露天采场无人驾驶矿车试运行

王本金 王山东 尹 力 林震源

（马钢集团南山矿业有限责任公司）

矿山车辆无人驾驶技术还存在诸多难点，其全面投入到现场应用还受到多方面因素制约。本项目主要探讨南山矿业公司在高村铁矿开展无人驾驶技术的方案，保证该技术的推广能产生切实有效的利益。预计采用两步走的方案，逐步在高村铁矿推广无人驾驶技术，最终实现取消驾驶员班组、减少人工成本、减少安全事故的发生［1-5］。

1 项目建设的必要性

为深入贯彻落实《中国制造2025》，加快实施智能制造工程，推动新一代信息技术与工业生产融合发展，实现向高质量发展阶段的转变。根据马钢矿业发展要求和南山矿业公司的实际情况，从矿山生产的核心环节——矿车运输作为突破点，开展无人驾驶矿车的研究，为带动南山矿实现全面高质量发展提供示范。实施该项目的必要性总结如下。

（1）高村采场现有20辆自卸车，其中大部分由于长时间的连续运行，车况已接近报废标准，维修和维护成本日益增大，急需解决车辆的更新换代问题。同时和尚桥矿区现有的矿车排放不能满足新标准，需要对采矿方式和矿车进行更换。所以，当前是引进无人驾驶技术的最佳时机。

（2）矿山开采对安全和环境的要求越来越高，而采用无人驾驶在一定程度上能改善安全健康业绩指标，还能降低运行成本，提高生产效率，无人驾驶是必然的发展方向。

（3）随着信息技术与人工智能技术等的发展和兴起，无人驾驶已是当前研究的热点问题，很多重汽企业、研究机构和矿山投入其中，该项技术已接近成熟，技术风险较小。

（4）南山矿已建成地测采管理系统、卡车电铲联合调度系统等，为无人驾驶做了一些技术储备。在信息化方面，南山矿一直走在全国矿山的前列，现作为华东地区最大的矿山，有能力和责任在露天矿的无人驾驶领域先行先试。

表1为无人驾驶的技术经济情况对比。综合以上，在南山矿进行无人驾驶研究试验，从技术、经济和社会效益等方面考虑都是必要的，争取为国内采矿行业的高质量发展打下基础。

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2 实践方案

2.1 技改方案选择

兼顾南山矿业的实际情况，建议与矿车厂商直接合作，并寻求研究单位和矿山信息支撑部门合作的模式进行无人驾驶试运行研究，以求节约、可控、实用、先进。本次研究可选择的方式主要有3种：①全新无人驾驶模式，取消驾驶室，可双向行驶，卡车无需调头，作业高效；②将现有车辆改造成可无人驾驶车辆，同时保留原有的有人驾驶模式；③不对原有车辆进行改造，而通过驾驶机器人来控制方向盘、油门和刹车。

根据国内现有的研究水平和矿车生产状况，建议在研究初期采用第二种方式，并逐渐过渡到第一种最新模式。

2.2 项目实施步骤

高村矿现主要使用北方重汽的矿卡，本着专业和节约的原则，选择北方重汽股份公司为矿车无人驾驶研究合作单位，由其选择无人驾驶研发团队进行合作，也可再引进研究机构。具体的工作步骤如下。

（1）第一阶段。确定合作伙伴，明确各方责、权、利，签订合作协议。对无人驾驶支撑环境进行改造，如电铲和其他矿车的GPS改造、高精度动态电子地图建设、放矿点的改造及通讯环境改造；对矿车无人驾驶化改造，实现单车在真实环境封闭区域内试运行。

（2）第二阶段。对智能调度系统进行升级，与后期无人驾驶匹配；对周边支撑环境的进一步改造，如道路、放矿点等；对其他矿车进行改造，实现多车在真实环境中试运行。无人驾驶矿车的进一步改造包含取消驾驶室，采用架线充电模式等；支撑运行环境的进一步改造主要为电铲等设备的进一步升级，满足多设备连续作业。

2.3 无人驾驶技术试验步骤

2.3.1 封闭区域内试运行

对于新到矿山的无人驾驶矿车，应先在矿区封闭区域进行矿山环境的调试工作，测试各项功能是否满足设计要求。整车调试正常后，由熟练的驾驶员操作无人驾驶矿车在厂区内进行人工操作作业，无人驾驶系统会采集试运行的数据进行分析，以便熟悉矿区道路环境和学习最佳驾驶习惯。调试完毕后，无人驾驶矿车可以按照矿区作业流程运行。

2.3.2 区内无人连续运行

在单台无人驾驶矿车矿区内无人连续运行期间，指定无人驾驶矿车运行单独行驶区域或专用路线，不与人工驾驶矿车混编，只对矿石物料进行装载和运输；单独指定一个矿石物料破碎口供无人驾驶矿车使用，其他人工驾驶矿车及辅助车辆，在没有安装定位系统和智能调度系统终端前，不能随意进入无人驾驶矿车行驶区域，以避免发生意外。装载设备和辅助设备（如洒水车、推土机、破碎口等）需要根据无人驾驶矿车运行要求进行相应的改造工作。智能调度系统满足无人驾驶矿车运行要求，矿区内高精度定位系统和无线通讯系统建立完毕，保证在矿区内各个位置的信号均满足要求，无线数据传输能力和延迟满足要求。

2.3.3 与人工驾驶矿车混合编队连续运行

将无人驾驶矿车与人工驾驶矿车进行混合编队作业，无人驾驶矿车可完成矿石物料和剥离物料的运输；其他装载设备和辅助设备（如洒水车、推土机、破碎口等）根据要求进行相应的改造，在智能调度系统的管理下，所有运行车辆均需严格按照矿区安全作业规程运行。

2.3.4 所有矿车无人驾驶连续运行

矿区内所有作业的矿车均为无人驾驶矿车，矿石物料和剥离物料的运输完全由无人驾驶矿车完成；其他装载设备和辅助设备（如洒水车、推土机、破碎口等）根据要求进行相应的改造，在智能调度系统的管理下，整个矿区无人设备高效安全运行。

2.4 时间计划

试运行周期为2 a，需要各部门协同进行，具体进度安排见图1。

2.5 费用计划

无人驾驶矿车分两阶段投入资金，具体费用见表2。

注：试验期间还有燃油、研究现场组织等相关配套费用等，没有含在其中。

3 结语

南山矿业公司是无人驾驶矿车的使用方，不输出矿卡与技术，最佳的方式应该是直接使用成熟的无人驾驶矿卡产品，但国内目前没有。现国外的运营方式是成套的系统解决方案和设备，费用极高，不适合国内使用。采用与矿卡厂家合作的方式，改进生产作业形式，逐步适应最新技术，南山矿在智能矿山建设方面将踏上新的台阶。