針對中鋼集團蒼山鐵礦井下復雜的工礦環(huán)境與“少人則安、無人則安”的要求，西建大優(yōu)邁智慧礦山研究院和中鋼集團山東礦業(yè)歷經10個月技術研發(fā)，攻克了鉸接式礦卡線控化精準控制、井下高精度地圖實時構建、井下-露天高精度定位及導航、側向防碰撞檢測等核心技術難點，實現(xiàn)了5G網絡搭建、無人駕駛車輛選型、線控化改造、無人駕駛控制系統(tǒng)研發(fā)、遠程駕駛及控制等功能，最終實現(xiàn)了井下斜坡道的礦卡無人化智能運輸。

 

該項目無人駕駛礦卡車速最高可達18km/h，橫向控制及縱向控制精度為厘米級，可有效實現(xiàn)鏟、裝、運等一系列生產環(huán)節(jié)的無人化作業(yè)，可大大降低礦山安全事故率，極大地改善井下工人的勞動環(huán)境。

 

 

本次項目位于中鋼集團山東礦業(yè)有限公司蒼山鐵礦，該礦的井下斜坡道運輸主要是把-40m井下部分中段的礦石通過斜坡道運輸?shù)降乇淼钠扑檎?。斜坡道凈?.46米，凈斷面16.8平方米，坡度為12%，運輸距離約1～2千米。

 

受井下礦卡運輸條件以及斜坡道寬度、坡度等因素影響，大型車輛對于斜坡道運輸會有較大的安全隱患，當前純電動礦車難以解決重車爬坡動力不足的難題，當前的有人駕駛運輸過程中存在無法實時準確感知斜坡道車流情況而容易造成會車堵塞及安全隱患。

 

因此，西建大優(yōu)邁智慧的無人駕駛團隊采用定制版無人礦卡UM-12進行技術攻關，針對鉸接式礦卡做了車輛運動學和動力學模型的分析以及大量的模擬仿真工作，自主研發(fā)了基于動力學的鉸接式礦卡無人駕駛底盤數(shù)字化線控關鍵技術，實現(xiàn)了對車輛底盤諸單元的自動控制，對鉸接式礦卡的運動軌跡進行全面的研究分析，對鉸接式礦卡的行駛狀況進行平行仿真測試，同時加速礦山現(xiàn)場實地測試，提升項目現(xiàn)場的安全系數(shù)。

 

改造后的無人駕駛鉸接式礦卡UM-12具備較高智能化程度，實現(xiàn)了在倒車、轉向和變速狀態(tài)下的精準控制，可自動完成“裝載-運輸-卸載”全流程無人作業(yè)，保障礦山生產的安全與穩(wěn)定。

 

 

斜坡道無人駕駛是蒼山鐵礦全過程礦卡無人化運輸中的重要一環(huán)，優(yōu)邁團隊進行了一系列的科技創(chuàng)新，除了對基礎設備的線控化改造，還自主研發(fā)了全環(huán)境感知的井下礦卡無人駕駛系統(tǒng)集成關鍵技術、井下-露天混合環(huán)境下的無人礦卡高精度建圖及定位關鍵技術、超聲波傳感器的無人礦卡側向防碰撞檢測技術，還針對井下采場不斷變化的未知環(huán)境提出了無人駕駛的局部路徑及決策算法。

 

 

無人駕駛礦卡首先需要保障的就是安全，系統(tǒng)會自動檢測車輛的橫向跑偏距離及航向角，大于系統(tǒng)設定值時會自動觸發(fā)停車；系統(tǒng)根據(jù)車輛當前的行進方向、車速等數(shù)據(jù)，自動檢測車體周圍障礙物距離，達到安全限值時觸發(fā)主動防碰撞保護避障碰撞，采取降低車速、緊急剎車等措施，將車輛安全停車。

 

除此之外，還搭建了遠程遙控駕駛系統(tǒng)，駕駛員可通過遙控駕駛艙實時觀察無人礦卡及遙控裝載機的實時發(fā)布數(shù)據(jù)，包含顯示車輛周身環(huán)境信息、車輛控制模式、車速、發(fā)動機轉速、車體扭轉角度、車輛當前狀態(tài)等信息?？蛇h程遙控操作多輛裝載機進行作業(yè)，實現(xiàn)一人操控多臺裝載設備，極大地提升了操作效率，節(jié)省了人力，保障了人員的安全。

 

本項目以智能裝備與智慧無人一體化架構設計方案推動了礦井安全、少人、無人化開采，采用先進的井下環(huán)境感知技術及自主控制技術實現(xiàn)井下-井上無人駕駛，首次實現(xiàn)了斜坡道的全流程無人化智能化運輸，全面提升了斜坡道無人運輸作業(yè)模式，為山東礦業(yè)創(chuàng)造了顯著經濟效益、社會效益、安全效益，也開拓了安全高效開采的新模式。

 

 

 

中鋼集團山東礦業(yè)有限公司以打造“國內一流、國際先進”礦山為目標，近年來一直加強與科研院所的合作，持續(xù)推進智慧礦山建設，該項目是中鋼集團為深入貫徹智慧礦山理念的一次重要創(chuàng)新實踐。

 

西安建筑科技大學優(yōu)邁智慧礦山研究院，傳承中國礦業(yè)系統(tǒng)工程奠基人之一的云慶夏教授，依托西安市智慧工業(yè)感知計算與決策重點實驗室和礦山系統(tǒng)工程研究所（1990創(chuàng)建）30多年的科研成果積淀，專注于露天及井下無人駕駛、智能開采及管控技術研究。在5G無人采礦、新能源純電無人駕駛、多金屬多目標配礦、集群智能調度、低碳生態(tài)化優(yōu)化等方面已達國際領先水平，相關技術已在洛陽鉬業(yè)、寶武集團、中鋼集團、中金集團、中國電建、冀東水泥等30余家大型礦山工程化應用。在與各大礦山企業(yè)的合作中充分展示出了技術的前瞻性，贏得了信任，樹立了標桿。

 

放眼國際，隨著能源行業(yè)的科技化競爭不斷加劇，斜坡道全流程無人化智能運輸技術研發(fā)仍屬于卡脖子難題，澳大利亞力拓公司啟動的“FutureMines”計劃中，明確提到要建設井上井下全流程無人化智能運輸；瑞典基律納鐵礦已基本實現(xiàn)工作面無人智能開采，但斜坡道無人運輸還處于研發(fā)當中。

 

此次西建大優(yōu)邁與中鋼集團協(xié)同研發(fā)的斜坡道礦卡無人化智能運輸系統(tǒng)，共分2期進行建設，本次驗收為第一階段工作驗收，將為第二階段無人礦卡規(guī)模化應用奠定良好基礎。本項目突破了國際無人駕駛技術壁壘，為推動井下無人化作業(yè)起到了引領示范作用。參與驗收的領導和專家一致認為，該項目技術的應用可以進一步提高礦山企業(yè)的智能化水平及本質化安全管理水平，具有廣闊的推廣應用前景和社會需求。