——中铁十九局集团矿业投资有限公司智慧矿山建设纪实

　  ◎ 冯宏超 陆宇琦

　　矿产资源是人类发展的物质基础，矿山行业是既古老又年轻的基础产业。今天，我国已成为世界上最大的矿产品生产国、消费国和贸易国，对全球矿业发展举足轻重。在建立全球矿业命运共同体的新背景下，中国铁建准确把握矿业发展脉搏和新趋势、新特点，将智慧矿山作为重要的新兴产业，致力于做强做优矿产资源业务，为矿业行业高质量发展贡献更多的铁建力量，为推动能源革命提供更多的铁建方案，为生态文明贡献更多的铁建智慧。随着时代的发展，物联网、人工智能、云计算、大数据、区块链等新科技已逐渐同矿山开采相“+”，传统矿业加速实现智能化和工业化深度融合，开启了智慧矿山新时代。智慧引领、赋能融合已成为中铁十九局矿业公司实现高质量发展的目标和理念，既遵循矿山专业化发展“大写意”，又坚持做好智慧矿山建设“工笔画”。

　　中国铜工业新坐标——乌努格吐山铜钼矿项目

　　在被誉为世界海拔最高的新疆火烧云铅锌矿项目，工人正在海拔5500米的施工现场佩戴便携式制氧机紧锣密鼓地施工，帮助工人克服高寒缺氧的自然环境，保障工人身心健康，确保施工有序进行；在海拔5200米的西藏玉龙铜矿，世界最高海拔纯新能源电动重卡换电站投入运营，纯电动自卸车有序行驶；在我国最高纬度铜矿、“中国铜工业新坐标”内蒙古乌山铜钼，无人驾驶运输车队整齐划一，列队行驶，成为呼伦贝尔大草原一道亮丽的风景；在亚洲规模最大的露天铁矿太钢袁家村铁矿，一体化智控中心正在对矿山作业全流程进行指挥管控……随着大量“铁建样本”的不断涌现，智慧矿山建设已然成为矿业公司实现高质量发展的必由之路。

　　中铁十九局集团矿业投资有限公司（以下简称“矿业公司”）是中国铁建系统以矿山施工为主业的专业化工程公司，被誉为国内露天矿山施工的龙头企业和行业“小巨人”。公司日采剥能力200万立方米，年采剥能力6亿立方米，业务覆盖矿山建设全领域。近年来，公司荣获“全国优秀施工企业”“中国矿山建设十强企业”“中国黄金行业最佳服务商”全国设备管理优秀单位、北京市高新技术企业、中国铁建工程公司专业化十强等荣誉称号。

　　亚洲最大规模露天铁矿——太钢袁家村铁矿项目采场

　　面对机遇与挑战，十九局矿业公司毅然决然踏入智慧矿山这片“蓝海”。随着科技创新加快推进，大数据、互联网、遥感探测等新技术与矿业交叉融合，数字化、智能化技术和装备研发应用，全球矿业正经历一场新的革命，采矿不断向规模化、集约化、智能化方向发展。对此，矿业公司党委书记、董事长张德峰认为，建设智慧矿山的时代已经到来，智能化不仅为绿色矿山建设提供整体发展方向，更能为矿山安全生产提供完整的解决方案。他强调，要想从根本上破解矿山安全高效生产难题，必须由劳动密集型升级为技术密集型，再向智能开采、精准开采型转变，把一线工人从艰苦危险环境和高强度体力劳动中解放出来，既解决了安全生产问题，又实现了创新驱动发展。

　　为突破传统，近年来，矿业公司全面贯彻落实国家中长期科技发展规划，逐步加快了矿山行业转型升级和绿色发展的脚步，已实现由单系统智能化向多系统智慧化方向的发展，建立了“感知→互联→分析→自学习→预测→决策→控制”一套完整的基本运行框架，并初步形成了集空间数字化、信息集成化、设备互联化、虚实一体化和控制网络化于一体的智慧矿山，既有自主研发智慧矿山系统的能力，又有能满足全系统部署的自有矿山作为运行场地，不断助力矿业公司在行业发展中打造响亮品牌。

