有人这样形容：露天矿与井工矿因开采设备、采煤工艺、作业环境等不同，是两个不同的行业。

在智能化建设上，露天矿有何规划和方向?建设重难点有哪些?已取得哪些成效?带着这些问题，记者走进我国露天矿的代表性企业——国家能源准能集团，探访露天矿智能化建设现状。

建成多个信息系统和数据共享中心

在位于内蒙古准格尔旗的黑岱沟露天矿矿坑上，一辆经改造的无人驾驶矿车正沿着特定轨迹运行。它的到来解放了卡车司机魏军勤的双手双脚。如若今年底能试验成功，魏军勤们的工作量则可以大幅减少。

无人驾驶矿车是准能集团智能化建设的项目之一。准能集团党委委员、副总经理曹勇告诉记者，在全面推进智能矿山建设的过程中，准能人通过调研、系统分析国内外露天矿智能化采矿的重难点，开展了两项智能煤矿示范项目，其中一项为“露天煤矿矿用自卸车无人驾驶系统”，即上述已在试验阶段的无人驾驶矿车。

“由于露天矿对运输作业环境的安全性、开放性有要求，所以我们选择无人驾驶矿车作为智能化建设的一个突破点。现在，我们已经形成一套运行系统，正在做调试。”曹勇说。

作为国家能源集团露天板块的示范工程——准能集团“数字矿山”项目历经3年，建成了60多个信息系统和共享的数据中心，在露天矿的穿爆、采掘、运输、排弃各环节建设了自动采集、检测、监控和智能调度系统，实现生产、安全、经营、机电、技术等各个管理领域的信息化全覆盖。

准能集团“数字准能”一体化智能运营平台

“数字矿山”的背后，是准能人通过技术及管理的优化创新，实现生产和管理的自动化、智能化目标的行动。

“准能集团露天矿的建设起点比较高，主要体现在工艺和设备上。但随着技术的发展，我们仍以人工管理为主，管理水平与国际同行业相比还有一定差距，发展受到一定限制。之前，我们有很多大大小小的独立系统，如高台阶边坡监测系统、卡车防撞预警系统等，基本没有互联，容易产生信息孤岛。”准能集团信息中心经理霍文向记者介绍。

按照国家能源集团“一个目标、三型五化、七个一流”战略要求，结合《国家能源集团智能矿山建设实施方案》，准能集团结合生产经营管理现状和降本增效需求，构建了准能“数字矿山”总体架构。该架构分为五层，经营管理层由国家能源集团负责统一建设。准能集团以生产控制层、生产执行层、设备层和决策支持层为重点，对系统进行建设、改造和整合，以满足需求。

目前，准能集团形成了独有的“一体两翼、一个基础、一个中心、四大板块”的应用架构。“一体两翼”即以生产管理和安全管理为主体，以技术管理、机电管理、经营管理、其他管理为两翼;“一个基础”指覆盖了准能集团1000多个班组的班组信息管理平台;“一个中心”指统一的“生产实时数据库”;“四大板块”是煤炭、铁路、电力和化工四大板块的基础生产指挥和控制系统。

通过统一的数据中心，准能集团整合采矿设计、原煤生产、洗选装车以及应急指挥、决策支持等业务，对业务主数据进行了统一编码，对指标和业务数据进行了统一定义，统一了接口标准。借助大数据分析系统，各级管理人员可及时掌握破碎站、设备维修以及爆破作业区影响作业的情况等。如露天矿出现煤炭生产欠量，可横向分析选煤厂、维修中心、炸药厂的关联影响，纵向分析露天矿内部各环节的影响。

“我们建设了煤炭全产业链生产联动及决策支持系统，实现了煤炭生产、洗选装车、铁路运输的一体化智能联动管理，便于集团管理决策，为全面完成生产经营指标提供了大数据支撑。”霍文表示。

智能化建设渗透到采运排各工艺环节

霍文表示，准能集团露天矿智能化建设离不开先进的采矿设备和工艺的更新，更贯穿于采、运、排各个工艺环节。

准能集团技术人员使用3D建模软件设计采矿方案

对于露天矿来说，前期的采矿设计环节必不可少。黑岱沟露天矿生产技术部综合组技术主管赵鑫璐告诉记者，自2018年用上澳大利亚的测绘软件后，矿山开采更加可视化了。他们应用了无人机正射投影、三维激光扫描仪等技术，建立了与真实矿山相对应的三维数字矿山模型。他们借助模型进行采矿、运输系统以及排土设计，使采矿设计环节更高效。

“以前，我们需要去矿坑里测量数据，效率低，还不安全。通过可视化软件，我们对采集的数据进行动态演示，分析采掘位置或排土场等区域发生了哪些变化，监测排土层实际位移速度，有利于边坡安全管理。现在，效率提高了，还保证了安全。”赵鑫璐说。

爆破是露天矿采矿过程中的重要环节。黑岱沟露天矿应用了北斗卫星精准定位、孔深智能测量、智能装药以及数码雷管精准起爆等技术，建成智能爆破设计系统、智能布孔系统、炸药混装车智能装药系统等，实现了穿爆作业全流程的智能化;在采掘、运输、排弃工艺管理环节，全面推广卡车智能调度，车铲匹配效率明显提升。

今年3月，在黑岱沟露天矿爆破区，“履带车机械臂协作机器人”上岗了。这个1米高的测孔机器人，可以在露天矿采剥平盘的炮孔之间来回穿梭。其主要工作为测量炮孔的孔深、温度以及水深，并将收集的数据上传至服务器，服务器再将数据传到炸药混装车，最终实现自动精准装药。

