露天礦GPS卡車調度系統的智能調度功能研究與應用

鄧斌

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663700）

1 概述

銅街、曼家寨露天礦區位于云南省文山州馬關縣都龍鎮，礦區面積為2.8011km2，是以鋅、錫、銦為主，伴生有銅、銀、硫、鐵等多種元素的礦床。銅街曼家寨采運設備配置為：15～18m3的電動液壓鏟3臺，4.5～5.2m3液壓挖掘機7臺，1.6m3液壓挖掘機7臺，7.5m3液壓挖掘機1臺，100t級礦用卡車21臺，100t級以上礦用卡車9臺，55～60t級礦用卡車11臺，50t級礦用卡車15臺。

針對該露天礦采剝工程量大、設備數量多、設備類型復雜、采掘設備生產任務繁雜等特點，以提高生產效益、降低設備能耗為目標，云南華聯鋅銦股份有限公司于2019年引進了遼寧丹東東方測控GPS智能卡車調度系統，目前該系統已建成并用于生產調度管理。使用以來，該系統在設備狀態監管、生產數據統計等方面優勢明顯，但是其核心功能“智能調度”因受限于系統功能不完善、管理因素、現場因素等多方面的影響，一直未得到有效應用。

智能調度即系統通過自動采集設備狀態、設備位置，自動統計采掘設備裝車能力、路徑運行時間、卸點卸載能力等數據基礎，再結合人為設定的生產條件，優化計算后得出當前最優的調度方案，為將計算機智能調度科學算法運用于實踐，進一步提高采場設備利用率，降低生產成本。經過調度管理人員一年的試驗探索，我們總結了該礦山生產模式制約智能調度推行的多項原因，并探討了相應的解決措施，隨著智能調度理論與實踐的不斷融合，配套功能的不斷完善與發展，一種大型露天礦山智能調度生產模式即將誕生。

2 制約因素分析

（1）車鏟型號不匹配。銅街曼家寨露天礦山的挖掘設備和運輸設備類型及品牌復雜，不同斗容的挖掘機挖掘高度不統一，不同載重量的運輸車輛寬度、高度等尺寸不一致，生產作業時的機臺高度無統一標準，導致智能調度模式下鏟車裝運能力不匹配，大鏟配小車、小車配大鏟的情況在智能調度運行過程中頻繁出現，無法充分發揮大型鏟裝設備效率，同時在裝車過程中產生安全隱患。

（2）就餐、交接班時段打斷生產連續性。現目前銅曼采場采用班中就餐、無縫交接班生產模式，在就餐、交接班時段擇地停機，智能調度組內礦車因指令實時更新導致不能按照人為計劃擇地停機，頻繁出現聚集就餐、聚集交班、交接班位置錯亂等問題，因此試驗初期在該時段關閉智能調度。但關閉智能調度短時間內，使系統自動計算分配的指令強制變為原有的固定派車指令，中斷原本連續生產的狀態，產生卡車待裝時間，設備利用率降低。

（3）采場道路規劃對智能調度具有制約性。銅街、曼家寨礦區采用公路汽車開拓運輸，縱向陡幫剝離，橫向緩班采礦工藝，境內范圍最高標高1420m，坑底標高900m。采用自上而下分臺階開采，1080m標高以上為15m的臺階高度，1080m標高以下為10m的臺階高度。采場路網密集，因現場安全整改、爆破等因素導致的道路中斷并未納入智能調度計算，卡調系統不能及時規劃新的合理運輸路徑。因此，系統理論調度指令與實際生產存在偏差，導致卡車進入鏟裝平臺后需臨時變換行車方向繼續生產，增加車輛運距、能耗，生產效率降低。

（4）系統路網編輯誤差影響派車準確率。因智能調度算法中包含運距、等待裝車時間等參數，因此卡調系統路網與采場實際路網的偏差影響系統派車準確率。如圖1所示，C14#挖機與C18#挖機開展智能調度時，因C18#挖機出現車等鏟，YX21#礦車在經過二次呼叫點位置時收到系統派發的智能調度指令為C14#挖機，系統路網顯示，該指令分配合理，并根據紅線導航前往C14#挖機位置，但實際上采場該道路已封鎖，無法通行，導致該礦車需要調頭繞行至上一個平臺，增加設備運行成本。因此系統路網準確率的提高，能將真實運距導入系統計算，系統會將空車繞行的成本與挖機效率的提升做比較權衡，最后計算出一個較為合理的調度指令。

圖1 卡車調度系統智能調度運行監管界面

（5）智能調度原有算法對該礦山適用性低。系統引進初期派車原則為最短路徑派車法，即系統計算各臺礦車到路網各鏟裝點的最短距離為優先法則，以產量最大、出動設備最少為目標，經試驗總結，該種派車邏輯在卸載點單一、裝載點單一、物料種類少的露天礦山可發揮生產效率優勢，而在銅曼采場復雜的生產模式下并不適用。在沒有考慮鏟車配比、采場路網復雜、設備型號差異、配礦計劃、挖機延誤率高等影響因素下，執行該種就近派車調度方案會導致礦車頻繁變換行駛方向，降低生產效率的同時也增加行車安全風險。