　　智慧矿山展厅，从多个维度展示了矿业公司近年来的科技发展成就，令前来参观的嘉宾们切身体会到智慧引领行业、赋能融合创变的高质量发展丰硕成果。

　　海拔5000米的西藏玉龙铜矿采场

　　1 智能卡车调度系统助力智慧矿山建设

　　矿业公司自主研发的智能装备车载终端，是用于露天矿自动指挥采矿采运作业的智慧化辅助生产系统。系统综合运用计算机技术、现代通信技术、全球卫星定位技术、数字化与三维可视化等先进手段，建立生产监控、智慧调度、生产指挥管理系统，通过二/三维GIS对生产采装设备、移动运输设备、卸载点及生产现场进行实时监控和优化管理。产品的主要亮点是能够根据调度方案自动调节车铲运力，车铲配比智能调整，实时监控车/铲工作状态、延时/故障、车铲运行情况等，并根据生产计划、品位检测情况，及时增派和减少车铲配比，增加或减少工作区域等操作，大幅度提升调度员工作效率，以达到运力最优、消耗最少；科学合理规划全局，为企业解决工作细化不够、调度不合理、记产不精确、不及时等传统问题；支持无人驾驶混编调度、人工干预，可根据计划，结合地图及GIS定位查看实时完成度、设备工作状态、位置、运距等情况，精准记录产量等各项数据，避免人为错记、漏记、作弊等行为，并生成可以回放设备历史的行驶记录；同时，还包含交接班管理、卡车挖机流水管理、人工指派、事件管理等附加子功能。

　　太钢袁家村铁矿项目智控中心

　　调度系统能够实现对卡车、液压挖掘机等设备的位置及工作状态进行实时跟踪、判断、显示，优化调度车辆运行路径，通过减少矿山车、铲的非生产性怠滞时间，对已有确定的车铲台数的矿山可提高生产能力，从而及时全面地掌握矿山的生产运行情况，更好地为业主解决设备混编调度、产量及报表统计、设备作业监控、安全预警管理等问题，以便企业更好地达到降本增效的目的，实现效益递增且达到最大化的最终目标。

　　2 无人驾驶跑出矿山科技创新加速度

　　无人驾驶系统设计了驾驶行为的规划决策算法，集成了激光雷达、毫米波雷达、摄像头、GPS惯导定位系统等多个传感器，能够实现道路环境信息的准确感知，并通过多传感器信息融合技术将这些信息集成，具备完善的故障诊断和处理功能，能够降低整体的误判概率，提高了信息输出的稳定性和准确性。同时，系统能够依靠路网、任务和定位信息生成一条全局最优路径。在局部环境中，依靠感知信息并在交通规则的约束下，实时决策出合理的驾驶行为，并根据车速、道路复杂程度，生成平滑、安全、最优的可行驶路线，分析可供行驶的合理道路范围；同时能够实现无人驾驶模式和有人驾驶模式自如切换，确保人工驾驶操作的最高优先级，控制响应快、精度高，能够实现根据云平台下发卸载点自动拟合轨迹，根据轨迹自动运行至装卸点指定位置，完成装卸料动作，更改现有固定路径的生成方式，提高现场调试效率。软件整体架构主要分为：传感器层、感知处理层、地图构建层、路径规划层、车辆控制层、用户接口层和全局服务层7个层面。

　　无人驾驶纯电动车列队

　　通过人工智能感知、自动化控制技术，叠加5G网络技术，同步回传真实作业场景及全景视频实况，从而隔离安全隐患，降低操作风险。同时，为避免因人工疲劳驾驶、误操作等，使矿山运输更安全、可靠、高效，矿山公司联合高校清华大学、河北工业大学等院校开展无人驾驶纯电动卡车研究，实现了导航标定、转弯导巡、主动避障、定位泊车等功能，将车端、路端和云端的传感和计算紧密结合在一起，避免了单一视角所带来的局限，从而为矿山行业构建更加安全、可靠的无人驾驶系统。

　　目前，太钢袁家村铁矿10台无人驾驶矿用卡车已完成了设计、开发、安装、调试等一系列工作，并已经在正常运行作业，准确实现“装、运、卸”全过程自主运行，在5G网络的覆盖下，控制精度可以达到厘米级，满足了项目上生产作业需求及基本功能要求。

