我国露天矿智能运输技术现状及发展趋势

摘要：运输环节作为露天矿生产工艺的最重要因素之一，其智能化是矿山整体智能化技术的重要研究内容。介绍了露天矿运输系统的构成及分类；明确了露天矿智能运输系统是以露天矿煤岩高效运输为应用场景，以智能化运输装备为核心载体，将物联网、云计算、大数据、人工智能、移动互联等数字技术与露天矿运输系统运行原理和工艺要求深度融合，建立运输系统内设备、环境、物料的自主协同高效运行体系，进而建立起大范围内发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统，其构成要素主要包括基础设施、运输工具和运算技术。指出露天矿传统运输系统与智能运输系统的区别在于智能运输系统以提高现场生产作业安全和效率为目标，服务对象由原来的 生产管理人员转变为生产作业人员。从基础设施智能化、装备智能化、管控智能化、维保智能化和设计智能化 5 个方面，综述了我国露天矿智能运输系统的研究和产品应用现状。分析了露天矿卡车运输系统和带式输送机运输系统实现智能化亟待突破的关键技术：卡车智能运输关键技术包括矿山复杂路况的环境感知技术、无人驾驶卡车线控改造技术、多目标智能调度技术、有人−无人混编设备群智能协同技术；带式输送机智能运输关键技术包括工作面带式输送机自主横移技术、自移式大倾角带式输送机运输技术、带式输送机运行控制技术、带式输送机状态在线检测技术、带式输送机智能巡检技术、带式输送机无人化维护技术、带式输送机运输系统智能管控平 台。指出露天矿智能运输发展的趋势为连续化、无人化、低碳化、高效协同和本质安全。 

关键词：智能矿山；露天矿；智能运输；带式输送机；矿用卡车；无人驾驶；新能源卡车；低碳运输

       露天开采过程的本质是大规模土石方时空移运 过程，一般包括穿孔、爆破、采装、运输、排弃（卸 载）等环节，其中运输环节是决定露天矿安全、经 济、节能、低碳、绿色等属性的最重要因素之一。随着智能化矿山建设目标的提出，露天矿运输环节的智能化成为重点研究对象之一，主要集中在智能运输系统（Intelligent Transportation System，ITS）领域和方向。

       ITS 最初为解决道路交通拥挤、交通事故等问题，由美国、日本等国家的学者提出。随着研究不断深入，系统功能扩展到道路交通运输的全过程及其 有关服务部门[1]。我国露天矿 ITS 与交通行业有着明显的不同，其主要建设目标是生产过程安全、高 效、低碳环保。 

       我国露天矿大多兴建于 20 世纪 80 年代，具有工 艺先进、设备大型、机械化程度高、设备种类繁杂、 产量规模大等特点[2]。随着计算机技术在矿山行业 的应用及推广，各露天矿加强了对生产和设备运行 数据的重视，建立了管理信息系统、生产调度监控系 统等。近年来，设备自动化运行、卡车无人驾驶、新能源汽车等新兴技术突起，通过远程控制、作业区域 减人、新能源替代不可再生能源等手段，实现露天矿 安全、高效目标，已充分融合在露天矿智能化队列 中[3-4]。本文从基础设施、装备、管控、维保、设计 5 个方面，总结我国露天矿智能化运输关键技术及其应用现状，并对未来发展趋势进行展望。 

        1.1 露天矿运输系统 

        露天矿运输系统是具有特定功能的、相互间具 有有机联系的多种要素构成的整体。对露天矿运输 系统而言，其特定功能是实现物料的空间位移，其要 素是实现整个运输功能所需的基础设施、运输工 具、运算技术及工作人员等，如图 1 所示。

       运输环节在露天矿各工艺环节中起“动脉”和 “纽带”作用，其他工艺环节和管理工作中存在的各 种问题往往能在运输环节中得到集中反映[5]。为适 应不同的矿床赋存条件和开采要求，露天矿开采中使用的运输方式主要分为铁路运输系统、卡车运输系统、带式输送机运输系统3 类。 

      1.2 露天矿 ITS 

       露天矿 ITS 是以露天矿煤岩高效运输为应用场景，以智能化运输装备为核心载体，将物联网、云计算、大数据、人工智能、移动互联等数字技术与露天矿运输系统运行原理和工艺要求深度融合，建立运 输系统内设备、环境、物料的自主协同高效运行体 系，进而建立大范围内发挥作用的实时、准确、高效 的运输综合管理系统[6-8] ，同时促使系统中人的位置 从端侧向云边侧转变，角色由设备操控运维转向智 能应用场景开发。

