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矿区自动驾驶延伸,井工矿会是下一个爆发场景吗?

2021-10-28 12:14:29 china5e

全球矿业正处于深刻变革之中,矿业生产正在加速走向智能化、无人化。自动驾驶作为矿业的刚性需求,在露天矿区迅猛发展。随着技术进步与经验积累,无人化技术正逐渐向矿业其他环节延伸,这是建设智能化矿山的大势所趋,也是所必须经历的艰难过程。

提及矿区自动驾驶,露天矿运输是最容易被想起的应用场景,露天矿自动驾驶具有清晰的商业模式,吸引了大量资本和相关企业进入。但露天矿运输并非自动驾驶的唯一应用场景,井工矿无人驾驶的市场前景不可小觑,只不过需要克服一系列独特的困难。

随着国家对环境保护重视程度的日益提高,加快能源结构调整、研发洁净煤技术、延伸煤炭产业链、促进产业转型已经成为煤矿企业实现绿色发展的必然选择。在煤炭行业供给侧改革继续推进的背景下,多家能源集团从战略高度出发,积极响应生态文明建设的号召,坚持以创新驱动发展,实现社会效益、经济效益和环境效益的相统一。在建设绿色、智能发展体系中,“安全高效、绿色智能、无人化”等新技术开始飞速兴起,短短几年,露天矿无人化已经在国家能源集团、华能集团、中煤集团、大唐集团等标杆级项目纷纷落地,而与此同时,中国煤炭的赋存条件也为井工矿“无人化、少人化”奠定了充分广阔的市场。

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第十九届中国国际煤炭采矿技术交流及设备展览会开幕式

迅速更迭的矿区自动驾驶技术于近日正在召开的煤矿智能化重磅盛会中得到了充分展示。10月26日,由中国煤炭工业协会主办,中煤集团协办的第十九届中国国际煤炭采矿技术交流及设备展览会在北京中国国际展览中心(新馆)开幕。展会以“智能高效、低碳引领”为主题,吸引了来自中国、德国、美国、英国、波兰、捷克等16个国家和地区的近800家国内外知名企业参展,展会规模及参展商数量创历史之最。在这场煤矿智能化的饕餮盛宴中,矿区自动驾驶涌现了大量新产品、新技术与新装备,其中的井工矿自动驾驶技术突破引发了大规模关注。

矿区自动驾驶风潮涌动

相比井工矿,露天矿空间开放、基础设施建设成本相对较低,并且由于矿区普遍面临招工难、成本高、事故频发的问题。自动驾驶能够减少人力,提高生产安全性,成为解决矿区尤其是露天矿区痛点的关键所在。市场需求旺盛,自动驾驶技术逐渐成熟,使得露天矿区成为自动驾驶落地的最佳场景。

如今自动驾驶已经在国家能源集团宝日希勒矿区、华能集团伊敏矿区、宝武集团马鞍山南山矿区、大唐集团宝利矿区等露天矿区展开无人化改造与运营,车辆类型以自动驾驶矿卡为主,极少数矿区已实现24小时全天候无安全员作业,业内最高车辆速度已达40公里/小时,超过有人驾驶的30km/h,无人驾驶综合效率不低于有人。

今年4月,亿欧智库发布《2021中国矿区自动研究报告》,报告指出随着国家政策引导的持续深入与行业需求的不断增强,矿区自动驾驶市场规模总额超过千亿。

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亿欧智库:《2021中国矿区自动研究报告》

在政策支持下,自动驾驶的商业化应用需要以深厚的技术沉淀为支撑。在矿山无人化改造领域,只有通过充分的技术实力,才能满足尽可能多的机型与矿种的覆盖,并克服各样复杂环境,最终才能真正赢得客户信任,并且为大规模落地奠定基础;对于自动驾驶运营而言,在矿产资源需求日益增长的现阶段,考虑到无人驾驶车辆成本以及有人驾驶的效率,只有完成无安全员情况下的稳定作业、无人驾驶综合效率不低于有人驾驶,方才能跑通矿区自动驾驶的商业闭环。

因此,即便超千亿的市场规模吸引了众多初创企业参与其中并不断加码,但绝大多数初创企业的自动驾驶产品主要集中在露天矿区运输环节,其自动驾驶之路仍有很长的路要走。

事实上,矿车实现无人驾驶只是第一步,随着智能化矿山建设的推进,如何与矿区内其他设备进行协同,是矿区无人驾驶企业必须要面对的现实问题。事实上,已经有嗅觉灵敏的企业开始加快提供矿区无人化解决方案,以期望在竞争激烈矿区无人驾驶赛道中抢得先机。