　　5G远程操控挖掘机

　　3 智能安全帽推动智慧矿山安全生产全面升级

　　今年年初，由矿业公司自主研发的“智能安全帽＋安全管控系统”在自有大型矿山项目正式投入使用，成为矿山施工安全的翘楚。新华社、经济日报、工人日报、中央人民广播电台等中央级媒体同步进行了相关报道。

　　“智能安全帽＋安全管控系统”是一款运用移动互联网、物联网、感知传感器、人工智能等技术的智能移动作业终端，能够为企业提供具有精准定位、安全预警、实时通信、精细监管、救援指挥等功能的一体化安全生产智能解决方案。

　　智能安全帽安装调试

　　一顶安全帽，配置一个集成芯片，具备定位、视频通信、报警、寻呼、环境感知、姿态感知、生命体征感知等多种功能，可以随时掌握作业人员的位置、姿态、工作状态等。在千里之外的智能指挥中心，管理人员可对人员大数据进行综合处理分析，也可通过手机和电脑对一线作业人员进行安全保护、实名管理、质量溯源、数据共享、考勤统计等精准高效的远程管理。

　　产品防护等级符合GB/T 30041-2013规范标准，防辐射骚扰等级也符合《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》相关规定，外壳采用ABS高强度工程塑料，抗冲击、防穿刺、耐腐蚀且阻燃性好，佩戴感舒适。配套硬件产品包含500万高清摄像头、防尘防水通信麦克、4200毫安可拆卸新国标10小时续航电池。智能安全帽能够提供包含采矿业、建筑业、能源业、化工业、轨道交通、通信及城市应急等多行业全场景解决方案。安全帽搭载的智能化管理及智能化通信系统，具备了救援指挥、精细监管、精准定位、实时通信和安全预警等功能，能够满足作业现场对于人、物、场三大类的应用需求。例如，安全教育考试、安全生产责任制、劳保用品管理、风险分级、危险救援、日常巡检、越界检测等应用。这款智能安全帽，能够根据客户需求进行“专属订制”，满足不同场景和需求，市场前景广阔。

　　4 轮式巡检机器人作业现场保平安

　　轮式巡检机器人，搭载多组高性能检测传感仪器，并应用大数据、深度学习等技术，对巡检区域或设备全天候巡检。产品搭载的可见光和红外摄像头是巡检机器人的“眼睛”，能够实时对巡检区域的环境、温度等进行记录、扫描和识别。传感器是“鼻子”，可以实时嗅到巡检区域的可疑有害气体、噪声监测及分析，仪器是“耳朵”，可以听到巡检区域设备的声音异响，及时反馈回集控室。温度测量装置是“皮肤”，能够实现室内外不同温度以及作业现场不同环境温度的感知。机器人还有超强的“大脑”，可以进行高速运算和处理，深度学习和记录巡检区域设备的工作情况及仪表读数，准确获取数据信息，通过数据分析对异常和危险因素进行及时分析、及时报警。

　　研发人员对轮式巡检机器人进行测试

　　在解决市场机器人共性问题的基础上，本款轮式巡检机器人能够实现包含手机APP操作的多感知融合及多机器人集群调度作业。建设机器人运维大数据中心，实现用户机器人运行状态的监测和预测性维护，以替代或辅助检修工人的日常巡检工作。目前，太钢袁家村铁矿项目已有8套设备在运行作业。

　　5 数字孪生赋能矿山智慧升级

　　智慧矿山一体化管控平台基于数字孪生的3D建模技术为基础，将AI、物联网、大数据中心等新一代信息技术进行整合，通过可视化平台的管理方式，聚焦智慧矿山建设目标，以智慧矿山系统建设、优化和关键技术为核心，实现物理矿山实体与数字矿山孪生体之间的虚实映射、实时交互，部署相应的生产管控系统，实现数字资源的整合，逐步模糊矿山各场景虚拟与现实边界，利用数字孪生技术构建智慧矿山数字空间。一体化智控中心能够实现矿山环境全感知，设备数据全覆盖，通过5G网络与物联网技术、智能装备的有机结合，实现矿山现场场景的万物互联，构成矿山工业互联网的运行基础，可动态把握矿山各个部门和组织管理对象及管理过程的状态，控制以及优化制定战略目标，帮助管理者实时了解矿山运营情况，实现矿山生产全流程管理的最优调度和控制，为矿山行业提供采矿权服务周期解决方案。

