全球礦業(yè)正處于深刻變革之中，礦業(yè)生產(chǎn)正在加速走向智能化、無人化。自動駕駛作為礦業(yè)的剛性需求，在露天礦區(qū)迅猛發(fā)展。隨著技術(shù)進步與經(jīng)驗積累，無人化技術(shù)正逐漸向礦業(yè)其他環(huán)節(jié)延伸，這是建設(shè)智能化礦山的大勢所趨，也是所必須經(jīng)歷的艱難過程。

提及礦區(qū)自動駕駛，露天礦運輸是最容易被想起的應(yīng)用場景，露天礦自動駕駛具有清晰的商業(yè)模式，吸引了大量資本和相關(guān)企業(yè)進入。但露天礦運輸并非自動駕駛的唯一應(yīng)用場景，井工礦無人駕駛的市場前景不可小覷，只不過需要克服一系列獨特的困難。

隨著國家對環(huán)境保護重視程度的日益提高，加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、研發(fā)潔凈煤技術(shù)、延伸煤炭產(chǎn)業(yè)鏈、促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為煤礦企業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展的必然選擇。在煤炭行業(yè)供給側(cè)改革繼續(xù)推進的背景下，多家能源集團從戰(zhàn)略高度出發(fā)，積極響應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)的號召，堅持以創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的相統(tǒng)一。在建設(shè)綠色、智能發(fā)展體系中，“安全高效、綠色智能、無人化”等新技術(shù)開始飛速興起，短短幾年，露天礦無人化已經(jīng)在國家能源集團、華能集團、中煤集團、大唐集團等標桿級項目紛紛落地，而與此同時，中國煤炭的賦存條件也為井工礦“無人化、少人化”奠定了充分廣闊的市場。

第十九屆中國國際煤炭采礦技術(shù)交流及設(shè)備展覽會開幕式

迅速更迭的礦區(qū)自動駕駛技術(shù)于近日正在召開的煤礦智能化重磅盛會中得到了充分展示。10月26日，由中國煤炭工業(yè)協(xié)會主辦，中煤集團協(xié)辦的第十九屆中國國際煤炭采礦技術(shù)交流及設(shè)備展覽會在北京中國國際展覽中心（新館）開幕。展會以“智能高效、低碳引領(lǐng)”為主題，吸引了來自中國、德國、美國、英國、波蘭、捷克等16個國家和地區(qū)的近800家國內(nèi)外知名企業(yè)參展，展會規(guī)模及參展商數(shù)量創(chuàng)歷史之最。在這場煤礦智能化的饕餮盛宴中，礦區(qū)自動駕駛涌現(xiàn)了大量新產(chǎn)品、新技術(shù)與新裝備，其中的井工礦自動駕駛技術(shù)突破引發(fā)了大規(guī)模關(guān)注。

礦區(qū)自動駕駛風潮涌動

相比井工礦，露天礦空間開放、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本相對較低，并且由于礦區(qū)普遍面臨招工難、成本高、事故頻發(fā)的問題。自動駕駛能夠減少人力，提高生產(chǎn)安全性，成為解決礦區(qū)尤其是露天礦區(qū)痛點的關(guān)鍵所在。市場需求旺盛，自動駕駛技術(shù)逐漸成熟，使得露天礦區(qū)成為自動駕駛落地的最佳場景。

如今自動駕駛已經(jīng)在國家能源集團寶日希勒礦區(qū)、華能集團伊敏礦區(qū)、寶武集團馬鞍山南山礦區(qū)、大唐集團寶利礦區(qū)等露天礦區(qū)展開無人化改造與運營，車輛類型以自動駕駛礦卡為主，極少數(shù)礦區(qū)已實現(xiàn)24小時全天候無安全員作業(yè)，業(yè)內(nèi)最高車輛速度已達40公里/小時，超過有人駕駛的30km/h，無人駕駛綜合效率不低于有人。

今年4月，億歐智庫發(fā)布《2021中國礦區(qū)自動研究報告》，報告指出隨著國家政策引導的持續(xù)深入與行業(yè)需求的不斷增強，礦區(qū)自動駕駛市場規(guī)模總額超過千億。

