在內蒙古呼倫貝爾草原的中部,神華寶日希勒露天煤礦(下稱“神寶煤礦”)正在搭建一個“5G+無人駕駛”的未來礦區(qū)。2021年1月8日,一輛編號為2207的白色無人駕駛礦卡夜以繼日地行駛在神寶煤礦,這輛載重可達220噸的礦卡,經過轉彎、倒車等操作后,準確地停泊在有坡度的道路邊緣,開始向路邊的坑底傾倒土方。如今,這樣的場景在神寶煤礦每天上演。為了能夠在極寒氣候中實現(xiàn)無人駕駛,神寶煤礦的“5G+無人駕駛”突破重重困難,最終完成了一套完整的露天礦無人運輸作業(yè)系統(tǒng)。
智能礦山建設當前正成為能源行業(yè)熱點之一,從國家到地方,相關政策頻頻發(fā)布,各大礦區(qū)也在積極推動智能礦山的搭建。而大型運礦卡車的無人駕駛技術作為智能礦山中的關鍵一環(huán),也迎來了發(fā)展契機。航天重工董事長虢勁松表示,如果說2019年是礦區(qū)無人駕駛的元年,那么2020年則進入了大發(fā)展階段,預計2021年將會有更多的項目落地。
基于國家能源集團智慧礦區(qū)的建設規(guī)劃,2020年5月,神寶能源聯(lián)合航天重工、慧拓啟動極寒型復雜氣候環(huán)境露天礦無人駕駛卡車編組安全示范工程項目,對5臺220噸MT4400電動輪礦用自卸卡車進行無人駕駛改造,與配套的1臺WK-35電鏟和1臺推土機及灑水車、平路機、指揮車等輔助作業(yè)車輛,形成一套完整的露天礦無人運輸作業(yè)系統(tǒng)。據(jù)介紹,該項目是世界第一個極寒(零下50攝氏度)環(huán)境下大型礦用自卸卡車無人駕駛編組運行項目,也是國內第一個5G網絡下實現(xiàn)五臺大型礦用自卸卡車無人駕駛工業(yè)性運行項目。
作為國家能源投資集團煤炭板塊重要的大型煤礦,國家核定生產能力3500萬噸/年,日裝車運輸能力10萬噸以上。然而,神寶煤礦所在的呼倫貝爾夏季可達48攝氏度,冬季最低可達零下50攝氏度,日間平均氣溫也低于零下30攝氏度,通常極寒天氣會在12月至來年3月間歇性出現(xiàn)?岷臍夂驐l件限制著煤礦的開采。
神寶煤礦負責機電的技術人員包瑋瑋介紹,在冬季寒冷的天氣環(huán)境中,礦卡常常會出現(xiàn)機械性故障,維修任務繁重,需要技術人員不斷進行維修和保養(yǎng)。這些礦卡雖然是進口車輛,但并非是針對極寒天氣的產品,因此為讓卡車適應當?shù)貧夂颦h(huán)境,就需要技術人員進行調整,做一些保溫措施。神寶煤礦副礦長徐煦表示,極寒天氣會影響到礦區(qū)的裝卸卡車等設備,縮短一些零部件的使用壽命。
如今,新接入的露天礦無人運輸作業(yè)系統(tǒng)針對極寒天氣做了針對性改造,使用了各種耐低溫的零部件。航天重工在這一項目中主要負責對礦卡的改造,針對礦卡的線控系統(tǒng),如轉向、制動、牽引(電驅)、舉升、燈光等進行改裝,并加裝無人駕駛傳感器、控制器、通信和定位設備,同時也部署了無人駕駛系統(tǒng)軟件!霸跓o人駕駛的礦卡上安裝使用的各個部件都需要經過耐低溫性能的測試,通過后才允許使用,在源頭上確保無人駕駛能夠適應現(xiàn)場極寒天氣;同時,在各主要部件中還加入了加熱裝置,用來預防在極寒條件下設備不工作的情況。”
慧拓研究院副院長高玉表示,如果各地礦區(qū)無人駕駛的項目難度最高為十級,此次在神寶露天煤礦進行的極寒型復雜氣候環(huán)境露天礦無人駕駛卡車編組安全示范工程難度幾乎置頂,這對于無人駕駛在不同地質、氣候等條件的礦區(qū)推廣有著重要意義!叭绻@種級別的難度克服了,那么在難度沒這么高的礦區(qū),相關技術很容易落地。”
