基于卡調實時調度方式提升露天礦設備作業效率

韓 磊

（中煤平朔集團有限公司 安家嶺露天礦，山西 朔州 036006）

露天礦是一個以采掘為中心，運輸為紐帶大型生產系統，生產效益很大程度上取決于設備作業效率和整個生產系統的能力[1]。為了提高設備的作業效率，安家嶺露天礦在2018 年完成了卡車調度系統建設，并應用于主要生產環節；由于卡調系統（卡車自動化調度系統簡稱）前期規劃注重硬件建設而忽視軟件開發應用，缺乏與生產工藝流程相融合，致使卡調系統的建立對設備作業效率的提高未達到理想效果。為此，根據卡調系統實時調度理論，結合現場生產作業流程，制定了合理的實時調度方案。

1 安家嶺露天礦卡調應用現狀

安家嶺露天礦利用卡調系統將采運設備、輔助設備等大型設備、生產道路網、設備維修、設備管理等分散的子系統有機地聯系起來，將其納入1 個監管系統進行綜合管理，實現了實時監控[2]；但是卡調系統在采運環節未起實質性作用，沒有改變原有調度方式，致使運輸設備效率未有明顯提升。

1.1 設備效率現狀

國內外露天礦生產實踐表明：采用單斗-卡車工藝的露天礦，卡車運輸的費用占整個礦山生產費用的比重較大，一般在40%～60%[3]，2019 年安家嶺露天礦9335 卡車作業效率圖如圖1，傳統的調度模式并不能夠有效的發揮卡車的效率，卡車臺班實際作業時間占70%、非作業時間占30%[4]，致使存在卡車運輸能力的浪費、成本的增加。總時間=可用時間+故障時間，可用時間=作業時間+非作業時間，作業效率=作業時間/總時間。

圖1 2019 年安家嶺露天礦9335 卡車作業效率圖

安家嶺露天礦主要生產環節應用卡調系統后，根據預期成效設備作業效率及產量提高幅度往往可達到5%～15%。經過數據分析，采運設備的作業效率，卡車單耗等指標未有明顯提升。

1）通過統計分析2020 年1 月份930E 卡車作業效率數據可知：卡車日均作業效率約73%。1 月1日—1 月7 日930E 卡車作業效率統計表見表1。

表1 1 月1 日—1 月7 日930E 卡車作業效率統計表

2）通過統計分析2020 年1 月份930E 卡車與電鏟能力匹配數據可知：露天礦生產能力不僅與設備的實動率有直接關系，還與采運設備的匹配情況有關系；采運設備匹配差值越大，設備能力不能夠有效利用，存在設備能力浪費，設備效率不能充分發揮，進而造成生產成本增加。4100XPC 電鏟與930E 卡車匹配情況統計表見表2。

表2 4100XPC 電鏟與930E 卡車匹配情況統計表

3）通過統計分析2017—2019 年輪胎、柴油單耗數據可知：礦坑受背斜影響，卡車運距、提升高度不斷增大，輪胎、柴油單耗逐年增加；但是，2018 年生產各環節卡調系統的使用后，卡車的輪胎、柴油單耗持續呈大幅度上升趨勢，卡調系統的優化管控作用未體現。2017—2019 年輪胎、柴油單耗情況圖如圖2。

圖2 2017—2019 年輪胎、柴油單耗情況圖

雖然卡調系統已在安家嶺露天礦主要生產環節得到了應用，但是卡車的作業效率、采運設備的合理匹配及卡車的輪胎、柴油單耗等指標沒有明顯改觀。因此，卡調系統優化資源配置功能未能夠充分開發利用，安家嶺露天礦生產整體效益未有明顯改觀。

1.2 調度現狀

安家嶺露天礦在生產過程中，卡車調配需要的各種信息如卡車、電鏟等設備的位置、狀態等信息，調度室利用卡調系統能夠實時監控、采集。但是由于系統軟件開發程度低，實時數據不能有效利用，致使安家嶺露天礦調度模式未進行有效改進，還是以人工調度、固定配車的方式調配卡車。根據設備效率分析及現場生產實際情況，發現現有調度方式影響生產效率的主要因素：

1）現有的調度方式不夠科學，只是依靠生產管理人員經驗進行配車，初始配車就容易出現不合理，車鏟配比不均衡，造成車多鏟少或者鏟多車少；從而造成卡車頻繁調動、待裝待卸時間增大及燃油、輪胎消耗等，設備效率得不到充分發揮，影響礦山整體生產效益。

2）當現場條件發生小的變化，且持續時間較短，車鏟匹配短時失衡時，由于生產信息統計不全面，不能及時、合理的將需調配的卡車改派，導致卡車排隊待裝，配車存在盲目性、隨意性，造成設備的浪費是很大的。

