科技創(chuàng)新
數(shù)智賦能 | 天津水泥院全力推進(jìn)智慧礦山建設(shè)
來源：中國建材報(bào)、天津水泥院 發(fā)布時(shí)間：2023-05-06加快建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系，發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，提升高端化、智能化、綠色化水平，是高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。2023年是集團(tuán)數(shù)字化升級、國際化拓展、高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵之年，我們策劃推出“數(shù)智賦能”專欄，引導(dǎo)和呈現(xiàn)各企業(yè)加快推進(jìn)數(shù)字化升級、智能化轉(zhuǎn)型的生動實(shí)踐和豐碩成效。
與印象中灰蒙蒙、臟亂差的礦山印象不同，青州中聯(lián)水泥有限公司礦區(qū)不僅干凈整潔，還是天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡稱天津水泥院）的智慧礦山應(yīng)用試點(diǎn)。無人駕駛的智慧礦車滿載礦石，自動運(yùn)輸，井然有序。這只是天津水泥院開展智慧礦山研發(fā)的縮影。
▲青州中聯(lián)采礦現(xiàn)場
從2019年開始，天津水泥院以安全、綠色、智能、高效、少人為目標(biāo)，面向露天礦山場景，圍繞礦企存在的安全、質(zhì)量、成本等痛點(diǎn)問題，自主研發(fā)基于數(shù)字孿生模型的統(tǒng)一數(shù)據(jù)共享中心、礦山資源管理平臺、礦山生產(chǎn)運(yùn)營管理平臺與礦山無人運(yùn)輸調(diào)度平臺，集成研發(fā)無人駕駛礦車。
到今天，天津水泥院初步構(gòu)建了“1+3+1”智慧礦山建設(shè)模式，形成低成本、數(shù)字化、少人化智慧礦山系統(tǒng)解決方案。
01 智慧礦山是困難更是機(jī)遇
此前礦山穿孔、爆破、采裝、運(yùn)輸、卸料等環(huán)節(jié)都離不開人工。智慧礦山建設(shè)是實(shí)現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)、降本提質(zhì)增效、提高市場競爭力的重要手段。
借助智慧礦山建設(shè)，把危險(xiǎn)的工作讓機(jī)器去做，工人遠(yuǎn)程操控，出現(xiàn)異常及時(shí)干預(yù)調(diào)整，可使礦工的作業(yè)內(nèi)容由重體力勞動向輕體力、腦力勞動轉(zhuǎn)變，告別“苦、臟、累、險(xiǎn)”，能夠更安全、更體面地工作。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，天津水泥院決定攻克建設(shè)智慧礦山的難題。
困難即機(jī)遇。2019年起，天津水泥院通過內(nèi)部挖潛員工與外部吸納專業(yè)人才，組建了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。深耕水泥行業(yè)多年的經(jīng)驗(yàn)帶給項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)天然的優(yōu)勢，沒有人比他們更了解礦山的各個場景、裝車、卸料、路徑規(guī)劃及與上層系統(tǒng)如何對接。
通過學(xué)習(xí)及創(chuàng)新，天津水泥院自主構(gòu)建了“1+3+1”智慧礦山建設(shè)模式，具體包括1個打通數(shù)據(jù)鏈路、挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值的數(shù)據(jù)共享中心，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源精細(xì)化動態(tài)管理的礦山資源管理平臺、實(shí)現(xiàn)全方位數(shù)字化生產(chǎn)運(yùn)營的礦山智能生產(chǎn)運(yùn)營平臺和無人運(yùn)輸調(diào)度平臺3個平臺，以及1套包括無人駕駛礦車及遠(yuǎn)程駕駛挖掘機(jī)在內(nèi)的礦山無人運(yùn)輸整體解決方案。
▲礦山無人運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)
02 礦車有了“智慧腦”
一座年產(chǎn)500萬噸的水泥用灰?guī)r礦山，12臺礦車3班制運(yùn)行，需要36名司機(jī)；而采用無人智能礦車系統(tǒng)，則不再需要在崗司機(jī)，取而代之的是每班1個中控操作員和2個應(yīng)急維保人員。僅此環(huán)節(jié)就可減員27人，減員75%。不知疲倦的機(jī)器取代了人力，每日作業(yè)時(shí)間就延長了，提升了臺班效率，提高了單臺設(shè)備勞動生產(chǎn)率，從而降低了生產(chǎn)成本。此外，礦車不再實(shí)時(shí)需要駕駛員，也就消除了人身安全事故隱患，提高了礦山安全等級。同時(shí)，如果使用無人礦車取代人工駕駛，只需要少數(shù)幾名運(yùn)維人員對整個系統(tǒng)做監(jiān)控調(diào)度和路徑規(guī)劃，還可以解決因人員換班所造成的開采停工問題，真正實(shí)現(xiàn)礦山24小時(shí)連續(xù)不間斷作業(yè)，顯著降本增效。
▲無人駕駛系統(tǒng)解決方案
2020年起，天津水泥院開始布局搭建一個真正低成本、易落地的露天礦山無人運(yùn)輸系統(tǒng)解決方案，露天礦山礦車無人駕駛和礦山智能調(diào)度系統(tǒng)就是近年來的最新研發(fā)成果，也是天津水泥院代表性的轉(zhuǎn)型示范成果。
