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系數高。
據新戰(zhàn)略低速無人駕駛產業(yè)研究所了解,我國礦產地下開采比例超過75%,井工礦開采深度平均600米,最深可達千米以上。不完全統(tǒng)計,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、高溫等自然災害。同時,車輛運輸頻率高,駕駛人員易出現疲勞等現象,造成輔助運輸工作的安全隱患。為解決招工難、環(huán)境惡劣的主要問題和挑戰(zhàn)。加上礦產資源的合理開發(fā)與有效利用,礦區(qū)開采的機械化、智能化成為新時代礦山建設的重要方向和原則,無人駕駛技術得以在礦區(qū)落地應用。其中井工礦無人駕駛運輸項目也已取得一定的發(fā)展成果。
2022年12月,慧拓與陜煤集團小保當煤礦、中國電信陜西分公司、西安科技大學攜手建設的中國首個井工礦無人運輸項目順利通過礦方驗收,成為業(yè)內首個井工礦長距離、全工況的無人駕駛項目。
該項目基于現代智慧理念和5G關鍵技術,將物聯網、云計算、大數據、人工智能等與現代煤礦開發(fā)技術深度融合。通過構建由2輛乘人車、3輛物料車構成的無人輔助運輸系統(tǒng),采用無人駕駛管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一調度和管理,助力小保當礦區(qū)構建全面感知、實時互聯、分析決策、動態(tài)預測、協(xié)同控制的完整智能系統(tǒng)。目前,無人車已在井下實現時速不小于20km/h的常態(tài)化運行,為井下提供接送上下班人員、自動送餐、送料等生產服務,解決礦區(qū)人員和物料運輸的無人化問題。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)投入試運行,這標志著湖北非煤礦山井下裝礦、運礦、卸礦全過程開啟無人運輸作業(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,從事磷礦運輸的車輛2300多臺。該無人駕駛運輸項目由東風商用車與三寧礦業(yè)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議,并與武漢理工大學開展產學研合作。通過三方共同努力,經過400多天奮戰(zhàn),研究團隊梳理出運營場景及作業(yè)流程,完成礦山卡車的設計及控制策略制定、完成車輛調度平臺的部署。
當前,該無人礦卡已經能夠替代人工駕駛完成井下裝礦、運礦、卸礦等全業(yè)務流程動作,有助于解決礦山安全生產、職業(yè)健康與安全、運輸效率、運營成本等方面的問題。
神東上灣煤礦——無人駕駛運輸車
神東上灣煤礦利用輔助運輸無人駕駛系統(tǒng)結合井下精確導航定位技術以及遠程監(jiān)控與應急接管系統(tǒng),實現了井下無人駕駛。
經過1年多的研究與現場試驗,建立了以上灣煤礦井下環(huán)境為基礎的無人駕駛系統(tǒng)優(yōu)化模型。地面利用全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)、慣性測量單元、輪速里程計,井下采用三維激光掃描技術、激光雷達技術實現兩種環(huán)境下的精確定位。當無人駕駛車輛接到調度指令后,結合自身位置、周圍環(huán)境等信息,按照地面到井下的環(huán)路,完成物料和人員運輸作業(yè)。當網絡斷開時,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、故障診斷等信息實現車輛行為決策,確保無人駕駛車輛安全運行。目前,該礦無人駕駛系統(tǒng)已經測試通過了井下多種復雜特殊環(huán)境,具備常態(tài)化運行能力。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、自適應導航、智能預警、緊急停機等多項自主功能,在地面可依托北斗衛(wèi)星導航進行精準定位,在井下可依靠前期掃描建模地圖數據、雷達傳感及計算機分析系統(tǒng)進行定位及行走動作。此外,當無人駕駛過程中出現任何異常,地面工作人員可立即通過遠程監(jiān)控和應急接管系統(tǒng)緊急接管車輛控制權限,在地面遠程控制中心駕駛車輛,極大提升了無人駕駛的安全系數。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,正式落戶皖北煤電麻地梁礦,進入試運營階段。
該5G+無軌膠輪車無人駕駛技術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,具有勞動強度低、運輸效率快、安全系數高等特點。無人駕駛可有效避免人為誤操作、疲勞駕駛、違章作業(yè)等造成的運輸事故,并可實現運輸車輛、路線、時間的統(tǒng)一調度,與礦井物資供應系統(tǒng)對接后,可實現物料訂單式快速配送一鍵管控、乘人無軌膠輪車叫車服務等功能,促使地面、井下運輸效率成倍提升。無人駕駛技術是中國礦區(qū)無人自動化發(fā)展的趨勢。由低速無人駕駛產業(yè)聯盟、新戰(zhàn)略低速無人駕駛產業(yè)研究所主編的《礦區(qū)無人駕駛行業(yè)發(fā)展藍皮書(2022版)》顯示,目前國內已落地的礦區(qū)無人駕駛項目大多在露天礦,井工礦無人駕駛技術較為滯后。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,井工礦自動駕駛還需要更多關鍵技術的創(chuàng)新和突破。隨著以上代表井工礦的無人駕駛項目率先落地,行業(yè)向井下礦山開采無人駕駛運輸的發(fā)展又邁出了堅實的一步。