文/徐全恒 李琪敏 張瑩

本文基于對國內(nèi)外露天礦山開采無人駕駛技術(shù)發(fā)展的趨勢的分析，系統(tǒng)解析露天礦山無人駕駛運輸項目的必要性。對煤礦、非煤礦山露天礦山無人駕駛安全運行以及安全運行標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)提出建議，促進(jìn)露天礦山智能化開采，實現(xiàn)礦山運輸本質(zhì)安全。

近年來，“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能和大數(shù)據(jù)等顛覆性技術(shù)方興未艾，拉開了第四次工業(yè)革命的序幕，加速了傳統(tǒng)行業(yè)變革的進(jìn)程，德國提出了工業(yè)4.0，美國提出了“智慧地球”，中國提出了《中國制造2025》戰(zhàn)略，發(fā)展智能制造、智能裝備、智能生產(chǎn)成為工業(yè)界發(fā)展的主流方向。

《中國制造2025》是中國制造業(yè)未來10 年的頂層規(guī)劃和路線圖，通過努力實現(xiàn)中國制造向中國創(chuàng)造、中國速度向中國質(zhì)量、中國產(chǎn)品向中國品牌三大轉(zhuǎn)變，推動中國到2025 年基本實現(xiàn)工業(yè)化，邁入制造強(qiáng)國行列?！吨袊圃?025》中，國家特別將人工智能列為十大戰(zhàn)略性新產(chǎn)業(yè)，自然資源部、國家發(fā)改委等部門大力推進(jìn)智慧礦山、自動化礦山、綠色礦山建設(shè)，通過推廣應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人、智能裝備等措施，減少危險崗位作業(yè)人員數(shù)量，提升礦山本質(zhì)安全水平。

露天礦山開采

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用推廣，無人駕駛得到了快速的推進(jìn)，近些年，國內(nèi)無人駕駛產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)井噴，一方面各類型的創(chuàng)業(yè)公司層出不窮，另一方面各級政府也出臺了支持智能駕駛的相關(guān)政策，大力支持無人駕駛技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。相對而言，露天礦山（煤礦、非煤礦山）作業(yè)道路的無人駕駛有一定的特殊性，其作業(yè)區(qū)域具備一定的限定性，在相對封閉的礦區(qū)，是無人駕駛最有可能落地的場景之一。因此，利用這次工業(yè)革命的機(jī)遇，建設(shè)露天礦山無人駕駛運輸，發(fā)展智能化開采，向智能礦山邁進(jìn)，符合國家戰(zhàn)略，也是解決目前露天礦山企業(yè)面臨招工難、工效低、成本高、運輸事故多等問題的重要手段，是實現(xiàn)礦山綠色發(fā)展的必然選擇。

世界露天礦山開采無人駕駛技術(shù)發(fā)展趨勢

從20 世紀(jì)70 年代開始，美國、英國、德國等發(fā)達(dá)國家開始進(jìn)行無人駕駛汽車的研究，在可行性和實用性方面都取得了突破性進(jìn)展。無人駕駛依靠雷達(dá)傳感器、人工智能、監(jiān)控裝置、定位系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合工作，讓車輛在計算機(jī)指揮下獨自完成汽車的行駛。在早些年，很多國家就開始在無人駕駛領(lǐng)域展開深度研究。無人駕駛汽車不再是單獨移動的車輛個體，需要通過傳統(tǒng)車輛機(jī)械結(jié)構(gòu)和車載傳感器之間通信，來實現(xiàn)無人駕駛和避讓其他車輛行人、計算出路線并與乘客之間交互，這其中形成一個龐大的信息網(wǎng)絡(luò)。近年來，車載互聯(lián)系統(tǒng)和智能交通系統(tǒng)是無人駕駛汽車領(lǐng)域發(fā)展的催化劑，包括谷歌、百度、華為、騰訊、阿里、特斯拉、Uber、通用、福特等科技巨頭都進(jìn)軍無人駕駛行業(yè)，取得了巨大的進(jìn)展。

在礦山行業(yè)，智慧礦山未來最有前景的是井工礦無人開采和露天礦無人駕駛等應(yīng)用領(lǐng)域。國外采礦目前已經(jīng)發(fā)展成以運輸卡車無人駕駛為龍頭的自動化采礦階段。自動控制鉆機(jī)—穿孔作業(yè)、無人駕駛礦用卡車、GPS 卡車調(diào)度系統(tǒng)、邊坡位移實時監(jiān)測等技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用嫻熟。

