我國(guó)露天煤礦無人駕駛及新能源卡車發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)

趙 浩，毛開江，曲業(yè)明，付恩三

(1.應(yīng)急管理部研究中心，北京市東城區(qū)，100013；2.應(yīng)急管理部信息研究院，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100029；3.內(nèi)蒙古吉林郭勒二號(hào)露天煤礦有限公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟，026200)

露天開采具有資源回收率高、安全條件好、勞動(dòng)效率高、生產(chǎn)規(guī)模大等優(yōu)點(diǎn)，近年來我國(guó)煤礦露天開采取得了較大發(fā)展，產(chǎn)量比重由2000年的4%左右提高到目前的18%左右，為我國(guó)煤炭穩(wěn)定供應(yīng)提供了重要保障。運(yùn)輸是露天礦開采工藝中主要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一，運(yùn)輸系統(tǒng)投資約占礦山總投資的40%～60%，運(yùn)輸成本約占礦石成本的30%～40%，我國(guó)露天煤礦普遍采用單斗-卡車間斷工藝，自卸卡車是我國(guó)露天煤礦的主要運(yùn)輸工具，卡車運(yùn)輸環(huán)節(jié)是露天礦用人最多的環(huán)節(jié)，露天煤礦最容易出現(xiàn)的事故也是運(yùn)輸事故，如：內(nèi)蒙古自治區(qū)2015-2018年露天煤礦各類事故14起，其中運(yùn)輸事故10起，占71.4%。若露天煤礦自卸卡車能夠使用新能源作為動(dòng)力，并且實(shí)現(xiàn)無人駕駛，則可以實(shí)現(xiàn)降本增效、節(jié)能環(huán)保，達(dá)到本質(zhì)安全。

1 我國(guó)露天煤礦發(fā)展概況

1.1 分布及規(guī)模情況

露天煤礦是我國(guó)煤炭工業(yè)重要組成部分，具有資源回收率高、安全條件好、勞動(dòng)效率高、生產(chǎn)規(guī)模大等優(yōu)點(diǎn)[1]，對(duì)國(guó)內(nèi)煤炭穩(wěn)定供應(yīng)的作用越來越明顯。目前，我國(guó)共有露天煤礦376處，產(chǎn)能9.5億t/a、占全國(guó)煤礦總產(chǎn)能的17.8%，產(chǎn)量占全國(guó)的比重由2000年的4%左右提高到目前的18%左右。其中：生產(chǎn)露天煤礦283處，產(chǎn)能7.51億t/a；在建露天煤礦87處，產(chǎn)能1.98億t/a。

(1)露天煤礦分布。我國(guó)露天煤礦分布在內(nèi)蒙古、新疆、山西、云南、黑龍江、寧夏、陜西、青海、遼寧、甘肅、貴州、廣西、湖南共13個(gè)省(區(qū))，其中：內(nèi)蒙古、新疆、山西和云南4省(區(qū))露天煤礦326處、產(chǎn)能9.04億t/a，分別占全國(guó)的86.70%和95.16%。

(2)露天煤礦規(guī)模。全國(guó)產(chǎn)能400萬t/a及以上的大型露天煤礦53處、占全國(guó)露天煤礦總數(shù)量的14.10%，合計(jì)產(chǎn)能6.37億t/a、占全國(guó)露天煤礦總產(chǎn)能的67.05%。其中：生產(chǎn)露天煤礦37處、產(chǎn)能4.98億t/a，建設(shè)露天煤礦16處、產(chǎn)能1.39億t/a。千萬噸級(jí)特大型露天煤礦26處、占全國(guó)露天煤礦總數(shù)量的6.90%，產(chǎn)能4.93億t/a、占全國(guó)露天煤礦總產(chǎn)能的51.90%。其中：生產(chǎn)露天煤礦19處、產(chǎn)能3.97億t/a，建設(shè)露天煤礦7處(含改擴(kuò)建)、產(chǎn)能0.96億t/a。產(chǎn)能100萬t/a以下的小型露天煤礦207處，占全國(guó)露天煤礦總數(shù)量的55.00%，產(chǎn)能1.17億t/a，占全國(guó)露天煤礦總產(chǎn)能的12.30%。其中：生產(chǎn)露天煤礦151處、產(chǎn)能8730萬t/a，建設(shè)露天煤礦50處、產(chǎn)能2 826萬t/a。