3）當現場條件發生較大變化且持續時間較長，需要對卡車進行重新調配時，現場生產管理人員需逐個通知要調整的卡車司機，這就延長卡車的調配時間。通常設備由現地點轉移到其他作業地點要耽誤大量時間，影響設備效率的發揮[5]。

為了提高露天礦的管理水平，實現各種生產資源的合理配置利用，充分發揮卡調系統的優越性，需利用卡調系統對露天礦的采裝、運輸、卸載全過程進行實時監控與管理，進行優化調度方式，改變現有調度模式，實現實時調度。

2 實時調度

實時調度是露天礦卡調系統的核心，實時調度的好壞將直接影響設備效率的發揮、產量計劃的完成以及整個礦山的生產經營情況，是卡調系統能否見效的關鍵所在。

2.1 實時調度理論

實時調度的目的就是用盡可能少的設備把盡可能多的礦巖從裝載點運到卸載點；而調度工作的核心就是把需要調度的設備調到最需車輛的裝載點或卸載點。從靜態上看，由于設備的運行速度、裝卸時間、裝載能力等是一定的，因此，這是一個車流規劃問題；從動態上看，由于設備的運行狀態、位置等是隨機的，因此這又是一個實時動態調車問題[6]。實時調度必須以車流規劃為基礎，盡量實現車流規劃之結果，從而實現整個系統的最優。

卡車實時調度流程圖如圖3，根據礦山設計形成的道路，以車流規劃為基礎，露天礦的實際生產情況約束條件為依據，并且要根據系統中出現的隨機情況按照不同的規則對車量進行實時調度。實時調度之后必然導致車流規劃結果的變動，所以要再一次更新車流規劃程序，得出新的車流規劃路線[7]。

圖3 卡車實時調度流程圖

2.2 實時調度流程

通常情況下，實時調度分2 階段進行：①根據班計劃及生產情況對通往各裝、卸載點的車輛進行車流規劃；②在卡車需要調度時，根據生產的實際情況以車流規劃為基礎進行實時調度[8]。

安家嶺露天礦根據實時調度的理論知識，并結現場生產的實際情況，制定了合理的、操作性強的實時調度流程：

1）接班時調度室調度員根據卡調系統車流規劃結果，將車鏟匹配方案和設備運行情況，通知給當班生產管理人員。

2）生產管理人員初次配車時根據調度報表，結合本班組實際情況，合理規劃卡車去向；如果出現車多鏟少的情況，及時安排卡車待命，避免出現卡車待裝，待卸，和盲目找鏟等情況。

3）在生產過程中，當生產條件出現變化、車鏟匹配失衡時，調度室卡調系統報警提示并提出卡車調配方案，調度員及時將生產實時狀態和調配方案，利用報話機簡潔明了的提供給生產管理人員；生產管理人員根據掌握的各種信息，結合現場的實際情況，確定合理的卡車調配方案，并利用報話機上報至調度室；調度員利用卡調系統信息傳送功能，準確、快速的將調度指令發送至卡車移動終端；卡車移動終端接收到信息，并啟動語音功能提醒給設備司機，司機接收信息后按指令作業。

4）交班時，調度員將最新的車流規劃方案通知現場生產管理人員，生產管理人員根據車流規劃方案將需要調配的卡車通知調度員，調度員利用卡調系統信息傳送功能，對卡車進行快速調配至指定地點、交班。

2.3 實時調度應用

實時調度的現場應用必須具備基礎硬件建設完整、系統軟件車流實時規劃功能實現及人員熟練操作卡調系統。安家嶺露天礦根據應用條件，積極開展相關工作，2020 年4 月份實時調度方式在生產現場得到初步應用。

1）2020 年5 月份930E 卡車作業效率達到了80%，較原有調度方式作業效率提高了6%。5 月1日—5 月7 日930E 卡車作業效率統計表見表3。

表3 5 月1 日—5 月7 日930E 卡車作業效率統計表

2）2020 年2 月—5 月930E 卡車在運距、可用率、實動率等方面運行條件整體情況差別不大，但是因實時調度的現場應用后，隨著卡車的作業效率得到一定提升，產量也在相應的提高。930E 卡車2月—5 月卡車運行情況見表4，930E 卡車2 月—5月產量情況統計圖如圖4。

表4 930E 卡車2 月—5 月卡車運行情況

圖4 930E 卡車2 月—5 月產量情況統計圖

實時調度現場生產環節應用后，卡車減少了待裝、待排時間及空運時間，作業效率得到了提升；由于實時調度方式初步運行，調配人員對流程不熟悉，調配局部環節存在滯后，致使作業效率提升幅度較小。

3 結語

安家嶺露天礦從運輸設備作業效率、單耗及采運能力匹配情況，分析了原調度方式的存在的問題，實施實時調度的必要性。同時，結合現場生產作業流程，以卡調系統車流規劃為前提，制定了實時調度作業流程，從而增加了設備的實際作業時間，提高設備的作業效率。