王永松,黃小燕

(1.龍巖電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司,福建 龍巖 364000;2.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司,福建 龍巖 364000)

紫金山露天礦采用汽車、汽車+溜井+平硐電機(jī)車、汽車+溜井+平硐膠帶等多種開拓運(yùn)輸方式,境界內(nèi)正常使用的溜井布置有溜礦井10條,采場內(nèi)保有斗容(2.1～6.0 m3)挖機(jī)約50臺(tái),50～70 t卡車約230臺(tái),設(shè)備大型化、機(jī)械化程度較高.此外,采場采用高陡幫開采工藝,巖石裂隙發(fā)育,遇上南方多雨水天氣,霧大能見度低,采場安全管理、防洪壓力、礦石的調(diào)度運(yùn)輸及溜井供礦質(zhì)量保證面臨挑戰(zhàn).與之不甚匹配的是,生產(chǎn)調(diào)度一直采用傳統(tǒng)的固定配車、人工跑現(xiàn)場、對講喊話的模式進(jìn)行,人工收集錄入數(shù)據(jù)的方式沿用多年,調(diào)度指揮的安全性、準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性難以有效保障,造成現(xiàn)場生產(chǎn)管理人員和設(shè)備效率不高、生產(chǎn)成本較高,直接影響礦山的經(jīng)濟(jì)效益和綜合效益.

針對這一現(xiàn)狀,在露天礦卡車調(diào)度系統(tǒng)逐步廣泛應(yīng)用的大背景下,紫金山露天礦自2015年起籌劃建設(shè)方案,于2018年底正式啟用卡車調(diào)度系統(tǒng).本文主要介紹該系統(tǒng)在該礦的成功應(yīng)用,并探索可供改進(jìn)的功能和板塊,提出進(jìn)一步完善卡調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理、提高露采數(shù)字化管控水平的措施,充分發(fā)揮卡調(diào)系統(tǒng)對生產(chǎn)的智能輔助,提升露天采礦安全管理、生產(chǎn)管理、資源管理及成本管理水平.

1 卡調(diào)系統(tǒng)調(diào)度理論

卡車調(diào)度系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)技術(shù),依托GPS衛(wèi)星,以礦山數(shù)據(jù)庫為核心,綜合利用無線傳輸技術(shù),集成各個(gè)生產(chǎn)指揮環(huán)節(jié),將GPS位置信息發(fā)送到內(nèi)置GPS接收模塊的終端設(shè)備,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度,具有生產(chǎn)管理、監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、決策、優(yōu)化等功能[1].

通過對卡車調(diào)度理論研究成果分析,目前比較認(rèn)可的是,卡車調(diào)度理論包含確定最優(yōu)路線、車流規(guī)劃、實(shí)時(shí)調(diào)度3個(gè)方面.

1)確定最優(yōu)路線.最優(yōu)路線的確定旨在適應(yīng)礦山配置形態(tài)變化,它在龐大的采場道路網(wǎng)中解算出所有兩點(diǎn)間的最短路線.在圖論和運(yùn)籌學(xué)中,最短路徑算法通常用來求解最優(yōu)路徑.常用的算法有Dijkstra,Floyd,矩陣算法,動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法等.

2)車流規(guī)劃.車流規(guī)劃就是通過數(shù)學(xué)規(guī)劃,在滿足運(yùn)輸量、剝采比、車流連續(xù)性、產(chǎn)品質(zhì)量搭配等約束條件下,對發(fā)往各裝卸點(diǎn)的車流進(jìn)行優(yōu)化分配,其結(jié)果是對運(yùn)輸系統(tǒng)中卡車進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度的基礎(chǔ).

3)實(shí)時(shí)調(diào)度.實(shí)時(shí)調(diào)度是在車流規(guī)劃的基礎(chǔ)上,應(yīng)用適當(dāng)?shù)膶?shí)時(shí)調(diào)度準(zhǔn)則,根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行情況,對卡車進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度,給出每臺(tái)卡車優(yōu)化的運(yùn)行方向[2].