1.2 工藝設(shè)備情況

近20年來，我國(guó)露天煤礦在開采工藝及設(shè)備方面取得了一定進(jìn)步，以黑岱溝、元寶山、安太堡、伊敏、霍林河南露天煤礦等為代表的國(guó)有大型露天煤礦引進(jìn)了連續(xù)、半連續(xù)、吊斗鏟倒堆工藝，單斗挖掘機(jī)斗容最大已達(dá)75 m3，自卸卡車載重最大已達(dá)400 t，破碎機(jī)(站)能力最大可達(dá)12 000 t/h[2]。我國(guó)露天開采工藝裝備發(fā)展的同時(shí)，又產(chǎn)生了新的問題。露天煤礦企業(yè)為節(jié)省投資和運(yùn)營(yíng)成本，普遍采用剝離工程外包運(yùn)營(yíng)模式，新疆所有露天煤礦采煤、剝離全采用外包運(yùn)營(yíng)方式，有的露天煤礦只有三四十人負(fù)責(zé)日常運(yùn)營(yíng)和安全管理，外包單位“小、散、弱”導(dǎo)致露天開采工藝及裝備步入“低端化”發(fā)展歧途。

(1)工藝由半連續(xù)、連續(xù)向間斷工藝倒退。20世紀(jì)80年代以及21世紀(jì)初期開發(fā)的露天煤礦均為自營(yíng)，不存在工程外包，引進(jìn)了連續(xù)、半連續(xù)工藝。2002年以來，我國(guó)煤炭產(chǎn)能急劇擴(kuò)張，煤炭企業(yè)為減少投資，新開發(fā)露天煤礦基本都采用單斗-卡車工藝(間斷工藝)。與連續(xù)、半連續(xù)工藝相比，單斗-卡車工藝具有投資成本低、生產(chǎn)靈活的優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備多、用油多、安全風(fēng)險(xiǎn)大。

(2)生產(chǎn)設(shè)備由“大型化”向“小型化”發(fā)展。由于承包方門檻低，又層層轉(zhuǎn)包，設(shè)備均屬于個(gè)人購(gòu)買、掛靠運(yùn)營(yíng)，大量露天礦卡車噸位只有20～30 t(有的甚至不是礦用卡車)，挖掘機(jī)斗容只有1.2～5.0 m3，導(dǎo)致坑內(nèi)設(shè)備數(shù)量多、相互影響、安全風(fēng)險(xiǎn)大，而且油耗驚人。如某特大型露天煤礦剝離高峰期坑內(nèi)車輛800余臺(tái)，單班坑下作業(yè)人數(shù)超過1 000人，年耗油量6.87萬t。同時(shí)，一些露天煤礦設(shè)計(jì)要求寬泛、標(biāo)準(zhǔn)低，一些露天煤礦則專為小設(shè)備設(shè)計(jì)，路面寬度、轉(zhuǎn)彎半徑不夠，升級(jí)大型設(shè)備困難。

2 無人駕駛礦用卡車研發(fā)及應(yīng)用的重要性

我國(guó)露天開采工藝及裝備向單斗-卡車工藝發(fā)展有一定的經(jīng)濟(jì)性，但也存在能耗大、污染重、風(fēng)險(xiǎn)高的問題，與我國(guó)貧油、少氣、富煤的國(guó)情不相符，與推進(jìn)藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的大局不相符，與推進(jìn)安全發(fā)展的大勢(shì)不相符，因此，亟需推動(dòng)我國(guó)露天開采工藝及裝備變革，加快礦用無人駕駛卡車及大型礦用新能源卡車等智能型、環(huán)保型、安全型礦用卡車研發(fā)及應(yīng)用。

2.1 必要性

(1)提升本質(zhì)安全水平的需要。當(dāng)前，我國(guó)多數(shù)露天煤礦承包單位卡車噸位普遍只有20～30 t，坑內(nèi)運(yùn)輸卡車數(shù)量多，有的特大型露天煤礦高峰期坑內(nèi)車輛800余臺(tái)，運(yùn)輸車輛之間相互影響、安全風(fēng)險(xiǎn)極大。近幾年全國(guó)露天礦運(yùn)輸事故不斷，2019年11月國(guó)家能源集團(tuán)寶日希勒露天煤礦發(fā)生較大運(yùn)輸事故，死亡4人。加快研發(fā)應(yīng)用無人駕駛礦用卡車，能夠減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員數(shù)量，實(shí)現(xiàn)少人則安、無人則安。