億歐智庫：《2021中國礦區(qū)自動研究報告》

在政策支持下，自動駕駛的商業(yè)化應(yīng)用需要以深厚的技術(shù)沉淀為支撐。在礦山無人化改造領(lǐng)域，只有通過充分的技術(shù)實力，才能滿足盡可能多的機型與礦種的覆蓋，并克服各樣復雜環(huán)境，最終才能真正贏得客戶信任，并且為大規(guī)模落地奠定基礎(chǔ)；對于自動駕駛運營而言，在礦產(chǎn)資源需求日益增長的現(xiàn)階段，考慮到無人駕駛車輛成本以及有人駕駛的效率，只有完成無安全員情況下的穩(wěn)定作業(yè)、無人駕駛綜合效率不低于有人駕駛，方才能跑通礦區(qū)自動駕駛的商業(yè)閉環(huán)。

因此，即便超千億的市場規(guī)模吸引了眾多初創(chuàng)企業(yè)參與其中并不斷加碼，但絕大多數(shù)初創(chuàng)企業(yè)的自動駕駛產(chǎn)品主要集中在露天礦區(qū)運輸環(huán)節(jié)，其自動駕駛之路仍有很長的路要走。

事實上，礦車實現(xiàn)無人駕駛只是第一步，隨著智能化礦山建設(shè)的推進，如何與礦區(qū)內(nèi)其他設(shè)備進行協(xié)同，是礦區(qū)無人駕駛企業(yè)必須要面對的現(xiàn)實問題。事實上，已經(jīng)有嗅覺靈敏的企業(yè)開始加快提供礦區(qū)無人化解決方案，以期望在競爭激烈礦區(qū)無人駕駛賽道中搶得先機。

例如，在業(yè)內(nèi)首個完成工業(yè)驗收的寶日希勒露天礦區(qū)，已實現(xiàn)極寒環(huán)境下24小時全天候無安全員作業(yè)，截至2021年8月，無人駕駛卡車累計編組運行5萬余公里，土方運輸量60余萬立方米，最高運行時速達到業(yè)內(nèi)最高的每小時40km/h，超過有人駕駛規(guī)定的30km/h，無人駕駛系統(tǒng)可動率大于96.7%，無人駕駛運輸綜合效率不低于有人駕駛。通過中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的工業(yè)性示范運行安全評審和科技成果鑒定、國家能源集團組織的項目驗收，成果達到國際先進水平。

寶日希勒露天礦：全天候 真無人駕駛

事實上，只單一提供自動駕駛技術(shù)的服務(wù)商已經(jīng)難以滿足礦產(chǎn)企業(yè)的需要，國家能源集團智能礦山露天煤礦示范工程神延煤炭就提出，希望建立以礦用卡車無人駕駛為基礎(chǔ)，涵蓋智能選煤廠、數(shù)字檔案、生態(tài)建設(shè)、地面系統(tǒng)無人值守的智能礦山系統(tǒng)。

主機廠、礦企、設(shè)計院以及無人駕駛企業(yè)共同構(gòu)成了智能礦山產(chǎn)業(yè)鏈，這個復雜的生態(tài)圈需要高度開放性的智能化系統(tǒng)。這樣的開放性不僅包括機型、礦種與生產(chǎn)作業(yè)流程盡可能實現(xiàn)全面覆蓋，更包括應(yīng)用場景的高度延展性。

井工礦風口已至，頭部企業(yè)搶先布局

未來隨著無人駕駛礦車在露天礦區(qū)規(guī)模化應(yīng)用，不斷積累的自動駕駛技術(shù)經(jīng)驗也將逐漸應(yīng)用到其他環(huán)節(jié)，這將智能化礦山建設(shè)的堅實基礎(chǔ)，井工礦的無人化水平也將得到快速提升。

但更現(xiàn)實的問題是，井工礦的無人化改造難度遠高于露天礦，自動駕駛的落地應(yīng)用需要技術(shù)進步和可行商業(yè)模式的支持，這也是很多無人駕駛企業(yè)尚未涉足井工礦的重要原因。

井工礦的環(huán)境更為復雜，這里光照不足，無法有效利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，也缺少有效的通信手段，這些都是井工礦智能化進程中無法避免的挑戰(zhàn)。

對于井工礦而言，自動駕駛技術(shù)主要應(yīng)用于無軌運輸車輛。國外企業(yè)如阿特拉斯、山特維克以及卡特彼勒等很早就開始完善地下礦用車輛的自主控制技術(shù)，隨著傳感、導航、通信和系統(tǒng)集成技術(shù)不斷進步，車輛的自動化水平也在不斷提高。

