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(wǎng)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)。酷寒的氣候條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。“在無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。“如果這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。”神寶能源方面表示，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。“這一技術在行業(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)
