智能卡车调度系统在塞尔维亚波尔市VK露天矿的运用

2023-02-22 12:56简锡明陈耀煌
有色金属(矿山部分) 2023年1期
关键词:电铲报表调度

简锡明,陈耀煌

(紫金矿业集团股份有限公司,福建 上杭 364200)

塞尔维亚波尔市Veliki Krivelj 矿(简称VK矿)是塞尔维亚境内规模最大的露天铜矿山,也是一个世界级的露天矿山。VK矿开建于1979年,1983年投产,迄今已有43年历史,现保有铜矿资源量矿石量7.1亿t,铜金属量229万t,平均品位0.322%。矿山采用大型化设备作业,采用16 m3、18 m3与22 m3的电动液压挖掘机与136 t、220 t与240 t级自卸卡车,年采剥总量达62 Mt,年采矿23.1 Mt。

VK矿生产时间较久,在采矿作业过程中采用的是人工调度车辆的方式,生产数据采用的是手工绘图与手工统计报表,在生产组织上往往出现调度不及时、车辆等候时间过长、车辆迟滞现象严重、作业效率不高的问题。同时,手工绘图与手工统计报表,常常发生统计失误的现象,影响了准确性与及时性。而且,手工统计报表保管难度也大,容易出现档案丢失的情况。为进一步提升设备效率,优化矿卡的运行,提高报表的及时性与准确性,节约成本,挖潜增效,建设世界一流的智慧数字矿山。VK矿于2020年引进了智能卡车调度系统(简称卡调系统),于2021年7月投入使用。

露天智能卡调系统是将计算机技术、自动化技术、通讯技术、电子技术,全球卫星定位GPS技术等结合在一起,运用于采矿工程中的数字化矿山建设系统。随着露天矿山设备大型化、机械化、自动化程度的提高,矿山采剥运输费用占生产总成本的比例也越来越高,一般占整个露天矿山生产成本的60%[1]以上。据统计,VK矿的采剥运输成本占采选总成本的63%。智能卡车调度系统的成功运用,对矿山提高生产效率、降低投资成本、减少运营成本、提升矿山经济效益与智能化建设水平,具有极其重要的意义。

1 卡调系统的技术原理与系统架构

卡调系统由硬件与软件构成,以计算机技术为基础,充分利用全球卫星定位系统(GPS系统或北斗系统),以数据库为核心,综合无线传输技术,将位置信息传输至终端设备和内部接收模板,用于实现设备实时调度、监测、统计、对比、分析、决策、反馈等功能[2]。其硬件主要包括中央计算机系统、车载智能终端、无线通讯系统和全球定位系统[3]。软件包括为满足客户不同需求而开发的软件操作平台,主要包括矿卡/挖机/钻机等设备精确定位、智能调度、产量统计、自动报表等功能以及根据各矿山个性化需求而开发的使用功能。

VK矿智能卡调系统在架构上通过GPS全球定位系统,采用MESH无线网传输,并通过4个固定基站与2个移动基站信号连接,将车载终端、挖机终端、钻机终端等全面联系在一起[4]。在调度中心通过光纤与网络交换机连接,采用中央计算机系统运算,运用开发的调度平台软件,将数据传输到卡调中心用户电脑端,并通过大屏幕投放让调度员实现实时调度(如图1、2、3所示)。

图1 智能卡车调度系统网络基站布置图Fig.1 Diagram network of intelligent truck dispatching system

图2 智能卡车调度系统硬件布设图Fig.2 Hardware layout of intelligent truck dispatching system

图3 智能卡车调度系统视频监控图Fig.3 Video surveillance diagram of intelligent truck dispatching system

2 卡调系统的主要功能

根据VK矿的实际情况,卡调系统开发的主要功能包括车辆实时定位系统、及时报警系统、生产调度与智能调度系统、车辆防碰撞系统、自动计量与报表系统等。

车辆实时定位系统:通过GPS定位模块,对安装的终端设备(电铲、矿卡等)进行实时定位以及历史轨迹查询。

及时报警系统:对设备异常情况给予及时报警、提醒。包括挖机待装超时、卡车无故停车、缺少驾驶员、超速行驶、车辆故障等情况。

生产调度与智能调度系统:生产调度系统由中控室调度中心控制系统与转载终端控制系统构成。调度管理人员可以即时对采场内所有的车载终端的电铲、矿卡进行调度,统一安排生产。调度指令可以通过系统下达,同时可以用对讲机系统实时与驾驶员保持沟通。智能调度系统通过计算机系统对运输路径与运输时间进行测算,从而自动对终端铲装设备与运输设备派发指令,节省时间,提高效率。系统可以根据设备作业的起点、终点,自动优化行驶路径,根据电铲的作业效率和车辆的运输效率,自动测算出最优的车辆配比与行驶路径,并在车辆终端页面、中控室调度控制台上显示所建议的导航路径。