2 卡調(diào)系統(tǒng)調(diào)度架構(gòu)

紫金山露天礦智能卡車調(diào)度系統(tǒng),從功能板塊來說,包括綜合管理平臺(tái)、生產(chǎn)與安全管理系統(tǒng)、設(shè)備輔助管理系統(tǒng)、系統(tǒng)輔助管理系統(tǒng)、地質(zhì)模塊管理系統(tǒng)和智能調(diào)度系統(tǒng).從構(gòu)架來說,該系統(tǒng)通過GPS及北斗雙星定位,包含4GLTE通訊基站、車載終端、挖機(jī)終端、調(diào)度控制中心等硬件設(shè)施建設(shè)及調(diào)度控制軟件程序(如圖1和圖2).

圖1 卡調(diào)系統(tǒng)構(gòu)架

圖2 卡調(diào)系統(tǒng)工作網(wǎng)絡(luò)

3 卡車調(diào)度系統(tǒng)主要功能

3.1 車輛實(shí)時(shí)定位功能

系統(tǒng)通過GPS、北斗雙星定位模塊[3],對現(xiàn)有已安裝卡調(diào)終端設(shè)備的車輛、挖機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、歷史回放、運(yùn)行軌跡查詢、速度顯示、超速定位及報(bào)警、離線定位及報(bào)警功能,可以有效減少人為管理盲區(qū),提高現(xiàn)場作業(yè)的透明度(如圖3).

圖3 卡調(diào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控

3.2 車輛防碰撞功能

當(dāng)車輛之間距離相距10 m,速度在15 km/h以上時(shí),終端設(shè)備會(huì)進(jìn)行互相提示和報(bào)警.在視線不良、雨霧天氣情況下,能夠起到對危險(xiǎn)和隱患的提前預(yù)警作用.

3.3 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)

調(diào)度管理人員能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)控現(xiàn)場所有鏟裝、運(yùn)輸設(shè)備作業(yè)狀態(tài)[4],并進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度指令的下發(fā),改變了以往通過電話、對講機(jī)等人工調(diào)度方式存在的調(diào)度指令滯后、錯(cuò)位等現(xiàn)象.同時(shí),系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行效率,實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)調(diào)度.

3.4 智能配礦系統(tǒng)

利用現(xiàn)場巖粉取樣數(shù)據(jù),通過SURPAC軟件,建立了采場實(shí)時(shí)的爆堆數(shù)據(jù)庫,根據(jù)選廠當(dāng)天或當(dāng)班的礦量和品位需求,自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的排產(chǎn).通過與SURPAC軟件結(jié)合,將二次圈礦后的爆堆數(shù)據(jù)庫按照標(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)入卡調(diào)系統(tǒng),卡調(diào)系統(tǒng)綜合各溜井礦量、品位、運(yùn)距等約束條件,在采場現(xiàn)有爆堆中計(jì)算出配礦計(jì)劃及建議設(shè)備配備,最后形成生產(chǎn)計(jì)劃表,經(jīng)審核后實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指令的一鍵下發(fā).

3.5 自動(dòng)計(jì)量及報(bào)表系統(tǒng)

系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)車載GPS的定位信息和相關(guān)判斷條件,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的自動(dòng)循環(huán)統(tǒng)計(jì).自動(dòng)計(jì)量及報(bào)表系統(tǒng),是卡調(diào)系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)來源[5],為后期的采礦、剝離成本的實(shí)時(shí)結(jié)算、資源有效控制、運(yùn)礦距離測算提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)來源.

3.6 高精度挖機(jī)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)配置1臺(tái)高精度挖機(jī)終端,水平和垂直定位精度±5 cm,可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)礦巖鏟裝界線的精確控制,越界報(bào)警,有效控制礦石在鏟裝過程中的貧化和損失(如圖4).