鐵礦石三巨頭之一的力拓集團(tuán)（Rio Tinto）在4 個礦山中啟用了總共約73 輛無人駕駛卡車，這些卡車來自日本小松公司（Komatsu）。通過精確的GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)，卡車能自動找到方向，并利用激光傳感器和雷達(dá)來發(fā)現(xiàn)障礙物。如果遇到故障，控制中心監(jiān)測到后和現(xiàn)場工作人員聯(lián)系，共同解決問題。從這4 個試水無人駕駛卡車的礦山開始，力拓集團(tuán)的計劃是將旗下所有的礦山推行自動化。

卡特彼勒在1999 年研發(fā)出自動化的自卸礦用車，目前已經(jīng)有數(shù)百臺在應(yīng)用。小松、別拉斯等自卸礦用車生產(chǎn)商都已經(jīng)陸續(xù)推出無人駕駛礦用車，目前在澳洲、加拿大、巴西等礦業(yè)大國已經(jīng)總共投入使用近300 輛無人駕駛礦用車。

我國露天礦山開采無人駕駛面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

《中國制造2025》為中國制造業(yè)未來10 年設(shè)計頂層規(guī)劃和路線圖，特別將人工智能列為十大戰(zhàn)略性新產(chǎn)業(yè)。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)商業(yè)化的應(yīng)用、無人駕駛技術(shù)的推廣、智能制造裝備的研發(fā)以及其他信息技術(shù)快速發(fā)展，無人駕駛運輸將成為我國露天礦山智能化發(fā)展的重要應(yīng)用方向。

隨著技術(shù)裝備的不斷改進(jìn)，露天礦山開采比例的逐步提升，無人駕駛運輸迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。同時，因為作業(yè)環(huán)境的艱苦和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，更多的年輕人不愿意去礦山從事艱苦枯燥的駕駛工作，由于工作性質(zhì)特點，露天礦山企業(yè)面臨招工難、工效低、成本高、運輸事故多的問題越顯突出。另外，夜間作業(yè)、疲勞駕駛還容易增加安全隱患，導(dǎo)致傷亡事故。

運輸系統(tǒng)是露天礦山生產(chǎn)的動脈，也是露天礦山主要而薄弱的作業(yè)環(huán)節(jié)之一。目前，我國露天礦山運輸廣泛采用汽車運輸，是生產(chǎn)安全事故的多發(fā)因素，隨著時代的發(fā)展，露天開采水平的不斷提高，在新的開發(fā)環(huán)境下，采用何種運輸方式是未來露天礦山運輸系統(tǒng)選擇的一大課題。

露天礦山道路運輸路線相對集中，礦山道路運輸系統(tǒng)是根據(jù)地形條件，礦體賦存條件和開采規(guī)模，以一定的方式布置在一個比較固定的范圍內(nèi)，所以運輸路線往往集中在相對的區(qū)域內(nèi)。礦山運輸?shù)缆仿窙r較為復(fù)雜，礦山道路修筑困難，使用期又較短，所以坡度大，轉(zhuǎn)彎多，轉(zhuǎn)彎半徑小，縱向坡度大，路面碎石多。加之影響露天礦山運輸安全的外界因素較多，因此目前我國露天礦山的駕駛運輸系統(tǒng)是整個露天礦山生產(chǎn)效率、產(chǎn)能達(dá)標(biāo)、經(jīng)營收入的重要環(huán)節(jié)，同時也是安全生產(chǎn)監(jiān)管的重點關(guān)鍵。

露天礦山無人駕駛安全標(biāo)準(zhǔn)的意義

國家發(fā)展規(guī)劃大力推進(jìn)“智慧礦山、自動化礦山、綠色礦山”建設(shè)，在露天礦山應(yīng)用“礦車無人駕駛技術(shù)”“5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”“人工智能技術(shù)”等先進(jìn)科研技術(shù)有一定的優(yōu)越性。

制定露天礦山無人駕駛安全標(biāo)準(zhǔn)的意義，一是露天礦山區(qū)域相對封閉，人員、設(shè)備、道路、環(huán)境等條件相對穩(wěn)定，實施“礦車無人駕駛”前沿科學(xué)體系研究時，系統(tǒng)安全性相對較高，易于實施。二是露天礦山礦車運輸環(huán)境相對惡劣，粉塵、噪聲、礦車尾氣、輻射等對現(xiàn)場職工帶來一定危害，“無人駕駛”可減少采礦現(xiàn)場工作人員數(shù)量，保護(hù)職工健康，提高人工成本效率。三是礦用汽車司機(jī)工作期間需長時間駕駛（平均8 h），易疲勞，人員的“不安全狀態(tài)”影響車輛的安全運行，“無人駕駛”可大幅提高其安全性。四是“礦車無人駕駛”可穩(wěn)定、平順運行，可避免駕駛員“粗暴操作”帶來的設(shè)備損害，延長車輛使用壽命，相對減少其維檢修費用。五是技術(shù)應(yīng)用穩(wěn)定成熟后，可提高礦車的生產(chǎn)運輸效率（臺年效率）。