井工礦無人駕駛系統(tǒng)的特殊之處在于，極度依賴覆蓋整個運輸大巷的寬帶移動數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的支持，還要和智能調(diào)度系統(tǒng)相互配合，通過機車操控自動化、路況判別智能化來實現(xiàn)。系統(tǒng)要能支持現(xiàn)場遙控、遠程遙控和自主運行等多種駕駛模式，只有這樣才能適應(yīng)礦內(nèi)的各種作業(yè)場景。

隨著5G技術(shù)的應(yīng)用，云計算或邊緣計算架構(gòu)的應(yīng)用和機器視覺技術(shù)的發(fā)展，無人駕駛技術(shù)有望在大中煤礦推廣應(yīng)用，推動煤礦開采的無人化進程。

陜煤集團小保當井工礦5G+無人駕駛

近日，在陜煤集團小保當“5G+智慧礦區(qū)”示范項目通報會上，驗收組專家一致認為項目基礎(chǔ)資料齊全、井上井下5G網(wǎng)絡(luò)基站覆蓋完備，搭建的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)混合云平臺運行穩(wěn)定可靠，能夠滿足日常生產(chǎn)作業(yè)實際需求，符合陜西省工信廳驗收標準，同意通過驗收。據(jù)悉，小保當5G+智慧礦區(qū)示范項目是由小保當公司聯(lián)合中國電信陜西分公司、慧拓智能機器有限公司、西安科技大學以及其他合作伙伴，開展的一次科研創(chuàng)新實踐。

事實上，隨著在露天礦自動駕駛領(lǐng)域商業(yè)規(guī)模化落地的加速，行業(yè)優(yōu)勢不斷擴大的慧拓在去年便開始布局井工礦無人化，并在一年多的時間內(nèi)完成了關(guān)鍵技術(shù)的落地轉(zhuǎn)化，在井工礦無人運輸防爆、井下定位等關(guān)鍵技術(shù)取得重大進展。目前，慧拓是國內(nèi)唯一一家兼顧露天礦無人化與井工礦無人運輸場景的解決方案、產(chǎn)品和運營服務(wù)提供商，2021年內(nèi)累計井工礦訂單額近億元。

作為中科院孵化的高科技公司代表，慧拓卓越科技創(chuàng)新實力為其快速實現(xiàn)多個井工礦無人駕駛項目商業(yè)化落地奠定了充分基礎(chǔ)。公司自主研發(fā)的“愚公YUGONG”系統(tǒng)，它的誕生源于首席科學家王飛躍教授擁有人工智能30余年技術(shù)沉淀。以世界首創(chuàng)的ACP平行駕駛理論為支撐，慧拓自主研發(fā)出了以云端智能調(diào)度與管理系統(tǒng)、礦車無人駕駛系統(tǒng)、挖機協(xié)同作業(yè)管理系統(tǒng)等六大核心子系統(tǒng)組成的“愚公YUGONG“無人礦山整體解決方案，是目前世界唯一全機型適配，國內(nèi)唯一多礦種、兼顧露天與井工礦全場景的解決方案。

慧拓愚公YUGONG無人礦山整體解決方案

平臺化和開放性是愚公系統(tǒng)的關(guān)鍵特色，它的優(yōu)勢在于使系統(tǒng)能快速鏈接各種礦用裝備，并與系統(tǒng)融合，這樣就可以推進整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)的智能化集成。相比有人運營，“愚公YUGONG”系統(tǒng)總體可提高礦山生產(chǎn)效率，節(jié)約油耗并提升輪胎壽命，大幅降低人工成本，而且?guī)缀跬耆沤^了安全事故。

而在本次展會中，在持續(xù)引發(fā)行業(yè)高度關(guān)注的礦用設(shè)備智能化領(lǐng)域，井工礦自動駕駛更是代表了行業(yè)的技術(shù)前沿，成為業(yè)內(nèi)關(guān)注焦點。

在國家能源集團的展廳中，井工礦智能化技術(shù)精彩紛呈，其中包括大柳塔智能綜采、智能掘進的核心技術(shù)，以上灣煤礦為代表的5礦6井億噸級區(qū)域中央生產(chǎn)指揮中心等，眾多黑科技引來參會者紛紛駐足；航天重工多款無軌膠輪車設(shè)備及“航天智星”礦山無人化運輸解決方案一一亮相，更是引來了大批權(quán)威媒體與專業(yè)觀眾贊嘆連連；中煤集團、中煤科工集團也紛紛亮向展會，成套化智能開采技術(shù)得到了與會觀眾熱烈關(guān)注；華為公司通過系統(tǒng)、視頻、實物互動等方式，向客戶和伙伴分享眾多基于5G技術(shù)的井下智慧礦山方案；眾多國產(chǎn)品牌公司的全礦山無人化解決方案與德國、日本、美國等展商同臺競技，不遜色分毫。