例如,在业内首个完成工业验收的宝日希勒露天矿区,已实现极寒环境下24小时全天候无安全员作业,截至2021年8月,无人驾驶卡车累计编组运行5万余公里,土方运输量60余万立方米,最高运行时速达到业内最高的每小时40km/h,超过有人驾驶规定的30km/h,无人驾驶系统可动率大于96.7%,无人驾驶运输综合效率不低于有人驾驶。通过中国煤炭工业协会组织的工业性示范运行安全评审和科技成果鉴定、国家能源集团组织的项目验收,成果达到国际先进水平。

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宝日希勒露天矿:全天候 真无人驾驶

事实上,只单一提供自动驾驶技术的服务商已经难以满足矿产企业的需要,国家能源集团智能矿山露天煤矿示范工程神延煤炭就提出,希望建立以矿用卡车无人驾驶为基础,涵盖智能选煤厂、数字档案、生态建设、地面系统无人值守的智能矿山系统。

主机厂、矿企、设计院以及无人驾驶企业共同构成了智能矿山产业链,这个复杂的生态圈需要高度开放性的智能化系统。这样的开放性不仅包括机型、矿种与生产作业流程尽可能实现全面覆盖,更包括应用场景的高度延展性。

井工矿风口已至,头部企业抢先布局

未来随着无人驾驶矿车在露天矿区规模化应用,不断积累的自动驾驶技术经验也将逐渐应用到其他环节,这将智能化矿山建设的坚实基础,井工矿的无人化水平也将得到快速提升。

但更现实的问题是,井工矿的无人化改造难度远高于露天矿,自动驾驶的落地应用需要技术进步和可行商业模式的支持,这也是很多无人驾驶企业尚未涉足井工矿的重要原因。

井工矿的环境更为复杂,这里光照不足,无法有效利用卫星定位系统,也缺少有效的通信手段,这些都是井工矿智能化进程中无法避免的挑战。

对于井工矿而言,自动驾驶技术主要应用于无轨运输车辆。国外企业如阿特拉斯、山特维克以及卡特彼勒等很早就开始完善地下矿用车辆的自主控制技术,随着传感、导航、通信和系统集成技术不断进步,车辆的自动化水平也在不断提高。

井工矿无人驾驶系统的特殊之处在于,极度依赖覆盖整个运输大巷的宽带移动数据通信网络的支持,还要和智能调度系统相互配合,通过机车操控自动化、路况判别智能化来实现。系统要能支持现场遥控、远程遥控和自主运行等多种驾驶模式,只有这样才能适应矿内的各种作业场景。

随着5G技术的应用,云计算或边缘计算架构的应用和机器视觉技术的发展,无人驾驶技术有望在大中煤矿推广应用,推动煤矿开采的无人化进程。

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陕煤集团小保当井工矿5G+无人驾驶

近日,在陕煤集团小保当“5G+智慧矿区”示范项目通报会上,验收组专家一致认为项目基础资料齐全、井上井下5G网络基站覆盖完备,搭建的工业互联网混合云平台运行稳定可靠,能够满足日常生产作业实际需求,符合陕西省工信厅验收标准,同意通过验收。据悉,小保当5G+智慧矿区示范项目是由小保当公司联合中国电信陕西分公司、慧拓智能机器有限公司、西安科技大学以及其他合作伙伴,开展的一次科研创新实践。

事实上,随着在露天矿自动驾驶领域商业规模化落地的加速,行业优势不断扩大的慧拓在去年便开始布局井工矿无人化,并在一年多的时间内完成了关键技术的落地转化,在井工矿无人运输防爆、井下定位等关键技术取得重大进展。目前,慧拓是国内唯一一家兼顾露天矿无人化与井工矿无人运输场景的解决方案、产品和运营服务提供商,2021年内累计井工矿订单额近亿元。

作为中科院孵化的高科技公司代表,慧拓卓越科技创新实力为其快速实现多个井工矿无人驾驶项目商业化落地奠定了充分基础。公司自主研发的“愚公YUGONG”系统,它的诞生源于首席科学家王飞跃教授拥有人工智能30余年技术沉淀。以世界首创的ACP平行驾驶理论为支撑,慧拓自主研发出了以云端智能调度与管理系统、矿车无人驾驶系统、挖机协同作业管理系统等六大核心子系统组成的“愚公YUGONG“无人矿山整体解决方案,是目前世界唯一全机型适配,国内唯一多矿种、兼顾露天与井工矿全场景的解决方案。

