我国露天煤矿智能运输技术现状及发展趋势

我国露天煤矿智能运输技术现状及发展趋势

李发国

国能准东能源有限责任公司，新疆乌鲁木齐  831400

摘要：分析了中国露天煤矿的开发现状和实际基础条件，阐述了目前中国露天煤矿智能化矿山建设工作在信息基础设施、矿山设计、智能穿爆、矿山工程、智能辅助、管理与决策、智能化园区几个方面的现状，深度剖析了智能化建设所面临的困境和问题根源。在加快煤矿智能化建设和高质量发展的总目标下，从制度体系、验收标准、顶层设计、工艺变革、应用场景5方面提出了深化实施路径，科学地把握并指明了中国露天煤矿智能化建设工作的发展对策和措施。

关键词：露天煤矿；智能运输；发展趋势

引言

露天开采过程的本质是大规模土石方时空移运过程，一般包括穿孔、爆破、采装、运输、排弃（卸载）等环节，其中运输环节是决定露天矿安全、经济、节能、低碳、绿色等属性的最重要因素之一。随着智能化矿山建设目标的提出，露天矿运输环节的智能化成为重点研究对象之一，主要集中在智能运输系统（Intelligent Transportation System，ITS）领域和方向。ITS最初为解决道路交通拥挤、交通事故等问题，由美国、日本等国家的学者提出。随着研究不断深入，系统功能扩展到道路交通运输的全过程及其有关服务部门。我国露天矿ITS与交通行业有着明显的不同，其主要建设目标是生产过程安全、高效、低碳环保。我国露天矿大多兴建于20世纪80年代，具有工艺先进、设备大型、机械化程度高、设备种类繁杂、产量规模大等特点。随着计算机技术在矿山行业的应用及推广，各露天矿加强了对生产和设备运行数据的重视，建立了管理信息系统、生产调度监控系统等。近年来，设备自动化运行、卡车无人驾驶、新能源汽车等新兴技术突起，通过远程控制、作业区域减人、新能源替代不可再生能源等手段，实现露天矿安全、高效目标，已充分融合在露天矿智能化队列中。本文总结我国露天矿智能化运输关键技术及其应用现状，并对未来发展趋势进行展望。

1露天煤矿智能化建设现状

1.1信息基础设施

信息基础设施是露天煤矿数据采集、传输、存储、计算、应用和管理的基础，涉及网络、通信、平台、模型等多个方面。它可以为露天煤矿的穿孔、爆破、采（剥）、运输、排土和选煤提供信息化支撑，是露天煤矿智能化建设的底层保障。当前露天煤矿信息基础设施建设总体上呈现出两极分化的趋势。国有大型露天矿信息基础设施建设较为完善，实现了万兆有线环网及5G无线网络的覆盖，数据中心网络设备基本可满足现阶段智能化系统的运行要求。中小型露天矿信息基础设施建设水平低，以千兆网络和4G无线网络应用为主，机房老旧，算力不足。存在的共性问题主要有：①5G网络应用场景单一，多以无人驾驶应用为主；②可实现流媒体视频监控，但普遍缺少AI智能算法加持；③公网与专网界限模糊，生产、安全、管理等运行数据出矿现象普遍，网络安全措施不到位；④露天矿综合管控平台建设效果及进度参差不齐，差异较大，已建立管控平台的多以系统集成和数据汇聚展示为主，鲜有能实现数据分析与系统联动的成功案例。

1.2网络布设现状

露天矿网络通信形式主要包括电台通信、无线Mesh网络、4G专网、5G−MEC（Multi-access Edge Computing，多边缘接入计算）、5G专网、700 MHz+X GHz等。指出无线Mesh技术具有容量大、速度快、覆盖广、成本低、组网简单等特点，基于无线Mesh网络的通信系统在露天矿山具有广阔的应用前景。提出了符合露天矿山企业实际情况的4G无线通信系统技术方案，实现了专业语音集群通信、高可靠性高实时性数据传输和多媒体视频调度功能。指出宽带无线通信是智能矿山建设的基础和关键，矿用5G具有传输速率高、传输时延小、通话质量好的优势。分析了5G中的高频通信、大规模天线阵列、超密集组网、设备到设备通信、网络切片和移动边缘计算6项关键技术及其特征，提出了矿山应用5G技术的总体架构，展望了5G技术在煤矿智能化中的融合应用。