國家能源集團展廳

可以看出，井工礦的智能化、無人化改造對設(shè)備和技術(shù)都有非常苛刻的要求。北京礦冶科技集團副總經(jīng)理戰(zhàn)凱團隊的一項研究成果顯示，智能采礦技術(shù)快速發(fā)展的突出表現(xiàn)是采礦裝備的智能化進程逐步升級，無人和集中控制的采礦設(shè)備，已經(jīng)進入實際應(yīng)用的階段。

典型的無軌裝備采礦的智能開采技術(shù)可以分為控制層、傳輸層和執(zhí)行層，傳輸層與控制層都需要開發(fā)適用于井下環(huán)境的高速、高精度設(shè)備定位、跟蹤和控制相應(yīng)系統(tǒng)，為井下無軌設(shè)備的自主運行、避障和遠程遙控提供技術(shù)和支持，即設(shè)備精確定位與智能導航。

煤礦智能化相關(guān)專家認為，在我國的礦產(chǎn)資源中，井工礦在數(shù)量上遠遠超過露天礦，但由于井下地質(zhì)環(huán)境較露天礦更為惡劣復雜，實現(xiàn)無人化需要卓越技術(shù)與優(yōu)勢商業(yè)的雙重護航。在技術(shù)層面，通過激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、熱成像相機等傳感器，研發(fā)多源異構(gòu)融合感知技術(shù)可以適應(yīng)井下巷道弱光照和水汽干擾工況；采用UWB定位、激光SLAM、高精地圖等多項技術(shù)，研制高精度組合定位系統(tǒng)可以實現(xiàn)在無GPS信號環(huán)境中的大范圍精準定位。在商業(yè)方面，獲取國企、央企足夠的信任背書是科技公司進行井工礦自動駕駛的壁壘，這需要技術(shù)實力、商業(yè)經(jīng)驗與服務(wù)專業(yè)性的多維沉淀。

井工礦的無人化改造需求真實存在，這也是自動駕駛技術(shù)應(yīng)用的重要背景。以煤炭產(chǎn)業(yè)為例，我國煤炭開采條件極其復雜，90% 以上的煤炭資源僅適合井工開采，平均開采深度600 米，全國50%以上煤炭儲量處于高瓦斯地區(qū)，從事采煤、掘進、運輸?shù)任ｋU繁重崗位人員占比超過60%，因而煤炭是迫切需要智能化、無人化改造的行業(yè)之一。

在本屆展覽會的主旨發(fā)言中，王國法院士表示：煤礦智能化建設(shè)是一個不斷發(fā)展、不斷提高的過程。在煤礦系統(tǒng)智能化的基礎(chǔ)上，進而在井下和井上的主要作業(yè)點、線崗位，應(yīng)用智能裝備，全面替代人工高危、高強度作業(yè)。這其中，智能裝備是智能化煤礦的核心支撐。將煤礦智能化裝備納入國家智能制造發(fā)展規(guī)劃，大力支持高端綜采綜掘智能化裝備、重大災害應(yīng)急救援智能裝備等研發(fā)應(yīng)用，與國有企業(yè)、科技企業(yè)共建全國煤礦大數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用云平臺，從主要提供煤機產(chǎn)品向提供產(chǎn)品和服務(wù)轉(zhuǎn)變，向提供整體解決方案轉(zhuǎn)變，向提供全生命周期服務(wù)轉(zhuǎn)變，推動制造與服務(wù)協(xié)同發(fā)展，形成智能化煤礦高質(zhì)量運行的新模式。

參考資料：

礦用無人卡車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)

井下礦山智能采礦體系的平臺架構(gòu)研究與實現(xiàn)

國內(nèi)外地下全屬礦山采礦車輛的現(xiàn)在與未來

基于無人裝備的地下金屬礦智能開采技術(shù)

第十九屆中國國際煤炭采礦技術(shù)交流及設(shè)備展覽會隆重開幕

平行礦山，平安運行的礦山