       露天矿 ITS 与传统运输系统的区别在于服务对象的重心由露天矿生产管理人员（如生产技术部、调度中心等部门人员）转向露天矿生产作业人员（如矿山车辆司机、维保人员等），即用先进的科技手段向生产作业人员提供必要的信息和便捷的服务，以减少运输车辆装卸点排队、意外事故等情况发生，提高生产设备利用率，增加设备作业安全性，从而达到露天矿 ITS 实施目的。露天矿 ITS 构成要素主要包括基础设施、运输工具和运算技术。基础设施主要是网络布设；运输工具指不同运输方式所采用的装备， 如矿用卡车、带式输送机等；运算技术指所需的软件系统、平台和算法等。 

       露天矿 ITS 将露天矿生产管理人员、生产作业 人员、道路运行、设备维保等相结合，集中系统地进 行管理，以提高露天矿整体生产运行效率[9]。

        2.1 基础设施智能化技术 

      （1） 网络布设现状。露天矿网络通信形式主要包括电台通信、无线 Mesh 网络、4G 专网、5G−MEC （Multi-access Edge Computing，多边缘接入计算）、5G 专网、700 MHz+X GHz 等。何林等[10]指出无线 Mesh 技术具有容量大、速率高、覆盖范围广、成本低、组 网简单等特点，基于无线 Mesh 网络的通信系统在露 天矿具有广泛的应用前景。郭文馨[11]提出了符合露 天矿企业实际情况的 4G 无线通信系统技术方案，实 现了专业语音集群通信、高可靠性和高实时性数据 传输及多媒体视频调度功能。孙继平等[12]提出了宽 带无线通信是智慧矿山建设的基础和关键，矿用 5G 具有传输速率高、传输时延小、通话质量好等优 点。王国法等[13]分析了 5G 中的高频通信、大规模 天线阵列、超密集组网、设备到设备通信、网络切片 和移动边缘计算 6 项关键技术及其特征，提出了矿 山应用 5G 技术的总体架构，展望了 5G 技术在煤矿 智能化中的融合应用。 

      （2） 路网更新技术现状。露天矿路网更新的准确性和更新周期是车辆优化调度的基础，众多学者研究利用 GPS 数据获取路网信息。孙效玉等[14-16] 针对提取露天矿路网路段缺失与偏移现象明显等问 题，提出通过求取 GPS 轨迹点在道路上的概率进行 栅格初始化的方法。

       随着无人驾驶技术的推广应用，道路智能化重新被提上日程。青岛慧拓智能机器有限公司以安全为目标，在转弯处设置激光雷达，与卡车通信，弥补卡车感知的不足。未来将全方位实施车车、车路之间的实时信息交互，在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，开展车辆主动安全控制和道路协同管理将是发展趋势。顾清华等[17]为满足无人矿车高精度路网导航需求，提出了基于矿区道路特征的图像互补方法，基于 ResNet101 构建更符合露天矿道路提取的 D−LinkNet101 网络模型，可满足露天矿区主干路网智能识别和路网建模的精度要求。 

       2.2 装备智能化技术 

      （1） 无人驾驶矿用卡车应用现状。露天矿卡车无人驾驶技术在国内起步较晚，但近年来发展迅 速。2018 年，徐工集团工程机械有限公司联合青岛慧拓智能机器有限公司研发了无人驾驶智能宽体自卸车[18]。该车采用 X−智能控制无人驾驶技术，具有循迹行驶、智能避障、运动跟随、自动转弯、人机交互及感知融合等功能。

       2018 年 8 月，中国宝武钢铁集团有限公司联合北京踏歌智行科技有限公司等在白云鄂博矿区进行了无人驾驶矿用卡车测试，目前已完成 4 台无人驾驶卡车协同 2 台挖掘机编组测试，与其他车辆混编 运行。2020 年初，华能伊敏煤电有限责任公司伊敏露天煤矿与百度 Apollo 公司合作[19]，对 4 台纯电动宽体卡车和 4 台 172 t 自卸卡车进行线控化改造，实现了无人矿卡自动编组、设备联动作业、障碍物绕 行、挡土墙路由巡迹等功能，目前已进入动态调试阶段。2020 年 5 月，国家能源集团宝日希勒露天煤矿与航天重型工程装备有限公司联合开展 5G+无人驾驶示范应用[19]，对 5 辆 220 t 级矿用自卸卡车进行无 人驾驶改造，完成矿区 5G 独立组网、极寒气候 5 车 编组连续运行、全天候不间断作业、车内无安全员 作业等建设环节。 