此外，准能集团在黑岱沟露天矿和哈尔乌素露天矿171台卡车上，安装了新的集成终端及轮胎健康监测系统，在1026条轮胎上安装了胎内传感器等。轮胎在线监测系统、燃油监控系统通过对轮胎胎心和燃油的提油、加油、消耗环节的自动化监控，实现对露天矿消耗的全过程监控和管理。据估算，轮胎在线监测系统可以降低点检人员80%的劳动强度，整体延长10%至15%轮胎使用寿命;燃油监控系统每年可节约3%的燃油管理成本，提高5%至8%的燃油利用率。两套系统带来的设备效率提升，可节省生产成本约6000万元。

安全管理方面，准能集团在主要生产现场安装了3000多个高清摄像机，实现了“人、机、环、管”风险预控和标准化作业管理，做到所有生产单位和作业系统的“一张图”管理及可视化在线监控。

作为核心工艺环节的一部分，运输的安全系数决定着煤矿的管理水平。准能集团的露天矿主要运输设备——大型矿用卡车上，加装了卡车防撞预警、毫米波雷达自动刹车、司机疲劳状态监测、超速预警“四位一体”的自主保安智能化系统。

“一旦司机打盹儿，疲劳状态监测系统会自动报警，我们可以及时提醒司机注意安全。”黑岱沟露天矿安监员刘鹏说。

在设备管理和降本增效上，准能集团通过PM设备管理模块，实现了价值近300亿元机电设备的全生命周期管理;通过实时采集露天矿卡车、电铲、油槽车等大型设备的燃油、轮胎、电量等现场数据，对主要设备能耗进行精准管理。

“我们在二级单位层面开发了班组管理信息系统，实现了准能集团1000多个班组的管理与料、工、费的核算。目前，我们已经实现了‘单机核算’或‘班组核算’。以露天矿为例，可以实现从车间、区队到各班组及上班工人的物料消耗、工器具使用、工时消耗以及维修成本的统计与管理。”霍文认为，班组作为准能集团的最小细胞，其管理水平的高低代表了企业的整体管理水平。

此外，准能集团将选煤厂作为试点单位，针对选煤厂关键工艺环节，系统开展了智能干选、智能输送、智能装车、智能跳汰洗选、智能浅槽重介质洗选以及智能煤泥处理、管带机智能巡检机器人等项目的研发工作。其中，智能干选项目成果已成功推广应用。

“通过实施‘数字矿山’项目，准能集团有效提升了煤矿的生产设计、计划编制、调度指挥、作业管理的效率和水平，实现以效益为中心的煤炭生产科学化管理，基本达到了降本、增效、减人、保安的目的。”霍文表示，经初步测算，准能集团已实现每年降低直接成本9982.26万元;主采设备可动率提升4.54%，实动率提升2.29%(其中黑岱沟露天矿吊斗铲的可动率提高4.22%，实动率提高7.76%);转岗分流410名职工。

发力地面生产系统和辅助系统远程监控

“我们在智能化建设道路上仍在摸索，结合露天矿的自身特点，梳理发展思路和路径。可以说，我们目前已经处于自动化、信息化阶段，正向智能化方向发展。”曹勇表示。

履带车机械臂协作机器人在进行钻孔深度探测

据介绍，作为与井工矿开采设备、采煤工艺、作业环境不同的露天矿，其建设重点更偏向于大型设备的智能化改造、爆破和运输等核心工艺要求的智能化提升、复杂工况条件下的安全性保障等。

在准能集团2020年年中工作会上，该集团党委书记、董事长杨荣明表示，要全力推进矿用卡车无人驾驶技术的研发与应用，力争实现18台300吨级智能无人驾驶卡车全部投入生产;加快智能化相配套5G网络建设工作，完成可行性方案设计及立项;制订中长期高端开发实施方案，进一步加快高端开发速度，提升煤炭装备国产化率。

如今，无人驾驶卡车已在黑岱沟露天矿的试验场地运行了一段时间。2018年5月，准能集团“露天煤矿矿用自卸车无人驾驶系统”科技创新项目由国家能源集团批准立项。2019年，准能集团与航天重型工程装备有限公司等达成合作意向。

据航天重工自动驾驶系统项目经理丁国徐介绍，无人驾驶矿车通过建设一套包括地面控制中心系统、车地无线通信系统、车载控制系统等在内的无人驾驶控制系统，实现矿用自卸卡车装、运、卸作业过程的完全无人自主运行，并与钻机、电铲、推土机、平路机等露天矿作业关键设备配合工作。

今年6月，准能集团的矿用卡车实施现场改造，已先后完成整车线控化改造、无人驾驶车载传感器安装、作业区域地图采集与制作、无人驾驶循迹行驶测试、机群系统与无人矿用卡车协同作业调试等工作。目前，改造车辆已在全程3.6公里的测试区域内实现前进、后退、转弯、上下坡、装载和卸载等无人驾驶。下一步，研发团队的目标是让它精准识别障碍物。

此外，正在建设中的矿山设备预测性大数据分析系统，通过实时采集矿用卡车柴油机功率、轮胎压力、电传信号等数据建立数据模型，并通过大数据分析实现对卡车柴油机、称重系统、轮胎系统、电传动系统和液压系统方面的预测性诊断，减少维修时间、延长大修间隔、降低能耗。

“‘数字矿山’的建设，改变了矿山的生产方式，在矿山设计、开采、安全、管理、可持续发展、土地利用以及科学决策等方面产生社会和经济效益，促进准能集团转型升级。”曹勇表示，下一步，准能集团将加快应用智能传感器、物联网、5G等先进技术，重点建设卡车、电铲、钻机等矿用大型设备的无人驾驶、皮带巡检智能机器人等项目，最终实现全部地面生产系统和生产辅助系统的远程监控。

(本版图片由通讯员崔龙提供)