张伟 张辉斌 张琦 帅根来

（丹东东方测控技术股份有限公司，辽宁丹东 118002）

0.引言

随着业内对于矿山作业安全的重视，发展智慧矿山、智能化信息化作业已经是大势所趋，根据原国家安监总局开展的“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动工作目标，主要是为了减少高位作业现场中的人员，同时提高作业的效率。无人自动驾驶在矿山中的应用不仅提升了矿山作业中的安全，同时保证了矿山生产运输的效率，下文将就此展开描述[1]。

1.矿用电机车无人驾驶系统

1.1 矿用电机车无人驾驶系统的含义

矿井电机车无人驾驶系统是基于人工智能AI技术和ROS机器人软件，TH为传输亚照度、易爆环境的矿用机车无人驾驶系统。该无人驾驶系统主要运用的是无线通信系统，运用工业环网作为传输平台，以矿用轨道运输监控（信集闭）系统为安全依托，采用井下机车精确定位技术、图像识别处理技术和机车安全运调技术，并结合电机车智能化控制的矿井安全生产运输综合监控系统，可以实现电机车物料矿石装运卸全过程的无人化驾驶作业。

1.2 矿用电机车无人驾驶系统的组成

该矿用电机车无人驾驶系统由矿用隔爆兼本安型电机车运行参数检测装置、车载智能终端、矿用本安型智能分站、动态信号机、矿用本安型遥控器、矿用隔爆型摄像机、矿用隔爆兼本安型司控道岔装置、工控机、打印机、人工智能系统软件、雷达、各类传感器等组成。

1.3 矿用电机车采用无人驾驶系统的具体功能

矿用电机车采用无人驾驶系统具有机车无人运行控制功能，遥控驾驶机车功能，安全应急保障和机车运行参数监测功能，自动装卸矿功能，机车自主运行变速巡航技术，溜井和放矿坑料位检测功能，调度功能，闭锁功能，显示功能，联网功能，列车定位功能，故障自动诊断功能，可视化检测功能等。

1.4 系统实现难点分析

在进行作业时，除了要对矿石进行识别采集，还要进行障碍物的识别，障碍物不仅有人和机车这种比较大的东西，还有岩石、木头、遗落的工具等。由于有些障碍物体积较小，并且一个小石块就可能阻挡机车前进的脚步，在进行设计的时候，要考虑机车刹车的时间，防止其撞上障碍物，所以对机车的要求就更高，尤其是系统判断能力要同时提高。

同时，要求无人驾驶机车具有一定的抗震能力，因为井下的轨道并不是一直平缓的，道路可能比较崎岖，所以要求其设备的稳定性较高，保证在行驶过程中不会断掉通信，并且保证反应时间，否则可能导致系统与机车失联。

虽然从理论上对无人驾驶系统设备的设计已经相对完善，但是在实际使用中还是存在一定的问题，主要体现在现场的作业方式、需要设备适应的井下矿的环境问题以及各种安全保障方面，比如井下矿环境多粉尘、较湿热，同时还有腐蚀设备的可能性，在设计时需要将这些因素都考虑进去，因此就需要长时间的采集数据，对检测数据进行分析，建立相关数学模型并进行优化。最后把模型化的数据应用到放矿控制和电机车控制中，来实现全自动装矿[2]。

2.实现无人驾驶技术的必要性

2.1 减少人为失误

传统的电机车都是由人工进行操作，由于人工操作的主观性，操作时会出现疲劳，或者不按规章制度操作，导致出现安全事故等问题的发生。而无人驾驶系统则是通过AI技术、定位技术以及与互联网相结合的方式，实现无人化操作，可以避免人工疲劳驾驶和误操作导致的事故发生。