      （2） 新能源矿用卡车应用现状。目前，随着我国 “双碳”战略的提出，新能源矿用卡车的主要研究方向为纯电动、油电混合和氢能源卡车。在油电混合 和氢能源卡车方面，2018 年 10 月，国家能源集团氢能科技有限责任公司开展了 200 t 级以上氢能重载 矿用卡车研发，首台国产 200 t 级以上氢燃料−锂电 池混合能源矿用卡车于 2019 年 4 月成功下线[19]。徐工集团工程机械有限公司、湘电重型装备有限公 司等相继开发并下线了纯电动车、氢能源卡车等。总体来看，我国在油电混合、氢能源矿用卡车方面的 研究较少，仍处于实验室研发阶段，但发展速度较 快。2021 年，程平等[20]构建了基于碳排放成本的露 天矿新能源纯电动卡车多目标调度优化模型，采用 非支配邻域免疫算法对模型进行求解，提高了新能 源纯电动卡车的运输效率和碳排放量。新能源矿用 卡车将是矿用卡车的发展方向之一。 

       （3） 带式输送机连续运输技术现状。带式输送 机连续运输系统智能化主要集中在带式输送机的运行参数控制、运行状态监测、机器人巡检与维护、运输系统智能管控平台等方面。运行参数控制主要是通过永磁直驱电动机、永磁滚筒等变频驱动控制技 术[21] ，实现带式输送机平稳启动和制动、带速自适应调整、系统设备顺序启动等[22]。运行状态监测以采用视频图像识别、红外识别、振动检测、温度检 测、声音识别等技术检测带式输送机运行状态为 主[23-24] ，为带式输送机运行控制和在线检测提供数 据基础。运行参数控制与运行状态监测技术已在露 天矿逐步开展试验性应用。机器人巡检与维护方 面，目前图像、视频、声音等数据采集与处理技术不 断发展，露天矿轨道式巡检机器人在国能准格尔能源有限责任公司黑岱沟露天煤矿、国能宝日希勒能源有限公司等成功应用。毛君等[25]、陈洪月等[26]提 出了采用输送带托举机械手和托辊更换机械手协同 作业的托辊更换机器人技术，虽未进行工业性试验， 但这标志着带式输送机机器人维护技术的研究已经 开展。聂永朝等[27]建立了基于 B/S 架构的带式输送 机智能运维管理平台，实现了带式输送机运输系统 可控可视、实时监测、预警报警、系统联动、趋势判 研、安全节能等功能，并在国电建投内蒙古能源有限 公司察哈素煤矿主运系统成功应用。此外，带式输 送机连续运输系统往往只在露天矿地面运输中应用，难以服务于露天矿深部煤炭运输，因此，应解决露天矿工作面和端帮大倾角连续运输问题，以便实现带式输送机连续运输系统在露天矿更大范围的 应用。 

       2.3 管控智能化技术 

       露天矿运输系统的管控智能化技术主要是卡车智能调度系统        （Truck Intelligent Dispatching System， TIDS）。作为生产过程中的管控决策大脑，TIDS 在我国研究起步较晚，最初是 20 世纪 90 年代由本钢 （集团）矿业有限责任公司南芬露天铁矿、东北工学 院等联合开发生产调度计算机辅助系统。1997 年，煤炭科学研究总院抚顺分院等研发了卡车调度 优化系统并应用于伊敏露天煤矿[28]。之后露天矿卡 车调度系统开始快速发展，以智能化为目标稳步前 行，各矿山企业开始大量建立自动化调度系统。2018 年，露天矿卡车无人驾驶和新能源矿用卡车相继出现，卡车智能调度系统随之升级，作为矿用卡车和新能源卡车无人驾驶系统的决策系统。将无人驾驶技术与智能调度优化技术有机结合将是今后智能化矿山建设的重要内容。在连续工艺方面，2020 年，中煤 科工集团沈阳设计研究院有限公司基于露天矿轮斗 连续工艺，开发了一体化智能综合管控平台，有效融 合轮斗、转载机、带式输送机和装车仓等的实时运 行数据，打通了数据壁垒，实现了连续工艺无人值 守、远程操控、自主运行[29]。 