(2)解決招人難、留人難問題的需要。當(dāng)前，露天煤礦外包單位寬體車司機(jī)工資8 000元/月左右，其工資水平不及公路物流卡車司機(jī)工資水平，且工作環(huán)境惡劣。內(nèi)蒙古某露天煤礦700名卡車司機(jī)，僅1年內(nèi)流動(dòng)達(dá)500人。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)露天煤礦卡車司機(jī)平均年齡約52歲，多為初中以下文化水平，安全素質(zhì)不高。加快研發(fā)應(yīng)用無人駕駛礦用卡車，可以有效解決人員流動(dòng)性大、招工難、從業(yè)人員素質(zhì)低等問題。

(3)促進(jìn)降本增效的需要。無人駕駛系統(tǒng)替代駕駛員，不僅可以節(jié)省人工成本、后勤成本(一名百噸級(jí)礦用卡車司機(jī)年薪20萬元左右，一輛卡車年人工費(fèi)用超過84萬元)[3]，降低燃油消耗、輪胎損耗，而且可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)作業(yè)區(qū)域內(nèi)車輛集群調(diào)度，有效提高車輛的利用率、作業(yè)效率和維護(hù)效率，降低卡車故障率。據(jù)淡水河谷公司統(tǒng)計(jì)，無人駕駛可以使燃料成本下降10%以上，使車輛維護(hù)費(fèi)用降低10%，輪胎磨損降低25%。澳大利亞鐵礦石出口商福蒂斯丘金屬集團(tuán)(FMG)表示，無人運(yùn)輸?shù)男时葌鹘y(tǒng)人工運(yùn)輸提升30%[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，礦用新能源卡車每公里使用成本相當(dāng)于燃油車的1/3，電動(dòng)機(jī)功率比燃油車增加近40%[5]。

(4)提升節(jié)能環(huán)保水平的需要。近年來露天礦山環(huán)境污染問題已經(jīng)得到黨和國(guó)家的高度重視。露天煤礦卡車耗油量大，且卡車排放尾氣含有二氧化硫等有毒有害氣體，嚴(yán)重污染礦區(qū)周邊環(huán)境。山西某特大型露天煤礦卡車年耗油量高達(dá)7萬t。因此，有必要加快大型礦用新能源卡車的研發(fā)及應(yīng)用，解決露天煤礦燃油消耗大、污染環(huán)境問題。

2.2 可行性

(1)露天煤礦作業(yè)場(chǎng)景適于開展無人駕駛技術(shù)?，F(xiàn)階段，無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用僅限于低速與限定場(chǎng)景。露天開采的實(shí)質(zhì)就是大量礦巖的移運(yùn)過程，將土巖運(yùn)至排土場(chǎng)，將煤運(yùn)至地面生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行破碎，屬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的運(yùn)輸，車輛運(yùn)行速度較低，且運(yùn)輸線路基本固定，作業(yè)場(chǎng)景單一、封閉，交通狀況相對(duì)簡(jiǎn)單，交通參與元素的數(shù)量和種類均較少，具備采用無人駕駛技術(shù)的可行性。

(2)新一代通信技術(shù)發(fā)展為無人駕駛提供技術(shù)保障。當(dāng)前，我國(guó)大力發(fā)展5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”，推動(dòng)了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、虛擬現(xiàn)實(shí)、無人駕駛、人工智能、5G等高新技術(shù)與現(xiàn)代露天采礦技術(shù)深度融合，特別是5G技術(shù)的發(fā)展，加速了無人駕駛的落地，為無人運(yùn)輸提供了催化劑，為開展礦用卡車無人駕駛技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用提供了技術(shù)保障。

(3)國(guó)外礦山無人駕駛方面已有成功經(jīng)驗(yàn)借鑒。國(guó)外礦用無人駕駛卡車的研究始于20世紀(jì)七八十年代，21世紀(jì)以來，全球各大礦用卡車供應(yīng)商都在進(jìn)行無人駕駛礦用車的應(yīng)用與研究。2008年以來，日本小松公司和美國(guó)卡特彼勒公司陸續(xù)在智利、澳大利亞、巴西、加拿大等國(guó)的礦山投入近460臺(tái)大型無人駕駛卡車，累計(jì)運(yùn)輸物料超過40億t?？ㄌ乇死展镜臒o人駕駛卡車已經(jīng)安全行駛6 760萬km，生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)人工運(yùn)輸提升了30%[3]。