车辆防碰撞系统:当车辆之间距离相距30 m相向行驶,速度在15 km/h以上时,车载终端会进行互相提醒,在雨雪大雾天气时,可以对相向行驶车辆进行提前预警,预防事故发生。

自动计量与报表系统:卡调系统自动计算出各电铲产量、各排卸点产量、各卡车产量、各作业点产量等数据。并根据生产需求,累计开发应用生产统计报表,由英语、塞语双语实施,实现对设备运行全流程的记录,并具有回放功能,可以随时备案与调查。

其他辅助设备:包括高清摄像头、无线对讲系统等。高清摄像头具备调焦功能,可以看清3 km范围内工作场景。在露采四周安装了高清摄像头,结合卡调系统与无线对讲系统,可以实时对生产现场进行调度,对异常情况进行调查与监控。

3 应用情况

VK矿运用卡调系统将采掘设备、运输设备、穿孔设备与道路优化、生产调度等有机结合在一起,形成统一的调度管控系统。自卡调系统投入使用以来,车辆安全管理得到了进一步的加强,作业效率得到了明显的提高,有效地提升了产量,节约了成本,带来了巨大的经济效益。

3.1 安全管理提升

露天采矿安全管理一个很重要的方面就是车辆行驶安全管理。塞尔维亚冬季雨雪大雾天气较多,在冬季生产期间,卡调系统能很好地调度车辆作业情况,保持车距,在相向会车过程中,驾驶员可以提前30 m得到会车预警,及时做好会车避让等,减少车辆交通安全事故发生概率。在交接班期间,卡调系统可以有序地指挥车辆停靠,驾驶员做到有序的交接与行车前车检,做好交接班记录,不仅提高了交接班效率,并且提升了整个作业场所的秩序与安全性。

3.2 设备作业效率提升

在卡调系统投入使用之前,2021年1—7月份,矿卡设备出勤率为83.3%;卡调系统投入使用后,2021年8—12月,矿卡设备出勤率提高至88.3%;2022年1—6月矿卡设备出勤率提高至90.1%提高了6.8个百分点。2022年采剥总量为6 200万t,可潜在提升421.6万t的产量,并节省大量成本。卡调系统对设备效率的提高主要体现在减少设备运行的迟滞、停顿现象[5]。卡调系统可以对每台矿卡运行道路及运往电铲作业点、矿石破碎站、废石破碎站或排土场的时间做出精确的测算,通过及时预警与调度,对排队超过10 min的矿卡,可及时调整到附近另外一台电铲中,减少不必要的等候时间。同时,根据塞尔维亚国家法律,每名驾驶员每班有30 min的休息与茶歇时间,在缺乏卡调系统监控期间,部分驾驶员休息可能会超过40 min,甚至达到1 h,卡调系统投入使用后,可以对驾驶员的休息时间做出及时预警,提高工作效率。

3.3 有效节约成本

露天采矿大宗成本的支出主要体现在柴油、电力与炸药的消耗,以及人工成本和维修费用。在露天矿所有成本开支中,柴油消耗成本占了47.5%,炸药消耗成本占了12.0%。矿卡在重载上坡等候期间,将浪费大量不必要的燃油,卡调系统的成功运用,使车辆不必要的等候时间大幅减少,提升了6.8个百分点的设备出勤率,可节省燃油消耗约6.8个百分点。VK矿一年柴油消耗量达3 035万升,卡调系统的成功运用意味着每年可节省约206万升柴油,并且提高了产量,减少了碳排放,产生了巨大的经济效益与社会效益。

3.4 报表与统计

智能报表与统计的投入使用,可大幅减少不必要的人工测算与报表的整理,同时对于矿卡数据的精确统计,有利于单铲单车生产效率的统计,推进单铲单车的产量考核,提高操作员的责任意识,提高设备生产率。产量报表统计的准确性与测绘结果可相互验证,确保生产报表误差不超过2%,避免作业环节中出现漏报或多报现象。对于生产环节中出现误报的情况,卡调系统可以对车辆的运行轨迹与作业时间进行重播与检测,进一步提高计量的准确性。

4 存在的问题及提升建议

VK矿卡调系统的引进大幅提高了作业效率,节约了成本,但在使用过程中也存在一些问题,如部分车辆行驶轨迹丢失、自动报表与手工结算报表的数据偏差等。同时,在生产智能化调度与智能化管控方面,还有待进一步的提升。