從一定意義上來說,在最為復雜的地理環(huán)境和氣候條件下,實現(xiàn)無人駕駛運輸系統(tǒng)的落地,已然成為行業(yè)中的標桿,其搭建起的行業(yè)壁壘,最終會推動行業(yè)標準的形成,進一步驗證無人駕駛在礦區(qū)落地的可行性。
隨著無人駕駛礦卡改造的技術成熟度越來越高,無人駕駛礦卡的改造時間也從最初需要十幾天才能改造一臺,到最后僅用四天時間便可完成一臺礦卡的改造。
在徐煦眼中,無人駕駛的項目推進,給礦區(qū)帶來了極大改變。以往,在零下40攝氏度至零下50攝氏度的氣候中,礦區(qū)工人需要連續(xù)作業(yè),倘若使用自卸卡車用于露天煤礦巖石和煤炭的運輸,每天3班24小時連續(xù)運行,每臺設備至少需4名司機倒班工作,每次換班時間大約在一個小時左右,作業(yè)條件艱苦且效率不高。
隨著礦用車輛的無人駕駛編組在神寶煤礦運行,只需要一個安全員坐在調度室就可以管理這些無人駕駛礦卡。據(jù)介紹,安全員在無人駕駛車廂內所要做的工作,主要是觀察周圍環(huán)境,對車輛的行駛進行觀測,如有問題及時反饋,以最大程度保證無人駕駛礦卡的安全操作。
“無人化的生產作業(yè)從根本上杜絕了人員安全事故的發(fā)生。在后面的運行過程中,我們會繼續(xù)加大對無人駕駛系統(tǒng)的管理和人才培養(yǎng),希望能夠真正實現(xiàn)礦山的絕對安全!鄙駥毮茉捶矫姹硎荆5臺卡車無人化工業(yè)運行后,預計每年可累計節(jié)省約571萬元支出、增加50萬噸運輸量。
與此同時,在項目進行過程中,包括航天重工、慧拓等在內的項目組針對性地研發(fā)出應對當?shù)靥厥鈿夂蚝偷刭|條件的相關技術,推動礦區(qū)自動化技術的進一步發(fā)展。比如基于虛實互動的礦區(qū)無人運輸仿真測試技術,實現(xiàn)了對極端工況、危險場景以及系統(tǒng)極限測試,確保無人駕駛系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效。
高玉介紹,項目中的仿真測試結合實際地形條件,從2D畫面提升為3D畫面!斑@一技術在行業(yè)中也算是領先的,無論從車輛的大小、運行速度還是運行的環(huán)境,慧拓組織搭建的仿真測試大大提高了真實性,為之后的真實場景作業(yè)提供了堅實的基礎,減少了項目的試錯成本。”
從礦卡的改造到算法系統(tǒng)的搭建,從人才的培養(yǎng)到科技公司的技術輸出,礦山無人化已然形成了完整的產業(yè)鏈。虢勁松介紹,礦區(qū)無人化之所以會在這幾年取得明顯發(fā)展,一是因為5G、大數(shù)據(jù)、云計算、感知等新技術的快速發(fā)展;二是經過幾年的實踐,無人駕駛的技術也更加成熟;三是在國家創(chuàng)新驅動的大背景下,在國家能源集團等國企、央企的牽引之下,需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示,中國礦區(qū)運輸類無人駕駛有3000多億元的市場規(guī)模,礦車無人化的前后端改裝亦有3000多億元的規(guī)模。礦山無人化已成為一個坐擁6000億元市場的新興行業(yè)。
隨著行業(yè)的發(fā)展,無人駕駛車輛端改造的標準、系統(tǒng)的安全性規(guī)范、無人駕駛的運行規(guī)范等亟須制定。虢勁松指出,礦區(qū)也面臨適應無人駕駛下礦區(qū)運行的改變,需要逐漸摸索出無人化運行的管理規(guī)范。而在對礦區(qū)無人駕駛的評價領域,亦須有相關的標準去評價某一無人駕駛項目是否優(yōu)質。(記者 韋夏怡)