(4)動(dòng)力電池及氫能發(fā)展為礦用新能源卡車研發(fā)提供基礎(chǔ)保障。動(dòng)力電池是新能源汽車的“心臟”，目前我國(guó)已經(jīng)建立了比較完善的動(dòng)力蓄電池產(chǎn)業(yè)體系。隨著電氣化的發(fā)展，動(dòng)力電池技術(shù)漸趨成熟。在同樣裝機(jī)、相同工況條件下，氫燃料電池與鋰動(dòng)力電池相比，具備續(xù)航里程更長(zhǎng)、充電時(shí)間更短、重量更輕、性能提升空間更大等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)露天煤礦主要分布在內(nèi)蒙古、新疆等地區(qū)，這些地區(qū)太陽(yáng)能、風(fēng)能資源豐富，電力充沛、價(jià)格低廉，因此，可以利用太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電，建立制氫站，發(fā)展氫產(chǎn)業(yè)，既消納了送不出去的電力，又提供了清潔能源，有助于解決棄風(fēng)、棄光問題。

3 我國(guó)無人駕駛礦用卡車研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展

3.1 無人駕駛礦用卡車

我國(guó)無人駕駛礦用卡車研究起步較晚。2017年以來，踏歌智行、慧拓智能、易控智駕、百度、躍薪智能等十余家科技公司開展了無人駕駛技術(shù)研發(fā)，為礦山企業(yè)和礦用卡車生產(chǎn)廠家提供露天礦山無人駕駛系統(tǒng)整體解決方案。北方股份、同力重工、徐工集團(tuán)、三一重裝、航天重工、濰柴集團(tuán)、臨工重機(jī)等國(guó)內(nèi)礦用卡車生產(chǎn)廠家也在開展無人駕駛卡車研發(fā)。遼寧工程技術(shù)大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等高等院校正在開展露天煤礦無人駕駛工藝重塑和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適配研究。

2018年8月，包鋼集團(tuán)聯(lián)合踏歌智行、北方股份等單位在白云鄂博礦區(qū)進(jìn)行國(guó)內(nèi)第1輛無人駕駛礦用卡車測(cè)試，目前已實(shí)現(xiàn)4臺(tái)無人駕駛卡車協(xié)同2臺(tái)挖掘機(jī)進(jìn)行編組測(cè)試，與其他車輛混編運(yùn)行，累計(jì)完成約9.55萬t礦物運(yùn)輸量和1.78萬km的運(yùn)輸里程。2019年5月，內(nèi)蒙古蒙新煤炭公司杭蓋溝露天煤礦聯(lián)合易控智駕等單位，開展無人駕駛研究測(cè)試，投入4輛同力重工無人駕駛寬體車。2019年9月，大唐集團(tuán)寶利露天煤礦聯(lián)合慧拓智能、中國(guó)聯(lián)通、華為等單位開展基于5G網(wǎng)絡(luò)智慧礦山無人礦車駕駛示范項(xiàng)目，投入4輛無人駕駛系統(tǒng)寬體自卸車。2019年11月，國(guó)家電投霍林河南露天煤礦與踏歌智行公司開展無人駕駛項(xiàng)目研究，完成2輛108噸級(jí)礦用自卸卡車無人化改造，效率達(dá)同型號(hào)人工駕駛運(yùn)量的75%以上，且實(shí)現(xiàn)了夜班作業(yè)，目前項(xiàng)目已通過驗(yàn)收，下階段將新投入10輛186噸級(jí)礦用無人駕駛卡車。2020年初，華能伊敏露天煤礦與百度Apollo公司合作，對(duì)2輛在用的172噸級(jí)礦用自卸卡車進(jìn)行線控化改造，實(shí)現(xiàn)無人駕駛，目前已進(jìn)入動(dòng)態(tài)調(diào)試階段。2020年5月，國(guó)家能源集團(tuán)寶日希勒露天煤礦與航天重工公司聯(lián)合開展“5G+無人駕駛”示范應(yīng)用，總投資2 350萬元，對(duì)5輛220噸級(jí)礦用自卸卡車進(jìn)行無人駕駛改造。