4.1 信号的加强

由于VK露天矿范围较广,南北长2.5 km,东西宽1.8 km,最高标高达600 m,最低标高为5 m,垂向延深达595 m,同时,需要兼顾到周边3个排土场的信号传输需要,目前卡调系统只有4个固定基站加2个移动基站,难以完全满足要求,尤其是在东北部排土场以及坑底平台运矿时期,矿卡有时会出现信号丢失的现象,导致运距与产量报表数据出现偏差。为了加强信号,以及做到整个卡调系统的全覆盖,需要在矿区范围内增补7个信号塔,这样可以进一步提高调度的精确性。同时,可以进一步提升报表的准确性,将报表偏差由现有的2%减少到0.1%。根据报表数据,可以实现对每班电铲与矿卡的产量进行单机考核,在重点突进作业面,要求22 m3电铲每天产量不低于3.5万t,卡调系统可以进行及时的考核与报告,从而进一步提高作业效率。

4.2 智能配矿系统的开发

VK矿的矿化情况基本是深部为高品位矿石,中部为低品位矿石,在7万t/d技改投产后,每天将有十余个作业面出矿,现有人工测算与调度的模式已经不能满足生产的需求。卡调系统智能配矿的开发,可以根据采厂各爆堆矿量、品位、运距、运输时间等情况,以及根据选厂入选品位需要,自动提醒相应爆堆的配矿计划,自动记录相应爆堆矿量的存量与消耗量,及时提醒进一步做好穿孔与备矿工作,实现均衡出矿[6]。智能配矿软件的运用,需要用到Surpac或3DMine、Deswick等三维矿山软件。需要准备具有一定属性的线文件,将爆堆的编号、位置、品位数据、矿量数据等提前输入,再导入卡调系统软件中,这在塞尔维亚也是首次使用,因而对地质工程师需要提前做好培训,对卡调中心调度员的监管与运用也需要做好交接。

4.3 高精度钻机与高精度挖机

现有炸药消耗成本占露天矿总成本的12%,为进一步降低炸药单耗,提高钻机作业效率,可以采用卡调高精度钻机系统。根据作业区域岩性的软硬程度,合理调整炮孔间距。通过多次爆破试验,以及对矿区岩性分布的研究,明确在泥灰岩、黏土等软弱岩性中不需要爆破,直接铲装;在页岩、灰岩中,采用7 m×7 m的孔网参数进行松动爆破;在热液改性高岭土安山岩和火山碎屑岩中,采用5 m×6 m的孔网参数进行松动爆破;在热液改性硅化安山岩中,采用5 m×4 m的孔网参数进行松动爆破。采用分区域钻孔爆破形式,能够有效降低爆破成本。

采用高精度钻机技术,可以有效减少人工监管,提高效率,减少失误。主要通过精确导航定位技术、高精度自动布孔,以高性能无线网络通讯技术联接,可实现钻孔作业过程的自动监控监测,自动搜索设计孔位,提高作业的有效性与安全性[7]。高精度钻机的运用,预计可以提升钻机作业效率8%,并有效地实现爆破孔网参数的有效调整,节省炸药单耗5%。

在现场管理中还存在一个难点,爆破后矿岩界线不清楚,电铲作业面宽,矿石贫化难以控制。目前现场管理采用地质插旗的方法,对矿岩边界进行标识,但插旗过程中受个人经验判断的因素影响较大。采用电铲高精度定位系统,将矿岩边界的电子图输入系统,通过高精度GPS定位,可以精确控制电铲作业范围,杜绝越界开挖,减少矿岩混装现象,有效改善贫化损失问题,加强矿山品位控制,提高矿山经济效益。

4.4 成本管理

矿山成本管理中,油耗的管理尤其重要,可将油耗、电耗、维修费用等重要成本数据,分解至每一台设备中,结合设备的产量,进行有效的管理,实现所有电铲、矿卡等设备的产量与油耗、电耗、维修成本的有机结合,从而最终有效实现对单位机械成本的管理[8]。同时,可以结合经济责任考核,设计单机的考核油耗指标,对于成本异常的机械设备要分析原因;对于成本管控良好、成本有节省的机械设备操作手可以给予绩效奖励。

5 结论

卡调系统在塞尔维亚VK矿的投入使用,有效地提高了矿山安全管理水平,提高了生产效率,实现了车辆实时定位、车辆防碰撞预警、生产实时调度与系统智能调度,大幅降低了车辆会车风险,提高了设备出勤率,降低了生产成本。随着卡调系统的进一步提升与完善,VK矿可进一步提高卡调系统的精度与报表的准确性,引进智能配矿系统、高精度钻机系统与高精度挖机系统,同时将油耗、电耗等成本管理措施集中在卡调系统中,进一步提升效率,节省油耗与炸药单耗,提升精细化管理水平。卡调系统的成功运用,使VK矿在设备大型化基础上,自动化、智能化管控水平得到了跨越式的发展,进而打造塞尔维亚境内规模最大、自动化程度最高的新时代智慧数字露天矿山。

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