國公開招標的兩個露天礦礦用車無人駕駛項目踏歌智行已中標并簽訂合同。此外,7月4日踏歌智行還與北方股份簽訂了兩臺(套)220噸級新車無人駕駛系統供應合同;9月19日,踏歌智行與內蒙古中環協力礦業有限公司簽訂礦區寬體車無人駕駛系統及服務合同,將為后者提供200套無人駕駛礦卡系統,并成為其無人駕駛產品惟一供應商,共同推進礦用車無人駕駛在露天礦區落地。踏歌智行一系列合同的簽訂,合同總金額超過億元,也體現了踏歌智行過硬的技術研發能力和精準的市場戰略定位得到了市場的回饋。

丹東東方測控技術股份有限公司軟件部部長吳耀昕在論壇上表示,該公司在馬鋼集團鐵礦山實現了井下有軌電車無人駕駛,不需要人工遙控,是完全自主駕駛,同時還增加了障礙物和危險情況的自主識別及自動鉆探,真正實現了無人駕駛。

智慧礦山算出漂亮經濟賬

甘肅金徽礦業有限責任公司建設綠色礦山在業內頗負盛名,郭家溝鉛鋅礦已成為綠色礦山建設的典范,但顯然公司并不滿足于此。該公司董事張世新在本屆中國國際礦業大會智能礦山論壇上提出,踐行生態理念,創建智能礦山,為綠色礦山建設提出了更高的目標,明確了建設“中國一流世界領先”的生態型、環保型、綠色礦山的奮斗目標。據其介紹,金徽礦業高度重視科技創新與人才培養,引進技術專家和經驗豐富的技術人員,形成了探、采、選3個技術團隊,組建了金徽礦業研究院,并與中國地質大學、中南大學等院校開展技術合作,建立產學研基地。建立院士專家工作站,先后實施了數十項技術攻關和技術創新項目,取得了顯著的研究成果。其中,已授權發明專利1項、實用新型專利11項、軟件著作權4項。

郭家溝鉛鋅礦自勘查開發以來,先后有白春禮、王志珍、蔡美峰、莫宣學、毛景文、湯中立、武強、袁亞湘、田剛、古德生、張平文、江松等院士專家前來調研和指導工作。眾多院士專家在調查研究的基礎上,對綠色礦山建設及探采選工藝提出了寶貴的意見和建議,為其技術研發工作注入了活力。

金徽礦業智能礦山建設主要在兩個方面發力:

一方面,注重技術創新,打造數字化礦山。積極推進“采掘作業和機械化、生產管理一線化、施工隊伍小型化、質量管理標準化”,先后引進鑿巖臺車、撬毛臺車、無人駕駛有軌電機車等設備,經過多次工業調試,將選礦設計工藝由常規浮選工藝改造為電位調控浮選工藝,并研發了適合該礦的高效藥劑,應用選礦全流程自動控制系統的集成技術,使選礦過程控制達到可視化、信息化和網絡化,各項工藝參數實現了實時在線檢測。鉛鋅回收率分別達到了93.16%和95.57%;鉛精礦伴生銀的回收率達到89.46%,鉛鋅銀選礦綜合回收率達到國際領先水平。通過研究電位對尾礦沉降的影響規律,在國內外首次開發利用電位調控改善細粒脈石沉降屬性的新技術,攻克了提高磨礦細度與提高尾砂充填利用率不能兼顧的技術難題,尾砂利用率達到70%以上,既解決了充填用尾砂的問題,又減少了尾礦庫固廢排放量、延長了尾礦庫使用壽命。利用電位調控技術和特效藥劑制度,研發出浮選過程同步凈化提高回水水質的新技術,回水中殘余有害離子和有害成分被選擇性絡合沉淀,保留了對浮選有益的藥劑成分,使選礦回水不需凈化處理即可直接循環利用,解決了國內外浮選回水循環利用率低的難題,每噸原礦新水消耗量降低到0.2立方米以下,從而使選礦回水循環利用達到100%,具有廣泛的推廣應用價值。