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慧拓愚公YUGONG无人矿山整体解决方案

平台化和开放性是愚公系统的关键特色,它的优势在于使系统能快速链接各种矿用装备,并与系统融合,这样就可以推进整个产业生态的智能化集成。相比有人运营,“愚公YUGONG”系统总体可提高矿山生产效率,节约油耗并提升轮胎寿命,大幅降低人工成本,而且几乎完全杜绝了安全事故。

而在本次展会中,在持续引发行业高度关注的矿用设备智能化领域,井工矿自动驾驶更是代表了行业的技术前沿,成为业内关注焦点。

在国家能源集团的展厅中,井工矿智能化技术精彩纷呈,其中包括大柳塔智能综采、智能掘进的核心技术,以上湾煤矿为代表的5矿6井亿吨级区域中央生产指挥中心等,众多黑科技引来参会者纷纷驻足;航天重工多款无轨胶轮车设备及“航天智星”矿山无人化运输解决方案一一亮相,更是引来了大批权威媒体与专业观众赞叹连连;中煤集团、中煤科工集团也纷纷亮向展会,成套化智能开采技术得到了与会观众热烈关注;华为公司通过系统、视频、实物互动等方式,向客户和伙伴分享众多基于5G技术的井下智慧矿山方案;众多国产品牌公司的全矿山无人化解决方案与德国、日本、美国等展商同台竞技,不逊色分毫。

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国家能源集团展厅

可以看出,井工矿的智能化、无人化改造对设备和技术都有非常苛刻的要求。北京矿冶科技集团副总经理战凯团队的一项研究成果显示,智能采矿技术快速发展的突出表现是采矿装备的智能化进程逐步升级,无人和集中控制的采矿设备,已经进入实际应用的阶段。

典型的无轨装备采矿的智能开采技术可以分为控制层、传输层和执行层,传输层与控制层都需要开发适用于井下环境的高速、高精度设备定位、跟踪和控制相应系统,为井下无轨设备的自主运行、避障和远程遥控提供技术和支持,即设备精确定位与智能导航。

煤矿智能化相关专家认为,在我国的矿产资源中,井工矿在数量上远远超过露天矿,但由于井下地质环境较露天矿更为恶劣复杂,实现无人化需要卓越技术与优势商业的双重护航。在技术层面,通过激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、热成像相机等传感器,研发多源异构融合感知技术可以适应井下巷道弱光照和水汽干扰工况;采用UWB定位、激光SLAM、高精地图等多项技术,研制高精度组合定位系统可以实现在无GPS信号环境中的大范围精准定位。在商业方面,获取国企、央企足够的信任背书是科技公司进行井工矿自动驾驶的壁垒,这需要技术实力、商业经验与服务专业性的多维沉淀。

井工矿的无人化改造需求真实存在,这也是自动驾驶技术应用的重要背景。以煤炭产业为例,我国煤炭开采条件极其复杂,90% 以上的煤炭资源仅适合井工开采,平均开采深度600 米,全国50%以上煤炭储量处于高瓦斯地区,从事采煤、掘进、运输等危险繁重岗位人员占比超过60%,因而煤炭是迫切需要智能化、无人化改造的行业之一。

在本届展览会的主旨发言中,王国法院士表示:煤矿智能化建设是一个不断发展、不断提高的过程。在煤矿系统智能化的基础上,进而在井下和井上的主要作业点、线岗位,应用智能装备,全面替代人工高危、高强度作业。这其中,智能装备是智能化煤矿的核心支撑。将煤矿智能化装备纳入国家智能制造发展规划,大力支持高端综采综掘智能化装备、重大灾害应急救援智能装备等研发应用,与国有企业、科技企业共建全国煤矿大数据中心及应用云平台,从主要提供煤机产品向提供产品和服务转变,向提供整体解决方案转变,向提供全生命周期服务转变,推动制造与服务协同发展,形成智能化煤矿高质量运行的新模式。

参考资料:

矿用无人卡车国内外研究现状及关键技术

井下矿山智能采矿体系的平台架构研究与实现

国内外地下全属矿山采矿车辆的现在与未来

基于无人装备的地下金属矿智能开采技术

第十九届中国国际煤炭采矿技术交流及设备展览会隆重开幕

平行矿山,平安运行的矿山




责任编辑: 江晓蓓

标签: 井工矿会 矿区

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