       2.4 维保智能化技术 

       露天矿维保智能化技术主要包括设备在线监测、故障诊断及预测等。田凤亮等[30]提出了基于自 然语言的矿用卡车故障分析方法，建立了故障特征 空间模型，对卡车故障信息进行发掘与分析，为露天 矿卡车故障信息分析与管理提供了一种新方法。白 润才等[31]提出了基于 ARMA（Autoregressive Moving Average Model，自回归滑动平均模型）的露天矿卡车 故障率预测方法，通过试验验证了其可行性和有效性；刘威等[32]提出了一种基于马尔科夫蒙特卡罗方 法的露天矿典型设备故障发生时间预测算法，可精 确、有效地预测露天矿典型设备的故障发生时间和 故障类别，为智能露天矿建设提供有效的基础决策 数据。毛清华等[33]设计了一种矿用带式输送机智能 监测系统，基于弱磁检测法、红外热成像温度检测法 和视觉检测法，实现了带式输送机故障诊断和智能 监测等功能。 

        2.5 运输系统设计智能化技术

       露天矿运输系统设计智能化是以智能化设计方法为手段，以提高生产效率为目标，进行露天矿开拓运输系统时空演化规律分析。刘光伟等[34]以压缩运 距、控制道路运输功为优化目标，以 JONG 提出的城 际高速公路选线方法为理论基础，综合分析了运输 系统道路的基本组成、结构形态及线型特点，建立了 基于选线道路费用成本最优化的数值计算模型，通 过试验验证了该模型对解决此类矿山选线问题可行 且有效。之后，刘光伟等[35]进一步研究了基于时空 演化的露天矿运输线路存留状态判别问题，提出了 一种定量化描述露天采场时空状态演化过程的方 法，弥补了现阶段手工定线更新路网的不足，同时为 开拓运输系统自动优化定线算法的实现提供了一种 路径更新判别的新思路。赵明等[36]基于 3DMine 软 件研究了露天矿境界优化问题，提出了块体价值和 附加运输费用计算方法，提高了境界优化的准确性 和可靠性。 

        3.1 卡车智能运输关键技术

       （1） 环境感知技术。露天矿卡车环境感知技术基于无人驾驶设备传感器布设（图 2），包括激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达及高清摄像头（图 3）， 通过传感器数据感知、相互融合，提供可靠的距离、 速度、方向数据，辅助无人驾驶车辆准确感知矿山复 杂环境。

       传感器标定是无人驾驶车辆环境感知的必要环节，也是传感器数据融合的关键前提，其将多个传感 器交换到统一的时间和空间坐标系，实现多传感器融合，如激光雷达和高清摄像头联合标定通过提取 统一标定物在单线激光雷达和图像上的对应点，完 成多个传感器坐标的统一，实现多传感器空间校准， 为传感器数据融合奠定基础[37]。

      （2） 卡车线控改造技术。露天矿无人驾驶卡车线控改造主要是对卡车转向系统、制动系统、举升系统、液压系统回路加装控制阀组和传感器，实现转向、制动、举升的直线比例控制、角度/位置反馈；研发无人驾驶接口控制器及卡车发动机、电控系统、 液压系统接口程序，通过 CAN 总线与整车控制系统通信，实现整车系统控制、数据反馈。卡车线控改造是实现车辆无人驾驶线性控制的基础，与传统的人 工驾驶模式相比，无人驾驶可有效提升露天矿现有 矿用自卸卡车工作效率，减少安全事故发生，提高设 备安全性[38]。 