无人驾驶系统实现的功能具体如下：（1）增加车前雷达障碍物检测功能，实现主动安全防护；（2）放矿机系统增加远程断电功能，出现问题紧急断电，防止溜井的跑矿；（3）增加4G或5G专网，实现双网冗余，防止机车断网失控；（4）增加大块检测功能，出现大块自动检测、停机、报警；（5）增加矿车料位检测功能，防止料位超高落矿，防止挂大线；（6）在卸矿井处增加料位检测及矿车板结检测，防止卸矿过程中出现安全问题；（7）机车及各设备自身健康状况监测技术；（8）车载终端实时采集车辆各个系统的数据，自动分析机车的各项指标是否正常，只有正常的机车才能投入运行。不仅机车，系统内各个相关设备都具留该项功能，包括放矿机、信集闭、通信设备等。

2.2 改善工作环境

有许多矿山处于高海拔地区或者是井下较深的地区，这样的采矿环境比较恶劣，并且不安全。首先是井下矿工作环境温度较高、湿度较大，人在里面工作十分不适应，其次粉尘浓度也很高，会对人的身体造成一定影响。使用无人机自动驾驶系统就可以避免在此环境下进行工作。

2.3 解决人少的难题

随着时代的发展，现在的工作人员对于工作环境的要求也高，这就会导致矿山出现招人难的问题，而无人驾驶系统技术能够在一定程度上解决这些问题。

首先是实现自动装矿，无须遥控放矿，节省人力；其次，无人驾驶技术可以实现轨道衡自动计量，无须遥控开车计量，节省人力；然后还有在平碉内摘钩、挂钩时，操作工通过遥控器实现电机车的近距离遥控，节省人力；最后，无人驾驶技术也有助于实现电机车自主巡航，结合主动的雷达障碍物检测，无须遥控操作，节省人力。

2.4 增加作业的效率

无人驾驶电机车安装成功后，不仅可以无人运行，还可以自动装卸矿，可365天24小时运转（设备维护保养及时充分的前提下），比起以往的人员固定作业时间，不仅时间延长了，机器的动作频率更高更匀速。

3.井下矿无人驾驶技术在安放中的应用

（1）井下调度。主要是运用智能调度系统对采集过程中所有的关键数据进行统筹分析，包括地下轨道的占用情况、机器的运行状态、机车现在的位置、是否装载有东西等一系列生产信息，采集之后进行数学建模，对机车进行最优的分配作业，智能调度的基础是最优路径，然后结合收集到的实时信息，进行动态调整，主要目标是用最少的消耗实现最大量的生产。

（2）视频监测。一般是通过有线或者无线的传输方式，对井下进行实时监控并传输到井上调度室。矿山井下有轨运输无人驾驶系统溜井料位监测是实现系统智能调度的基础，通过监测各溜井及卸矿站料位的高度，结合当前自动运行车辆和信集闭调度系统，完成对各个车辆及溜井的管制。

（3）安全监测。通过有线无线互补实现对井下的覆盖，完成对井下重要、敏感地点的瓦斯、矿压、湿度等情况的实时检测，组件完整的井下安全检测网络。

（4）人员定位。利用网络手机终端等实现井下人员或设备的精准定位，是井上调度室的管理人员能够随时掌握井下设备及人员的分布状况和运动轨迹。

（5）电机车障碍物识别技术。电机车自身具有定位系统，同时还配备有运输巷道软件模型以及雷达识别系统，可以在运行时时刻监控前方的路况，进行障碍物的识别，并且考虑到机车的刹车时间以及运行速度，及时对机车提出预警，避免与障碍物相撞，保证电机车运行时的安全制动距离[3]。

4.结语

井下矿无人驾驶系统主要是以智能行车控制系统为主，运输调度指挥系统为辅，保证通信故障情况下机车运行的安全，杜绝追尾事故发生的可能。无人驾驶系统可以适用于多种环境，对障碍物进行准确识别，其在矿山中的应用不仅实现了人力的解放，改善了工作人员的工作环境，同时也有效的保证了井下矿作业的安全性，机械作业也有助于提高装矿作业效率，推动智慧矿山的信息化、智能化建设，是未来发展研究的主要方向。