2露天煤矿智能化建设的深化路径

2.1推动智能化矿山的制度体系建设

目前，中国智能化矿山建设方面的政策和制度体系尚未健全，对智能矿山的政策激励和约束机制尚不明晰，建设工作仍以行政推动为主，企业多为被动落实，行业普遍共识不足。另外，智能矿山的建设和评价考核标准仍不完善，缺乏一定的针对性，亟待建立因地制宜、适应性强的系列标准，实现由行政推动向标准引领的转变。智能矿山建设这项系统工程涉及众多主体，要进一步理清政府、市场和社会的边界，着力构建政府引导、企业主体、标准引领、政策扶持、社会监督的系统性机制。政府多部门协同，从用地审批、矿权取得、产能指标、财政、金融等方面提出明确的激励政策，多维度依法优先支持智能矿山建设企业，如出台智能化露天矿建设用地优惠政策、建立奖励制度对智能矿山示范企业进行奖补等。同时也要出台约束政策逐步淘汰智能化验收不合格的企业，统一思想，让智能矿山建设成为共识。

2.2管控智能化技术

露天矿运输系统的管控智能化技术主要是卡车智能调度系统（Truck Intelligent Dispatching System，TIDS）。1997年，煤炭科学研究总院抚顺分院等研发了卡车调度优化系统并应用于伊敏露天煤矿。之后露天矿卡车调度系统开始快速发展，以智能化为目标稳步前行，各矿山企业开始大量建立自动化调度系统。2018年，露天矿卡车无人驾驶和新能源矿用卡车相继出现，卡车智能调度系统随之升级，作为矿用卡车和新能源卡车无人驾驶系统的决策系统。将无人驾驶技术与智能调度优化技术有机结合将是今后智能化矿山建设的重要内容。在连续工艺方面，2020年，中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司基于露天矿轮斗连续工艺，开发了一体化智能综合管控平台，有效融合轮斗、转载机、带式输送机和装车仓等的实时运行数据，打通了数据壁垒，实现了连续工艺无人值守、远程操控、自主运行。

3结语

我国露天煤矿建设向着开发布局集约化、规模大型化、经营模式多样化和工艺装备趋近国产化的态势发展。随着我国露天煤矿的智能化建设工作正在全面推进，鉴于露天矿工程的复杂性，智能化建设现状总体呈现出进度迟缓、理解不一等问题。因此，中国露天煤矿的智能化发展面临着智能化认识不足、整体推进进展缓慢、技术支撑度不够、经营模式制约、装备国产化能力不够和未形成数字技术的场景生态6大困境，亟待研究解决。我国露天煤矿的智能化建设工作正在全面推进，取得了一定的阶段性成果，但面临的技术瓶颈和体制机制问题仍然突出。针对该现状，创新提出了我国露天煤矿智能化建设工作“完善制度体系、统一验收标准、强化设计权威性、加快工艺变革、构建场景生态”的深化路径，保障中国露天煤矿智能化建设工作的有序稳定常态化发展。

参考文献

［1］赵仁渔，朱波，张小松，等．智能带式输送机巡检机器人的研究与应用［J］．中国煤炭，2020，46（10）：40-43．

［2］王新宇．带式输送机智能巡检机器人的研究设计［J］．现代信息科技，2020，4（16）：149-151．

［3］王忠鑫，徐汉宝，王金金，等．我国露天煤矿智能化建设相关标准及研究现状［J］．露天采矿技术，2021，36（6）：1－4．