總體上看，我國(guó)無人駕駛礦用卡車正處于試驗(yàn)測(cè)試階段，應(yīng)用場(chǎng)景比較簡(jiǎn)單，多為對(duì)礦山已有設(shè)備進(jìn)行編組改造，運(yùn)行效率為有人駕駛情況下的60%～80%左右。

3.2 大型礦用新能源卡車

目前，新能源礦用卡車的主要研究方向?yàn)榧冸妱?dòng)、油電混合和氫能源。在油電混合和氫能源方面，2018年10月，國(guó)家能源集團(tuán)、氫能科技公司及濰柴集團(tuán)聯(lián)合開展了200噸級(jí)以上氫能重載礦用卡車研發(fā)，首臺(tái)國(guó)產(chǎn)200噸級(jí)以上氫燃料-鋰電池混合能源礦用卡車于2019年4月成功下線。2019年10月，山西諾浩集團(tuán)研發(fā)的百噸級(jí)礦用汽車油電混合動(dòng)力系統(tǒng)首次亮相?？傮w看，我國(guó)在油電混合、氫能源礦用卡車研究方面較少，還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

我國(guó)純電動(dòng)新能源礦用卡車研究與應(yīng)用始于2018年左右，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)各類露天礦山共有200余臺(tái)純電動(dòng)礦用卡車，主要核心研發(fā)單位為徐工重工、宇通重工、北奔重汽、宏威新能源、河南躍薪、北方重工、三一重裝、濰柴集團(tuán)等設(shè)備制造廠商。2018年以來，宏威新能源在湖南岳陽(yáng)、山東曲阜、陜西富平、西藏華泰龍、浙江湖州等地及礦山投運(yùn)了60多臺(tái)純電動(dòng)礦用寬體車，單車?yán)锍桃呀?jīng)超過3萬km。2018年4月，北工重工40噸級(jí)純電動(dòng)礦用卡車在烏海石灰石礦山交付試運(yùn)。2018年6月，洛陽(yáng)鉬業(yè)集團(tuán)聯(lián)合躍薪科技研發(fā)的SY系列純電動(dòng)礦用卡車在三道莊礦區(qū)投入使用，截至目前已累計(jì)投入純電動(dòng)礦用卡車30臺(tái)，無人駕駛純電動(dòng)礦車5臺(tái)。2019年8月，山西諾浩集團(tuán)純電動(dòng)90噸級(jí)寬體礦用卡車在山西朔州交付。2019年12月，宇通集團(tuán)首批純電動(dòng)礦用卡車應(yīng)用于中國(guó)黃金集團(tuán)西藏華泰隆礦業(yè)公司。2020年6月，三一重裝集團(tuán)研發(fā)的2臺(tái)SKT90E純電動(dòng)無人寬體車應(yīng)用于紫金礦業(yè)青海威斯特礦業(yè)公司。目前，純電動(dòng)礦用新能源卡車主要應(yīng)用于砂石礦山、水泥礦山和金屬礦山，在露天煤礦還沒有得到廣泛應(yīng)用，僅華能伊敏露天煤礦進(jìn)行了極寒條件下礦用電動(dòng)卡車運(yùn)行測(cè)試。

總體上看，我國(guó)新能源礦用卡車剛剛起步，依然處在產(chǎn)業(yè)化前期，受電池重量、循環(huán)壽命、充電速度及電池性能等因素制約，目前的純電動(dòng)新能源礦用卡車主要為總重量90 t、載重60 t左右的寬體車。

4 無人駕駛礦用卡車關(guān)鍵技術(shù)研究方向

4.1 無人駕駛礦用卡車

目前，我國(guó)礦用卡車無人駕駛應(yīng)用場(chǎng)景簡(jiǎn)單，僅實(shí)現(xiàn)了小批量編組運(yùn)行。礦區(qū)雨、雪、霧等惡劣天氣給視覺傳感器帶來嚴(yán)重的探測(cè)障礙，道路多出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎盲區(qū)等不可檢測(cè)區(qū)域，僅依賴車載傳感器和車端算力，車輛的感知范圍和決策控制能力受限，無法適應(yīng)礦區(qū)群車規(guī)?；鳂I(yè)運(yùn)行以及道路多坡、多彎道及狹長(zhǎng)路段的惡劣環(huán)境，安全保障低，作業(yè)效率低，亟待解決以下關(guān)鍵技術(shù)。