圖4 卡調(diào)系統(tǒng)界限控制

3.7 其他功能

此外,系統(tǒng)配備覆蓋全采場的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場管理人員使用的語音視頻實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)、車輛階段性油耗監(jiān)測、異常作業(yè)實(shí)時(shí)報(bào)警、通訊基站斷電報(bào)警系統(tǒng)等功能.

4 重要模塊運(yùn)行現(xiàn)狀及優(yōu)化探索

4.1 配礦運(yùn)行現(xiàn)狀及優(yōu)化探索

4.1.1 配礦運(yùn)行現(xiàn)狀

智能配礦是卡調(diào)系統(tǒng)的核心模塊之一,也是根據(jù)紫金山露采的工藝模式專門設(shè)計(jì)、定制開發(fā)的一套系統(tǒng).在實(shí)現(xiàn)精確配礦的基礎(chǔ)上,還可以有效的全局考慮資源分布、優(yōu)化爆堆選擇、優(yōu)化運(yùn)輸路徑,提高計(jì)劃編制效率.目前露采在用的供礦溜井共10條,各溜井分別分布在采場的不同區(qū)域.爆破爆堆每月250～270個(gè),為確保系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確,配礦功能運(yùn)行必須滿足以下條件:作業(yè)爆堆必須是未完成、可用狀態(tài),剩余量不能為零或者為負(fù),同時(shí)必須有運(yùn)距(即從鏟裝點(diǎn)到卸點(diǎn)之間的路網(wǎng)暢通).路網(wǎng)必須實(shí)時(shí)更新,確保路線暢通,中間連接無斷開,且與現(xiàn)場實(shí)際道路貼合.

4.1.2 主要存在問題

1)爆堆數(shù)據(jù)庫不準(zhǔn),與實(shí)際生產(chǎn)備礦數(shù)據(jù)差距較大.現(xiàn)存爆堆數(shù)據(jù)庫中較多爆堆剩余量為0或者負(fù)值很大仍未閉合,同時(shí)爆堆狀態(tài)為已完成或者不可用仍在生產(chǎn).

2)紫金山生產(chǎn)調(diào)度受選廠運(yùn)行效率影響較大,挖機(jī)調(diào)動(dòng)頻繁,智能配礦計(jì)劃可執(zhí)行性降低,導(dǎo)致爆堆數(shù)據(jù)失準(zhǔn).挖機(jī)生產(chǎn)安排調(diào)整時(shí),由于未明確作業(yè)爆堆具體的第幾塊物料,人工錄入時(shí)會(huì)導(dǎo)致該爆堆數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差.

3)配礦功能仍需進(jìn)一步優(yōu)化完善.如配礦程序不夠穩(wěn)定,會(huì)出現(xiàn)未經(jīng)處理的異常導(dǎo)致計(jì)算失敗,以及優(yōu)先路徑設(shè)置特定爆堆后,不能再生成計(jì)劃等問題.

4)路網(wǎng)更新不及時(shí).鏟裝點(diǎn)至卸點(diǎn)間的路網(wǎng)在某一控制點(diǎn)中斷,未有效連接,導(dǎo)致路徑不通;系統(tǒng)內(nèi)存在多條路網(wǎng)時(shí),當(dāng)有更優(yōu)路徑的爆堆,即運(yùn)距更短時(shí),導(dǎo)致結(jié)算結(jié)果失準(zhǔn).

4.1.3 優(yōu)化探索

綜合來說,配礦調(diào)度應(yīng)加強(qiáng)與選廠的溝通,利用指定生產(chǎn)交流平臺(tái),第一時(shí)間掌握選廠的礦量品位情況及溜井的運(yùn)作情況,在出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)調(diào)整供礦,做出最及時(shí)有效的反應(yīng),將影響降至最低,保證生產(chǎn).在生產(chǎn)交流平臺(tái),每班固定時(shí)段發(fā)布相關(guān)生產(chǎn)信息,供各相關(guān)部門決策.具體措施如下.