      （3） 多目标智能调度。露天矿车辆智能调度目标主要包括产量最大、等待时间最少、出动车数最 少、稳定性最高等。各类目标一般难以统一量纲，有 时各目标甚至相互冲突。

       多目标智能调度问题求解需要合适的算法。多 目标规划是数学规划的分支，研究多于 1 个目标函 数在给定区域的最优化，又称多目标优化。多目标 优化算法分为传统优化算法和智能优化算法两大 类。传统优化算法包括加权法、约束法等，其本质是 将多目标函数转换为单目标函数，通过单目标优化 方法求解。智能优化算法中较常见的是多目标进化 算法，以 NSGA−Ⅱ算法最为普遍。NSGA−Ⅱ算法也 称为带精英策略的非支配排序遗传算法。该算法降 低了非劣排序遗传算法的复杂性，具有运行速度快、 解集收敛性好等优点，成为其他多目标优化算法性能的基准。NSGA−II 算法流程如图 4 所示[39-41]。

      （4） 有人−无人混编设备群智能协同技术。露天矿间断工艺由有人驾驶向无人驾驶过渡的同时，存在有人−无人混编过程。将无人驾驶技术与卡车调度系统、信息基础设施和综合管控平台相结合，建立 有人−无人混编设备群智能协同技术是非常必要 的。在无人驾驶卡车路径规划过程中，根据配备的矿区高精度三维地图及当前车辆位置和制定的重点 位置进行全局行驶路径规划，充分利用卡车调度系 统，建立有人−无人混编设备智能管理调度系统[42]。通过 V2X 车联网通信控制协议连接有人卡车、无人 卡车、管控中心及其他设备，实现有人−无人混编设 备群智能优化动态调度，提高矿山有人、无人驾驶设 备的生产效率。

       3.2 带式输送机智能运输关键技术 

      （1） 工作面带式输送机自主横移技术。轮斗连 续工艺、自移式破碎机半连续工艺系统的生产效率 高、能耗低、污染小，是一种安全、高效、绿色的露天 矿生产工艺系统。但该类工艺系统面临工作面带式 输送机移设工作量大、耗时长、影响生产等问题。自主横移式带式输送机将桁架式带式输送机与履带 行走技术相结合，可实现工作面带式输送机自主横 移，大大减小移设工程量，缩短移设时间。自主横移 式带式输送机沿工作面布置，长度可达 2 km，履带数量可达 50 组。 

        实现工作面带式输送机自主横移的关键技术如下。 

       露天矿工作面带式输送机移设作业时间为 7～ 10 d，在此期间连续运输系统处于停产状态，对露天 矿生产影响较大。采用工作面带式输送机自主横移 技术可将工作面带式输送机移设时间缩短 50% 以 上，对带式输送机连续运输系统在露天矿的应用具 有重大意义。 

      （2） 自移式大倾角带式输送机运输技术。目前 露天矿深部煤炭连续运输主要采用普通带式输送机 沿出入沟运输方式。普通带式输送机运输角度小于 边坡角，难以沿端帮直接运输到地面，且不便于移 设，严重制约内排跟进。解决该问题的关键在于实 现运输设备的大倾角运输、自主移动和适应端帮形 态变化[43]。自移式大倾角带式输送机可实现沿端帮 的大角度运输、随内排跟进的快速移设、随端帮形 态变化的姿态自适应调整等功能，成为露天矿深部 煤炭高效连续出坑运输的最优解决方案。

       自移式大倾角带式输送机运输技术避免了带式 输送机连续运输系统坑内到地面段运输对内排、边 坡和剥离卡车运输的影响，使高效的连续运输系统 服务露天矿深部煤炭运输成为可能。该技术与露天 矿广泛采用的卡车运输出坑方式相比，运输距离缩短 80% 以上。 

      （3） 带式输送机运行控制技术。带式输送机运 行面临启动动态效应引起的冲击载荷影响设备使用 寿命、小煤量工况工频运行能耗高、逆煤流启动设 备空转待机时间长等问题。解决上述问题的关键技 术如下。

       带式输送机运行智能控制技术可根据工况将带 式输送机运行参数调整至最佳状态，减少不必要的 冲击和磨损，延长部件寿命，节省电能消耗。

      （4） 带式输送机状态在线检测技术。实时监测 电动机、减速器、滚筒、托辊、输送带等主要运转部 件的运行状态，实现故障提前预测与及时维护，是带 式输送机可靠安全运行的基本保障。 

       带式输送机状态在线检测技术可更加全面地检 测带式输送机运行状态，实现带式输送机故障早期 预警，减少故障停机的发生率，提升设备维护的及时 性，从而保障带式输送机安全运行。 