(1)非結(jié)構(gòu)化道路無人駕駛感知融合技術(shù)。目前，非結(jié)構(gòu)化道路感知準(zhǔn)確性和可靠性還無法滿足礦山無人駕駛要求，亟待開展基于動(dòng)態(tài)融合機(jī)制的車端多傳感器感知方法、分布式邊緣計(jì)算的路側(cè)危險(xiǎn)狀態(tài)注意力感知方法、路車多源信息層次性主動(dòng)融合感知方法研究，提高車端感知范圍，解決礦山惡劣環(huán)境下卡車盲區(qū)不可檢測(cè)問題，提高礦用卡車運(yùn)輸作業(yè)安全保障。

(2)無人駕駛礦用卡車規(guī)模化運(yùn)營(yíng)智能調(diào)度技術(shù)。以露天礦山復(fù)雜場(chǎng)景下無人駕駛卡車規(guī)模化運(yùn)營(yíng)的智能調(diào)度技術(shù)為主攻方向，開展高精度和高可靠性路徑規(guī)劃和車輛控制技術(shù)，路權(quán)決策分配技術(shù)，無人駕駛卡車實(shí)時(shí)調(diào)度多目標(biāo)優(yōu)化模型及求解算法研究，高精度地圖高效采集、制作、發(fā)布技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)無人駕駛礦用卡車的智能調(diào)度。

(3)無人駕駛礦用卡車規(guī)模化運(yùn)營(yíng)智能協(xié)同控制技術(shù)。研究群體智能與無人駕駛礦用卡車自主協(xié)同的一致性問題，基于群體智能理論的多車協(xié)同控制方法以及無人駕駛礦用卡車隊(duì)列分布協(xié)同控制方法，同時(shí)還要解決V2X(Vehicle to X，X代表任何可能的“人或物”)信息傳輸穩(wěn)定性、位置定位漂移、域控制器成熟度和周期等問題，實(shí)現(xiàn)全礦高效協(xié)同的無人化運(yùn)營(yíng)。

(4)無人駕駛礦用卡車與露天礦山時(shí)變場(chǎng)景匹配關(guān)鍵技術(shù)。露天煤礦采剝、排土工作面動(dòng)態(tài)變化，且道路復(fù)雜多變(上坡、下坡、轉(zhuǎn)彎等)，亟待研究露天礦時(shí)變場(chǎng)景下的5G固定基站匹配問題，無人駕駛卡車與露天礦山裝載、卸載設(shè)備的配合問題，有人/無人駕駛混合作業(yè)的安全機(jī)制和技術(shù)方案問題等，解決露天開采動(dòng)態(tài)衍變與無人駕駛的匹配問題。

(5)高可靠性、高算力無人駕駛計(jì)算平臺(tái)研發(fā)。目前，車規(guī)級(jí)嵌入式無人駕駛計(jì)算平臺(tái)尚無突破，該領(lǐng)域的可量產(chǎn)計(jì)算平臺(tái)尚屬空白，亟待開展高可靠性、高算力無人駕駛計(jì)算平臺(tái)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)、高可靠性、高算力無人駕駛計(jì)算平臺(tái)的量產(chǎn)。

(6)大型礦用卡車關(guān)鍵部件研發(fā)。目前，我國(guó)在100噸級(jí)以上大型礦用卡車大扭矩變速器、200噸級(jí)以上大型礦用卡車電動(dòng)輪方面尚屬空白，無對(duì)應(yīng)產(chǎn)品，亟待開展技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)100噸級(jí)以上大型礦用卡車大扭矩變速器、200噸級(jí)以上礦用卡車大型電動(dòng)輪等大型礦用卡車關(guān)鍵部件。

(7)基于數(shù)字孿生的設(shè)備健康管理技術(shù)研發(fā)。目前，我國(guó)數(shù)字孿生技術(shù)的準(zhǔn)確建模和數(shù)字同步技術(shù)還沒有實(shí)際應(yīng)用案例，亟待開展基于數(shù)字孿生的設(shè)備健康管理技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障及維修保養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)維護(hù)，提升設(shè)備使用壽命，降低使用成本。

4.2 大型礦用新能源卡車

礦用新能源卡車僅在礦內(nèi)運(yùn)行，可依托礦區(qū)充沛的電力資源，建設(shè)充電場(chǎng)地，解決新能源礦用卡車的充電問題。而續(xù)航和載重量是困擾純電動(dòng)礦用卡車的另外兩個(gè)難題，續(xù)航里程越長(zhǎng)需要消耗的電量越多，需要更大容量的電池；電池容量越大，車輛自重就越大，裝載能力就會(huì)受到影響。續(xù)航、載重量、電池容量是限制大型礦用新能源卡車研發(fā)及應(yīng)用的關(guān)鍵因素，亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題如下。