1)地質(zhì)爆堆方面:卡調(diào)系統(tǒng)的爆堆數(shù)據(jù)應(yīng)作為生產(chǎn)備礦的唯一來源;爆堆信息導(dǎo)入系統(tǒng)同時(shí)向相關(guān)人員發(fā)布爆堆物料分布示意圖,且生產(chǎn)發(fā)函與卡調(diào)系統(tǒng)爆堆所有信息應(yīng)一致;爆堆余量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際出礦量每日校正,每日出礦量應(yīng)結(jié)合溜井下礦量每日校核,同時(shí)定期進(jìn)行測量復(fù)測,核算礦量.需確保將更新后的爆堆信息及時(shí)輸入到卡調(diào)系統(tǒng),由卡調(diào)系統(tǒng)根據(jù)更新后信息調(diào)整生產(chǎn)安排.

2)調(diào)度方面:選擇1～2個(gè)溜井進(jìn)行智能配礦試運(yùn)行,現(xiàn)場管理熟練掌握配礦操作,逐步轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)工作方式;出礦、排渣等紙質(zhì)表單與卡調(diào)系統(tǒng)中的排產(chǎn)計(jì)劃,均應(yīng)明確到爆堆的具體物料分塊;確保溜井井存相對準(zhǔn)確,將選廠的溜井出礦量同步至卡調(diào)系統(tǒng),通過卡調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算合理安排出礦量,并合理調(diào)度上部爆堆的出礦順序.

3)軟件方面:后臺(tái)軟件測控不斷優(yōu)化智能配礦功能;實(shí)時(shí)更新路網(wǎng),確保與采場實(shí)際吻合.

4.2 智能調(diào)度運(yùn)行現(xiàn)狀及優(yōu)化探索

4.2.1 智能調(diào)度運(yùn)行現(xiàn)狀

在給定生產(chǎn)調(diào)度指令后,系統(tǒng)可以根據(jù)作業(yè)起始點(diǎn)、終點(diǎn),給車輛自動(dòng)優(yōu)化行駛路徑,并在車輛終端頁面、調(diào)度控制臺(tái)上實(shí)現(xiàn)路徑導(dǎo)航、顯示[6].同時(shí),在設(shè)定的條件下,根據(jù)挖機(jī)的作業(yè)效率、車輛的運(yùn)輸效率,實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)車輛的自動(dòng)調(diào)度、智能調(diào)度,提高鏟裝、運(yùn)輸效率.

由于露采運(yùn)輸由三家工程公司負(fù)責(zé),各自片區(qū)獨(dú)立調(diào)度,智能調(diào)度模式僅在同一家公司的多臺(tái)挖機(jī)供同一個(gè)溜井或者排土場的條件下使用.即同一家工程公司內(nèi)部,2臺(tái)以上挖機(jī)作業(yè),爆堆臨近,卸點(diǎn)相同,避免運(yùn)距偏差太大,同時(shí)出礦物料必須一致,測試挖機(jī)組內(nèi)卡車5部以上.機(jī)械設(shè)備必須以終端顯示指令信息為準(zhǔn)并執(zhí)行,未經(jīng)調(diào)度中心同意不得隨意調(diào)整.

4.2.2 主要存在問題

智能調(diào)度進(jìn)程依賴機(jī)械設(shè)備是否安裝卡調(diào)終端,同時(shí)未經(jīng)過調(diào)度中心培訓(xùn)車載終端操作不熟或者擅自關(guān)閉操作系統(tǒng)的駕駛員和挖機(jī)手,易造成生產(chǎn)調(diào)度不便,影響生產(chǎn)指令執(zhí)行和作業(yè)結(jié)算.

4.2.3 優(yōu)化探索

1)智能調(diào)度測試方面.第一,分批次、分公司組織進(jìn)行設(shè)備智能調(diào)度功能測試,測試前提前告知工程公司相關(guān)人員和設(shè)備測試安排,明確當(dāng)日作業(yè)挖機(jī)和車輛(滿足數(shù)量要求)生產(chǎn)作業(yè)信息等;第二,做好測試期間終端操作、運(yùn)行故障、報(bào)警信息等問題的記錄,并對存在問題分析解決[7];第三,不同作業(yè)環(huán)境測試,分別在晴好天氣、雨霧天氣、夜間等多種礦山環(huán)境展開測試,提高智能調(diào)度功能實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,充分指導(dǎo)生產(chǎn).

