露天采場無人駕駛礦車試運行

王本金 王山東 尹 力 林震源

（馬鋼集團南山礦業有限責任公司）

礦山車輛無人駕駛技術還存在諸多難點，其全面投入到現場應用還受到多方面因素制約。本項目主要探討南山礦業公司在高村鐵礦開展無人駕駛技術的方案，保證該技術的推廣能產生切實有效的利益。預計采用兩步走的方案，逐步在高村鐵礦推廣無人駕駛技術，最終實現取消駕駛員班組、減少人工成本、減少安全事故的發生［1-5］。

1 項目建設的必要性

為深入貫徹落實《中國制造2025》，加快實施智能制造工程，推動新一代信息技術與工業生產融合發展，實現向高質量發展階段的轉變。根據馬鋼礦業發展要求和南山礦業公司的實際情況，從礦山生產的核心環節——礦車運輸作為突破點，開展無人駕駛礦車的研究，為帶動南山礦實現全面高質量發展提供示范。實施該項目的必要性總結如下。

（1）高村采場現有20輛自卸車，其中大部分由于長時間的連續運行，車況已接近報廢標準，維修和維護成本日益增大，急需解決車輛的更新換代問題。同時和尚橋礦區現有的礦車排放不能滿足新標準，需要對采礦方式和礦車進行更換。所以，當前是引進無人駕駛技術的最佳時機。

（2）礦山開采對安全和環境的要求越來越高，而采用無人駕駛在一定程度上能改善安全健康業績指標，還能降低運行成本，提高生產效率，無人駕駛是必然的發展方向。

（3）隨著信息技術與人工智能技術等的發展和興起，無人駕駛已是當前研究的熱點問題，很多重汽企業、研究機構和礦山投入其中，該項技術已接近成熟，技術風險較小。

（4）南山礦已建成地測采管理系統、卡車電鏟聯合調度系統等，為無人駕駛做了一些技術儲備。在信息化方面，南山礦一直走在全國礦山的前列，現作為華東地區最大的礦山，有能力和責任在露天礦的無人駕駛領域先行先試。

表1為無人駕駛的技術經濟情況對比。綜合以上，在南山礦進行無人駕駛研究試驗，從技術、經濟和社會效益等方面考慮都是必要的，爭取為國內采礦行業的高質量發展打下基礎。

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2 實踐方案

2.1 技改方案選擇

兼顧南山礦業的實際情況，建議與礦車廠商直接合作，并尋求研究單位和礦山信息支撐部門合作的模式進行無人駕駛試運行研究，以求節約、可控、實用、先進。本次研究可選擇的方式主要有3種：①全新無人駕駛模式，取消駕駛室，可雙向行駛，卡車無需調頭，作業高效；②將現有車輛改造成可無人駕駛車輛，同時保留原有的有人駕駛模式；③不對原有車輛進行改造，而通過駕駛機器人來控制方向盤、油門和剎車。

根據國內現有的研究水平和礦車生產狀況，建議在研究初期采用第二種方式，并逐漸過渡到第一種最新模式。

2.2 項目實施步驟

高村礦現主要使用北方重汽的礦卡，本著專業和節約的原則，選擇北方重汽股份公司為礦車無人駕駛研究合作單位，由其選擇無人駕駛研發團隊進行合作，也可再引進研究機構。具體的工作步驟如下。

（1）第一階段。確定合作伙伴，明確各方責、權、利，簽訂合作協議。對無人駕駛支撐環境進行改造，如電鏟和其他礦車的GPS改造、高精度動態電子地圖建設、放礦點的改造及通訊環境改造；對礦車無人駕駛化改造，實現單車在真實環境封閉區域內試運行。

（2）第二階段。對智能調度系統進行升級，與后期無人駕駛匹配；對周邊支撐環境的進一步改造，如道路、放礦點等；對其他礦車進行改造，實現多車在真實環境中試運行。無人駕駛礦車的進一步改造包含取消駕駛室，采用架線充電模式等；支撐運行環境的進一步改造主要為電鏟等設備的進一步升級，滿足多設備連續作業。

2.3 無人駕駛技術試驗步驟

2.3.1 封閉區域內試運行

對于新到礦山的無人駕駛礦車，應先在礦區封閉區域進行礦山環境的調試工作，測試各項功能是否滿足設計要求。整車調試正常后，由熟練的駕駛員操作無人駕駛礦車在廠區內進行人工操作作業，無人駕駛系統會采集試運行的數據進行分析，以便熟悉礦區道路環境和學習最佳駕駛習慣。調試完畢后，無人駕駛礦車可以按照礦區作業流程運行。

2.3.2 區內無人連續運行

在單臺無人駕駛礦車礦區內無人連續運行期間，指定無人駕駛礦車運行單獨行駛區域或專用路線，不與人工駕駛礦車混編，只對礦石物料進行裝載和運輸；單獨指定一個礦石物料破碎口供無人駕駛礦車使用，其他人工駕駛礦車及輔助車輛，在沒有安裝定位系統和智能調度系統終端前，不能隨意進入無人駕駛礦車行駛區域，以避免發生意外。裝載設備和輔助設備（如灑水車、推土機、破碎口等）需要根據無人駕駛礦車運行要求進行相應的改造工作。智能調度系統滿足無人駕駛礦車運行要求，礦區內高精度定位系統和無線通訊系統建立完畢，保證在礦區內各個位置的信號均滿足要求，無線數據傳輸能力和延遲滿足要求。

2.3.3 與人工駕駛礦車混合編隊連續運行

將無人駕駛礦車與人工駕駛礦車進行混合編隊作業，無人駕駛礦車可完成礦石物料和剝離物料的運輸；其他裝載設備和輔助設備（如灑水車、推土機、破碎口等）根據要求進行相應的改造，在智能調度系統的管理下，所有運行車輛均需嚴格按照礦區安全作業規程運行。

2.3.4 所有礦車無人駕駛連續運行

礦區內所有作業的礦車均為無人駕駛礦車，礦石物料和剝離物料的運輸完全由無人駕駛礦車完成；其他裝載設備和輔助設備（如灑水車、推土機、破碎口等）根據要求進行相應的改造，在智能調度系統的管理下，整個礦區無人設備高效安全運行。

2.4 時間計劃

試運行周期為2 a，需要各部門協同進行，具體進度安排見圖1。

2.5 費用計劃

無人駕駛礦車分兩階段投入資金，具體費用見表2。

注：試驗期間還有燃油、研究現場組織等相關配套費用等，沒有含在其中。

3 結語

南山礦業公司是無人駕駛礦車的使用方，不輸出礦卡與技術，最佳的方式應該是直接使用成熟的無人駕駛礦卡產品，但國內目前沒有。現國外的運營方式是成套的系統解決方案和設備，費用極高，不適合國內使用。采用與礦卡廠家合作的方式，改進生產作業形式，逐步適應最新技術，南山礦在智能礦山建設方面將踏上新的臺階。