      （5） 带式输送机智能巡检技术。带式输送机常 见运行故障包括托辊损坏、轴承温度异常、输送带 跑偏、转载点堵料、输送带撕裂、输送带断带等。传 统方式以人工巡检为主、视频监控为辅。人工巡检 工作量大、效率低，且难以及时发现早期故障。视频 监控摄像头难以实现带式输送机全线覆盖，且需要 人工观察分析视频图像，判断是否出现故障。带式 输送机智能巡检技术主要采用搭载图像、红外、声 音、粉尘、烟雾等传感器的机器人沿带式输送机线 路往复巡检，对带式输送机沿线运行状态进行检测、 分析与报警。其关键技术主要集中在以下 4 个方面。

      受环境、振动、样本库等影响，巡检机器人对故 障检测的准确率尚不能达到 100%，但已经可以取代 人工巡检的大部分工作，同时能完成人工难以巡检 部位的检测及故障预测等功能，进一步提高了带式 输送机运行状态监测水平。随着巡检机器人各项检 测准确率的不断提高，带式输送机巡检工作将逐步 实现无人化。

      （6） 带式输送机无人化维护技术。带式输送机 日常维护工作包括托辊更换、旋转部件注油、输送 带调偏、拉紧调整、刮刀更换、导料槽橡胶更换、输 送带修补、输送带更换、紧固件拧紧、设备上煤尘及 异物清理等，设备维护工作种类繁多，工作流程各不 相同，难以实现完全无人化智能维护。托辊数量多， 故障更换频次高，是带式输送机无人化维护首要解 决的问题。托辊更换机器人以托举机械手与更换机 械手协同配合方式实现托辊更换。托举机械手主要 是将输送带与托辊分离，为托辊更换创造空间。受 带式输送机输送带下空间的限制，托举机械手宜采 用小巧紧凑的托架结构，伸入输送带下方后支承底 座应精准定位到输送机架上，借助输送机架的支承 顶升输送带，实现输送带与托辊分离。更换机械手 应根据托辊故障报警信息精确定位托辊位置，自动 调整托辊更换机械手位姿，精准拆卸损坏的托辊放 入托辊库，并取出新托辊完成托辊安装。带式输送 机无人化维护技术尚处于开发探索阶段，尚未实现 应用。随着研究的不断深入，除实现托辊自动更换 以外，带式输送机维检机器人还可配备注油脂机械 手、调偏机械手等，实现一机多用，扩展带式输送机 维检机器人的工作内容，进一步减少带式输送机维 修人员的工作强度和人员数量。 

      （7） 带式输送机运输系统智能管控平台。带式 输送机运输系统智能管控平台以运输系统生产、运 营、维护端为业务域，进行运输系统装备智能运维服 务，对运输系统装备进行运行状态监测、故障诊断、 预防性维护、远程维护、维修决策、优化运行、库存 优化、精准采购和技术服务等。通过收集装备设计 资料、试验数据、使用记录、故障信息、实时数据等， 构建基于小样本数据的融合经验公式、机理模型、 动态模型的性能可靠性计算与评估方法，并应用于带式输送机运输系统装备。其核心关键技术如下。

       带式输送机运输系统智能管控平台是露天矿带 式输送机连续运输系统发展的必然需求，通过大数 据、云平台、在线检测、故障诊断、智能运维、数字 孪生等技术与装备的应用，实现露天矿带式输送机 连续运输系统的高效协同，全面提升带式输送机连 续运输系统的智能化水平。

       4.1 连续化 

       露天矿开采工艺将逐步从间断工艺向连续、半连续工艺转变。卡车间断工艺灵活性好，在露天矿应 用广泛，但存在能耗高、效率低、污染大等问题。随着露天矿开采深度不断增加，卡车在边帮折返运输煤炭出坑的运输距离显著增加，卡车运输效率和环保等问题更加凸显，成为制约露天矿高质量发展的重要因素之一。以带式输送机为核心运输设备的露天矿连续、半连续运输工艺系统具有效率高、能耗低、 污染小等优点，但存在灵活性差的缺点，难以在露天矿运输领域广泛应用。随着工作面带式输送机自主横移、自移式大倾角带式输送机运输等技术的发展， 带式输送机运输的灵活性大幅提高，工作面带式输送机移设慢制约工作面和内排推进、端帮大倾角连续运输制约内排阻断卡车运输道路等问题得以有效解决，采用连续、半连续工艺系统将深部煤炭向地面运输成为可能，因此，露天矿轮斗连续开采工艺、单斗自移式破碎机半连续开采工艺系统将逐步演变为露天矿主要开采运输工艺，带式输送机连续运输方式将逐步替代卡车运输，成为露天矿主要运输方式。 