3 解決措施與建議

（1）優化采礦工藝參數，提高車鏟匹配度。為了在智能調度模式下各類型鏟裝設備和運輸設備均能一一匹配，通過理論計算和生產試驗確定一套符合智能調度的采礦工藝參數，并培訓所有設備操作人員均能熟練按照該工藝參數要求完成采剝作業。銅曼露天礦山經過長期摸索和實踐，探索了一系列工藝參數并形成標準，其中采掘帶寬度為20m，以確保最小的鏟裝設備能條帶式開采；最小工作平臺寬度為40m，以確保最大的運輸車輛能環行式或雙側折返式調頭；反鏟挖掘機作業機臺高度為2.5m，以確保所有反鏟挖掘機能為最大噸位的車輛進行裝載；礦山雙車道路寬20m，單車道路寬15m，以確保最大噸位的車輛能安全通行。

（2）改變采場班中就餐模式，提升設備生產連續性。銅曼采場原就餐模式為集中性分時段就餐，設備頻繁啟停，班工作有效時間利用率偏低，短時間內不能恢復正常生產連續性，影響智能調度運行，也不利于生產管理。經調查分析總結，現推行新就餐模式，利用飯盒配送至各生產作業點，設備操作員不定時不定點合理錯開就餐時間，設備保持待命狀態，維持生產連續性，使智能調度平穩運行，整體生產效率得以發揮。

（3）提高卡調系統路網編輯準確性，提高派車準確性。采取現場技術員與室內調度員定期輪換崗位的方式，并制定卡調系統操作培訓方案，規范操作加載軌跡等功能的運用，同時依托采剝計劃圖紙校對路網，以提高智能調度運行參數、路網編輯的準確性。

（4）優化智能調度算法，提高智能調度適用性。將車流規劃理論引入系統智能調度模式，車流規劃即通過數學規劃，在滿足車鏟比、運距、待裝時間、產量等約束條件下，對采場車流進行優化分配。經實驗總結，我礦對以上約束條件賦值給與不同的優先級計算。第一至四級優先級進行調整，分別為：挖機待車時間、挖機優先級設置、車輛待裝時間、運距。經運行總結，優化調度算法后的智能調度模式適用性提高。

（5）分區域劃定智能調度組，實現調度最優方案。銅街曼家寨露天礦山卡車智能調度系統的調度準則為最短路徑派車法，系統通過數據測算將車輛派往預計能最早得以裝車的挖機，以求實現班產量最大化。因此系統均是在卡車卸載完成后，通過兩地之間的距離計算到達時間和到達裝載點后的等待時間而確定調車方案。在權衡生產效率與運行成本后舍去露天全礦山智能調度模式，選取挖掘設備鄰近區域分組智能調度模式，優先選擇鄰近平臺的鏟運設備劃分為一個智能調度小組，組內設備通過系統自動計算和下達指令，分組時兼顧組內運輸車輛空車運行路徑短及待裝時間短，以提升生產效率。空運途中設置二次計算點，用于調整因組內設備狀態、車輛運行速度等動態信息變化而導致的指令誤差，最終降低采場復雜的路網對智能調度運行的影響。

4 初期運行成果

云南華聯鋅銦股份有限公司致力于將智能調度作為卡調系統的核心功能開發探索應用，自2019年初實施智能調度模式，試運行初期雖遇到較多問題，但也取得明顯成效。從智能調度功能運行前后年平均生產數據分析（如表1）。

表1 銅曼采場挖掘設備年平均產量及臺時效率對比數據表

表2 銅曼采場運輸設備年平均產量、臺時效率及待裝時間對比數據表

結合表1、表2，智能調度運行初期取得初步成效，鏟裝和運輸工序的生產效率均有所提升，鏟裝設備平均臺效提升7.6%，運輸設備平均等待裝車時間減少36.4%，設備臺效提升14%。在復雜的采場生產模式中，設備效率的提高不是由單一的因素決定，但是智能調度能大幅減少設備等待裝車時間，合理優化車鏟比，提升設備利用率，也必然成為最主要的原因之一。

5 結語

因我礦智能調度仍在推進過程中，本文重點分析存在問題與解決措施。目前國內大多數露天礦山都安裝了智能卡車調度系統，但其調度方式比較落后，采用固定車配鏟的方式，工作過程基本保持固定行駛路線，不能發揮出露天礦大型采運設備優勢，未能體現最佳經濟效益。可以相信，銅曼采場智能調度生產模式的探索研究，能激發起更多露天礦加以思考，能夠不斷的完善推廣應用。隨著智能化礦山的理念被越來越多的人們認識，卡調系統智能調度功能將會被更多的露天礦所采用。