2)調(diào)度方面.第一,生產(chǎn)安排合理,確保滿足供礦溜井品位和礦量,避免過程中因爆堆作業(yè)量不足、設(shè)備出勤量少再臨時(shí)調(diào)整,影響執(zhí)行,如卡調(diào)系統(tǒng)配礦中要求每個(gè)爆堆確保合理的出礦量,當(dāng)某個(gè)爆破作業(yè)量不足或設(shè)備出勤量少,將導(dǎo)致配礦品位產(chǎn)生較大變化,整個(gè)配礦系統(tǒng)將不合理,并影響后續(xù)生產(chǎn)安排;第二,通過卡調(diào)高清視頻監(jiān)控和VNC連接設(shè)備終端查看執(zhí)行情況,實(shí)時(shí)進(jìn)行設(shè)備管控和調(diào)整,確保指令落實(shí)到位.

3)軟件方面.第一,立足紫金山生產(chǎn)作業(yè)模式,及時(shí)分析系統(tǒng)運(yùn)行存在問題,對接軟件開發(fā)人員進(jìn)行優(yōu)化;第二,經(jīng)過一段時(shí)間的智能調(diào)度功能測試,對運(yùn)行效果進(jìn)行對比分析和評價(jià),重點(diǎn)分析在鏟裝運(yùn)輸效率提升方面的成果,運(yùn)用數(shù)據(jù)佐證;第三,針對運(yùn)行出現(xiàn)的信息異常、漏洞等專業(yè)技術(shù)層面問題,要求軟件人員進(jìn)行專業(yè)分析,盡快解決.

4)人員方面.第一,加強(qiáng)人員操作培訓(xùn),強(qiáng)化現(xiàn)場人員智能調(diào)度設(shè)置和手機(jī)終端操作培訓(xùn),降低操作失誤頻次;第二,對指令信息落實(shí)不到位、機(jī)械設(shè)備擅自調(diào)整、功能測試通知不到位等行為按制度進(jìn)行處罰,切實(shí)提高執(zhí)行力.

5 結(jié)語

1)紫金山露天礦山卡車智能調(diào)度系統(tǒng),立足紫金山生產(chǎn)模式,通過現(xiàn)代高新技術(shù),基本滿足現(xiàn)場作業(yè)設(shè)備的動(dòng)態(tài)調(diào)度、準(zhǔn)確執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃、及時(shí)查詢生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)情況、確定最優(yōu)路線等功能需求.

2)卡車智能調(diào)度系統(tǒng)通過在紫金山露天礦山的應(yīng)用統(tǒng)計(jì),礦車綜合效率比系統(tǒng)運(yùn)行前提高10%左右,生產(chǎn)管理方式得到了優(yōu)化簡化,并通過安全預(yù)警系統(tǒng),在車輛安全運(yùn)行方面起到一定作用.

3)車智能調(diào)度系統(tǒng)仍有不斷優(yōu)化的空間,擬從綜合管理平臺(tái)、生產(chǎn)與安全管理系統(tǒng)、設(shè)備輔助管理系統(tǒng)、系統(tǒng)輔助管理系統(tǒng)、地質(zhì)模塊管理系統(tǒng)和智能調(diào)度系統(tǒng)六大板塊全面提升,達(dá)到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)設(shè)備狀況,及時(shí)應(yīng)對生產(chǎn)突發(fā)事件,科學(xué)、合理調(diào)度設(shè)備,提高管理水平,提高設(shè)備作業(yè)效率,減少設(shè)備運(yùn)行成本等目標(biāo),從而建立一套高效安全的露天綜合生產(chǎn)管理調(diào)度系統(tǒng),打造新時(shí)期智慧礦山建設(shè)新標(biāo)桿.