(1)高電量、大功率、長(zhǎng)壽命動(dòng)力電池研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。目前，純電動(dòng)礦用卡車動(dòng)力電池大倍率放電及壽命無法滿足礦山持續(xù)爬坡等工況使用要求，亟待開展高電量、大功率、長(zhǎng)壽命動(dòng)力電池研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)4C以上大電流充放電、頻繁充放電、使用壽命滿足5年等要求。

(2)極端天氣下純電動(dòng)礦用卡車研發(fā)及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)多數(shù)露天煤礦位于內(nèi)蒙古、新疆等偏遠(yuǎn)地區(qū)，屬高寒地區(qū)，氣候惡劣，冬季氣溫達(dá)到-35℃以下，亟需開展極端天氣下純電動(dòng)礦用卡車研發(fā)及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，研究動(dòng)力電池的低溫充放電特性及電池保溫措施，解決駕駛室冬季取暖問題及冬季車廂粘料等問題。

(3)載重100 t以上純電動(dòng)礦用卡車研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。目前，我國(guó)純電動(dòng)新能源礦用卡車載重僅60 t左右，亟需開展載重100 t以上純電動(dòng)礦用卡車研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究，研發(fā)大功率電動(dòng)機(jī)，并滿足礦用卡車持續(xù)爬坡的需要。

5 結(jié)論與展望

近年來露天煤礦企業(yè)普遍采用剝離工程外包運(yùn)營(yíng)模式，外包單位“小、散、弱”導(dǎo)致露天開采工藝及裝備步入“低端化”發(fā)展歧途，工藝由半連續(xù)、連續(xù)向間斷工藝倒退，設(shè)備由“大型化”向“小型化”發(fā)展。通過無人駕駛及大型礦用新能源卡車可以實(shí)現(xiàn)無人則安，提升露天煤礦本質(zhì)安全水平，解決招人難、留人難問題，促進(jìn)降本增效，提升節(jié)能環(huán)保水平。露天煤礦作業(yè)場(chǎng)景適于開展無人駕駛技術(shù)，美國(guó)、澳大利亞等國(guó)礦山無人駕駛方面已有成功經(jīng)驗(yàn)借鑒，新一代通信技術(shù)發(fā)展為無人駕駛提供技術(shù)保障，動(dòng)力電池及氫能發(fā)展為礦用新能源卡車研發(fā)提供基礎(chǔ)保障，因此我國(guó)露天煤礦具備應(yīng)用無人駕駛及大型礦用新能源卡車的條件。

通過研究總體上看，我國(guó)無人駕駛礦用卡車正處于試驗(yàn)測(cè)試階段，亟待開展非結(jié)構(gòu)化道路無人駕駛感知融合技術(shù)、規(guī)?；\(yùn)營(yíng)智能調(diào)度技術(shù)、規(guī)?；\(yùn)營(yíng)智能協(xié)同控制技術(shù)、高可靠性高算力計(jì)算平臺(tái)研發(fā)、大型礦用卡車關(guān)鍵部件研發(fā)、基于數(shù)字孿生的設(shè)備健康管理技術(shù)研發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。我國(guó)新能源礦用卡車剛剛起步，依然處在產(chǎn)業(yè)化前期，亟待開展高電量、大功率、長(zhǎng)壽命動(dòng)力電池研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，極端天氣下純電動(dòng)礦用卡車研發(fā)及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，載重100 t以上純電動(dòng)礦用卡車研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。建議高等院校、礦用卡車設(shè)備制造廠家、智能化科技公司等多方面聯(lián)合攻關(guān)，解決卡脖子問題。國(guó)家有關(guān)部門大力支持無人駕駛礦用卡車、大型礦用新能源卡車研發(fā)，提高露天煤礦智能化水平，減少作業(yè)人員、能源消耗和環(huán)境污染。國(guó)家能源集團(tuán)、中煤能源集團(tuán)、國(guó)家電投集團(tuán)等中央企業(yè)做好表率，開展露天礦山無人駕駛礦用卡車試驗(yàn)，條件成熟后進(jìn)行推廣應(yīng)用。