　　北京信息技术分公司沈阳研究院研发团队

　　太钢袁家村铁矿、内蒙古乌山铜钼矿、长山壕金矿、青海夏日哈木镍钴矿等大型项目依托矿业公司自主研发的智控采矿管理系统，对卡车智能调度进行了迭代升级，大幅降低了碳排放，节省30%的运维费用，在保证品位前提下实现产量最大化，以动态控制经济模型将矿山整体的全生命周期可视化，并实现了巨大的经济效益与良好的社会效益。

　　智控中心平台搭载DX9三维引擎，支持多种类型空间数据叠加和全面化真彩渲染、各个视角进行静态或者动态剖切、三维线段内部填充、全景和缩放显示等操作，实现了矿山作业现场的三维可视化及自动化处理，同时支持地质储量的计算与资源储量的管理，用传统地质法和地质统计学法进行储量计算并支持直方图分析、QQ图分析、PP图分析、相关性分析等地质统计分析。同时，平台还可以根据配矿方案约束，自动选择智能调度算法，实现分组、分区、锁定、禁止的生产作业自动调度和人工干预，提高作业效率，达到产量最大化或成本最小化经营目标；通过调度控制台，以二/三维地图方式满足调度人员对现场工作情况的查看；以历史回放功能实现产量、事故的追溯；满足以人员、车、铲、卸点单独或组合查询模式实现产量、运距、设备故障等信息统计展现。

　　除此之外，平台还搭载了一套完备的视频监测系统，主要包括边坡监测、尾矿坝监测（降雨量、库水位、干滩、表面位移）、微震监测、环境监测等模块。公司自主研发的车载防疲劳系统、车速车距报警系统、设备电子围栏预警，也使得平台在智慧化矿山建设中被应用得更广泛。

　　专业的团队、一流的管理、成熟的产品使矿业公司在智慧矿山建设方面的发展突飞猛进。据了解，目前，矿业公司已具备为同行业、各单位提供软硬件研发、企业管理等信息化服务的能力，同时为打造“品质铁建”提供技术服务和支撑。

　　6 党建引领智慧矿山建设

　　作为矿山专业化发展公司，矿业公司在推进企业实现高质量发展的进程中，集智聚力深化党建融合，全面深化企业改革，加强精益管理，确保安全生产平稳运行，实现了企业稳中求进的发展目标。矿业公司以高度的政治自觉和强烈的使命担当，紧密结合自身实际，将公司“打造最具影响力的矿山全产业链品牌服务商”的新定位融入“智慧铁建”大格局，融入企业信息化发展，坚持高质量开局、高标准推进，把加快推进“海外优先”战略、构建大经营格局、全面贯彻“十四五”规划、推动改革发展党建各项重点任务贯穿始终。

　　无人驾驶电动自卸车铲装作业

　　在智慧矿山建设过程中，矿业公司坚持落实“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，不断完善绿色矿山体系，倾力建设“生态化智能化”现代化矿山，深入贯彻绿色发展理念，坚持矿业发展与生态保护并重，践行“绿水青山就是金山银山”的理念，树立“环保化开采、无尘化运输”的绿色施工理念，逐步探索出一条“科技引领、绿色开采、综合利用、和谐共赢”的新型、绿色发展道路，提升了企业形象和企业文化，增强了企业核心竞争力和影响力，其绿色矿山建设能力越来越被行业所认可。

　　智慧矿山建设是矿业发展必由之路，是推动我国矿山建设向安全、高效、经济、绿色与可持续发展方向迈进，提升产业层次、创新能力、质量效益的基础。矿业公司正致力于为国内外矿山行业提供生产数字化、自动化、信息化、智能化和无人化解决方案，打造高水平的智能矿山，助力矿山行业实现高质量发展。