目前，天津水泥院已完成青州中聯(lián)礦區(qū)2臺無人駕駛礦車的改造和礦車調(diào)度系統(tǒng)的搭建，實(shí)現(xiàn)了全流程無人化編組運(yùn)行，無人駕駛礦車總計(jì)運(yùn)礦量超過4萬噸。短期來看，使用燃油無人礦車能夠節(jié)約10%左右的運(yùn)營成本（主要是油耗差距不大），經(jīng)過三年左右的時(shí)間，投資曲線便能與之前持平。長期來看，使用燃油版無人礦車能夠節(jié)約15%左右的綜合運(yùn)營成本，且礦山規(guī)模越大，車輛越多，無人化產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益更高。未來如果使用新能源無人礦車，還能進(jìn)一步節(jié)約能耗，運(yùn)營成本將大幅降低。
離開了人的操作，這些又大又重的礦車，是如何實(shí)現(xiàn)如此大規(guī)模的無人運(yùn)輸呢？
▲無人礦卡硬件總成方案
露天礦山無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)的順暢運(yùn)行，靠的是“大腦”和“四肢”的智慧協(xié)作。天津水泥院通過在無人、低速、路徑相對固定的礦山場景搭建5G通信網(wǎng)絡(luò)與定位基站，構(gòu)建云、車、地協(xié)同無人化運(yùn)輸系統(tǒng)，礦車自動循跡駕駛，完成無人化運(yùn)輸與輔助作業(yè)，解決礦山生產(chǎn)運(yùn)輸關(guān)鍵一環(huán)。云端平臺可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行仿真、調(diào)度模擬、任務(wù)調(diào)度、路徑規(guī)劃、路權(quán)分配、實(shí)時(shí)監(jiān)控與動態(tài)調(diào)整。同時(shí)，礦車端具有線控底盤、定位、感知、計(jì)算元件，搭載控制軟件，可實(shí)現(xiàn)單車駕駛自動化。網(wǎng)絡(luò)與定位基站提供全覆蓋、高可靠、低延時(shí)與大帶寬，定位可精確至厘米級。
▲無人礦卡會車讓行
03 數(shù)字化管理至細(xì)微處
天津水泥院的智慧礦山平臺以“業(yè)務(wù)流”與“礦石流”為主線，在對行業(yè)深刻理解與礦山長期存在的一系列痛點(diǎn)問題及解決辦法進(jìn)行內(nèi)化的基礎(chǔ)上，將知識、經(jīng)驗(yàn)與問題措施模型化，形成了一套貼近業(yè)務(wù)、易實(shí)施的數(shù)字礦山系統(tǒng)解決方案。
據(jù)相關(guān)技術(shù)人員介紹，以“業(yè)務(wù)流”為主線，就是要改變傳統(tǒng)礦山經(jīng)營理念和管理模式，建立起一套適用于智慧礦山生產(chǎn)運(yùn)營管理的組織管理體系，通過合理的組織分工，有效地協(xié)調(diào)生產(chǎn)任務(wù)和管理流程，實(shí)現(xiàn)對礦山的智慧化管理。以“礦石流”為主線，就是要對包括礦山規(guī)劃、地質(zhì)建模、采掘計(jì)劃、采礦設(shè)計(jì)、爆破、鏟裝、運(yùn)輸?shù)仍趦?nèi)的礦山生產(chǎn)全流程進(jìn)行智能控制，這也是天津水泥院今年的年度重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目。
“所有的石頭都可以用得上，實(shí)現(xiàn)零排廢，便是‘礦石流’。通過爆破設(shè)計(jì)、爆破模擬及爆堆品位估值系統(tǒng)，進(jìn)行爆破效果預(yù)測與模擬，建立精準(zhǔn)爆堆品位模型，能夠優(yōu)化爆破參數(shù)，降低爆破大塊率與炸藥單耗，提高配礦精準(zhǔn)性?！?/p>
▲礦山生產(chǎn)運(yùn)營平臺
天津水泥院通過構(gòu)建礦山資源三維可視化和精細(xì)化管控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)礦山資源看得見、說得清、管得住。礦山生產(chǎn)運(yùn)營平臺根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃產(chǎn)量要求與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合爆堆剩余礦量、爆堆精細(xì)化品位模型、鏟裝設(shè)備能力與運(yùn)輸路線，通過智能配礦系統(tǒng)，對采場內(nèi)現(xiàn)存的多個爆堆，進(jìn)行智能配礦，在滿足產(chǎn)量與礦石質(zhì)量的前提下，盡可能搭配利用低品位礦石，生成配礦指令。并將配礦結(jié)果與卡調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，任務(wù)分解至具體班組、人員和設(shè)備，并向車載終端發(fā)出指令，鏟裝完成后自動計(jì)量，并上傳至數(shù)據(jù)中心，便可實(shí)現(xiàn)對礦石質(zhì)量的精細(xì)化管理和生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)掌控。
未來，天津水泥院將圍繞水泥生產(chǎn)主業(yè)，在“數(shù)字礦山、智慧礦山、綠色礦山”發(fā)展理念下繼續(xù)發(fā)揮技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢，在環(huán)境監(jiān)測、邊坡監(jiān)測、零外購電等領(lǐng)域進(jìn)行深度研發(fā)，打造自感知、自決策的智慧礦山運(yùn)營系統(tǒng)，建成無人、低碳、綠色、本質(zhì)安全、高效、智能的現(xiàn)代化公園式綠色礦山。