露天礦山無人駕駛車輛

制定和發(fā)布露天礦山無人駕駛安全標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)蒙古安全生產(chǎn)職業(yè)健康協(xié)會經(jīng)近一年的前期調(diào)研走訪，并對包頭鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司白云鄂博鐵礦實地考察基礎(chǔ)上，組織包頭鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司白云鄂博鐵礦、內(nèi)蒙古安邦安全科技有限公司、北京踏歌智行科技有限公司、內(nèi)蒙古北方重型汽車股份有限公司、北京包鋼新源科技有限公司等單位，編制的T/NAJX 002—2020《露天礦山無人駕駛采場道路安全技術(shù)規(guī)范》和T/NAJX 003—2020《露天礦山無人駕駛車輛運行安全技術(shù)規(guī)范》兩個安全技術(shù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。目前已由應(yīng)急出版社印刷出版，標(biāo)準(zhǔn)于2020 年11 月6 日發(fā)布，2021 年1 月1 日起正式實施。

標(biāo)準(zhǔn)明確了露天礦山無人駕駛車輛概念，定義了相關(guān)術(shù)語。明確了無人駕駛車輛運用基本原則、運行基本要求、車輛基本性能、車輛維保要求。提出了采場道路、采裝區(qū)、采場道路維護(hù)等安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求；標(biāo)準(zhǔn)適用于露天煤礦、金屬非金屬露天礦山等固體礦產(chǎn)資源開采，具有較強(qiáng)實用性，是國內(nèi)首次發(fā)布，填補(bǔ)了露天智能礦山無人駕駛運行安全標(biāo)準(zhǔn)體系的空白。

《露天礦山無人駕駛采場道路安全技術(shù)規(guī)范》全文共分為10 個章節(jié)，重點對采場道路的基本要求、采場道路的安全技術(shù)、采裝區(qū)的安全技術(shù)、跨路架空管線的安全、露天礦山排土場和轉(zhuǎn)載臺安全、采場道路的抑塵和采場道路的維護(hù)與管理等內(nèi)容進(jìn)行了闡述。明確了露天礦山無人駕駛采場道路建設(shè)、維護(hù)、管理、抑塵、跨路架空管線等方面的基本要求，以及露天礦山采場道路、采裝區(qū)、排土場、轉(zhuǎn)載臺等無人駕駛車輛運行區(qū)域的安全技術(shù)要求。

《露天礦山無人駕駛車輛運行安全技術(shù)規(guī)范》全文共分為9 個章節(jié)，重點對無人駕駛車輛的運用方面、無人駕駛車輛運行安全技術(shù)方面、無人駕駛車輛點巡檢安全方面、無人駕駛車輛運行安全作業(yè)方面、無人駕駛車輛維檢修方面和無人駕駛車輛安全管理方面進(jìn)行了闡述。明確了露天礦山無人駕駛車輛運行基本原則、安全技術(shù)、系統(tǒng)功能、點巡檢、維檢修、運行安全管理等方面的基本要求。

《露天礦山無人駕駛采場道路安全技術(shù)規(guī)范》和《露天礦山無人駕駛車輛運行安全技術(shù)規(guī)范》不僅適用于露天煤礦、金屬非金屬露天礦山等固體礦產(chǎn)資源開采行業(yè)，利用無人駕駛車輛在采場道路開展運輸工作，其他具備封閉運輸條件的企業(yè)也可以參照使用。

編制《露天礦山無人駕駛采場道路安全技術(shù)規(guī)范》《露天礦山無人駕駛車輛運行安全技術(shù)規(guī)范》，進(jìn)一步完善了露天礦山無人駕駛安全運行標(biāo)準(zhǔn)體系，指導(dǎo)露天礦山實施“無人駕駛”技術(shù)體系時能夠安全運行，提供了可靠依據(jù)。從而實現(xiàn)露天礦山運輸系統(tǒng)安全運行、降本增效、節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

露天礦山無人駕駛運輸?shù)膶崿F(xiàn)，進(jìn)一步體現(xiàn)了“少人則安、無人則安”的安全理念，完善了“機(jī)械化換人、自動化減人、智能化無人”安全駕駛標(biāo)準(zhǔn)體系，是促進(jìn)露天礦山智能開采本質(zhì)安全的必經(jīng)之路。