另一方面,加快轉型升級,創建智能礦山。實現無人駕駛電機車,逐步將井下自卸運礦卡車和井下鏟運機進行無人駕駛升級改造;積極推進鑿巖臺車、錨桿臺車和撬毛臺車遠程操作升級改造,實現1人多車控制;在高標準建設 “井下安全六大系統”的基礎上,加快實現井下快速定位與自動導航等智能服務。

丹東東方測控技術股份有限公司軟件部部長吳耀昕以錫鐵山礦山為例,解讀智能礦山如何落地。西部礦業股份有限公司錫鐵山分公司是國內最大的獨立鉛鋅采選聯合生產企業,設計能力原礦處理量132萬噸/年。智能礦山建設從采礦、選礦、管礦三方面進行了完整的架構設計,并分集團應用和礦山應用兩個層面,全方位地規劃了整個礦山29個子系統,同時串起來形成一個完整的智慧礦山。在智能采礦方面,實現了無人駕駛、遠程裝礦、采礦數據集成、智能通風等,機車駕駛員減員80%,礦工和井下值守崗位減員100%,降低了勞動強度,提升了作業效率,保障了本質安全;在智能選礦方面,磨浮無人化、磨礦專家系統、泵站無人值守等,實現綜合減員30%,提升臺時處理量4.62%;在智能管控方面,通過MES、集中計量、無人計量、能源管理、物資管理等,實現計量、能源相關崗位減員80%,礦山數據統計工作智能化,在線類數據全部自動采集,提升企業生產經營執行效率50%以上。按綜合總體效率分析,錫鐵山智能礦山投運一年收回建設成本。

黑科技讓智能礦山更炫

論壇期間,有專家表示,相對人人皆知的GPS導航,慣性導航顯得備受冷落。但在礦井、隧道、水下這樣的空間,衛星信號無法到達,也就無法實現GPS定位,但使用慣性導航可以提供精準的導航和定位信息。慣性導航系統是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導航系統。澳大利亞CSIRO出品的“LASC(拉斯克)”系統是國際公認的具有世界領先水平的礦山智能化系統,率先把慣性導航系統應用在采煤機上。雖然GPS技術已經非常成熟,地面上的定位精度也非常高,而且目前大部分智能化傳感系統也都是采用GPS系統,但是在接收不到衛星信號或有信號干擾的地方,慣導設備將發揮決定性作用。慣性導航傳感裝置(INS)作為LASC系統的硬件部分,不需要搭建外部基礎設施,甚至不需要借助磁強計來偵測方向,可以在沒有基站指引的情況下,自行判別方向,自動校正,而且精確度高,能適應惡劣的采礦環境,所以比GPS更適合井下定位。此外,INS能提供準確的3D位置信息,這是物理數據而非模型數據。采煤機搭載INS之后,可以進行全自動工作面找直和水平控制,讓采煤機保持理想運行路線,以適應復雜的礦區地形。相比其他定位系統,穿戴式慣導系統不僅能定位,甚至是有觸覺的,能感知被定位人員的姿勢,是坐著,站著,還是躺著,能及早知道井下人員的異常狀態。在本屆中國國際礦業大會上,中國船舶重工集團公司第七O七研究所展出的高精度陀螺經緯(全站)儀,就是慣性技術應用的解決方案,相對傳統的導線測量,實現了礦山井筒不停工定向,測量控制點缺失地區的各種測繪保障工作,而且測量精度高,速度快。

與會專家認為,智能礦山是一項整體的系統工程,采用智能化系統技術實現礦山系統的動態監控、智能化運行,實現高效運行、自動節能化,簡單地疊加信息技術并不能實現建成智能礦山,其建設理念是在線、融合、智能,涵蓋了露天礦卡車無人駕駛,井下有軌機車無人駕駛、三維地質設計與管理、無人值守工廠、專家控制系統應用技術(通過多頻次、小幅度、連續性調整,穩定生產過程,保證產品質量,提高選廠處理量及金屬回收率 )、三維生產管控技術、大數據應用等關鍵技術與裝備。□

網站編輯:宮莉

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