       4.2 无人化 

       无人化智能运输可有效解决露天矿面临的工人劳动强度大、招工难等问题，还能有效避免人为因素 对露天矿生产的干扰，降低生产的偶然性。无人化 是露天矿智能化建设的主要发展方向之一。露天矿运输系统的无人化建设主要沿卡车无人驾驶和带式输送机连续运输 2 个方向同步发展：卡车无人驾驶 以卡车线控改造为主，以卡车环境感知、智能调度系 统、设备智能协同等技术为基础，逐步实现卡车无人 驾驶常态化运行；带式输送机连续运输系统以智能 巡检、在线状态监测、自主运维及智能管控平台等 技术为依托，逐步实现连续运输系统的无人化运行。 

       4.3 低碳化 

       随着“双碳”政策的逐步实施，低碳化将成为露 天矿高质量发展的重要方向。露天矿运输系统是露天矿生产的主要能量消耗环节，减少运输系统的碳 排放对露天矿实现“双碳”目标意义重大。露天矿卡 车运输主要以柴油为动力，能量转化率低，且碳排放 高，环境污染大。未来卡车将逐步发展电力驱动和 氢动力驱动技术，全面替代柴油动力卡车，实现卡车 运输系统的低碳化运行。此外，随着带式输送机连 续运输系统逐步推广应用，电力驱动的连续运输系 统将替代大部分卡车运输，实现露天矿高效、绿色、 低碳运输。未来柴油动力设备将逐步退出露天矿， 露天矿必将发展出以电力驱动、氢动力驱动卡车及 电力驱动带式输送机为核心装备的清洁能源低碳运 输系统。 

       4.4 高效协同 

       高效协同是露天矿运输系统智能化、无人化发 展的必然要求，是露天矿实现提质增效的重要保 证。随着智能化建设的逐步深入，露天矿将逐步进 入少人化和无人化生产阶段。人在露天矿生产中的 决策指挥等作用将逐步由智能管控平台替代，这一 方面降低了人随机干预的不确定性，另一方面给露 天矿运输设备提出了自主高效协同作业要求。智能 管控平台在综合分析全矿生产数据的前提下，向运 输设备发布作业指令，各运输设备在执行智能管控 平台作业指令的同时进行交互通信，在智能管控平 台的统一部署下进行高效自主协同作业，全面提升 运输系统作业效率。 

       4.5 本质安全 

      安全是露天矿发展的根本前提，也是露天矿智 能化建设的基本要求。露天矿 ITS 将逐步实现少人 化运行，最终实现无人化运行，这在本质上解决了露 天矿生产人员安全问题。同时，随着设备智能巡检、 在线监测、运行状态分析、智能运行等技术的发展， 设备故障预警全面性和准确性将不断提高，设备运行故障得到有效控制，运输系统的可靠性和安全性 全面提升。 

       （1） 露天矿 ITS 是在满足安全生产的前提下，以 智能化运输装备为载体，将数字技术与智能化应用 场景深度融合，建立的实时、准确、高效的运输综合 管理系统。 

       （2） 露天矿智能运输技术主要体现在网络布 设、路网更新、无人驾驶卡车、新能源卡车、带式输 送机连续运输、管控、维保、设计等方面。 

       （3） 露天矿卡车运输系统的智能化关键技术主要包括矿山复杂路况的环境感知技术、无人驾驶卡车线控改造技术、多目标智能调度技术、有人−无人 混编设备群智能协同技术等。目前仍存在网络覆盖 不全、无人矿用卡车效率低、新能源卡车电池性能 有限等问题，亟需实现技术突破。 

       （4） 露天矿带式输送机连续运输系统智能化关键技术主要包括工作面带式输送机自主横移技术、 自移式大倾角带式输送机运输技术、带式输送机运 行控制技术、带式输送机状态在线检测技术、带式 输送机智能巡检技术、带式输送机无人化维护技 术、带式输送机运输系统智能管控平台等。带式输 送机运输系统的适应性、带式输送机在线检测与故 障预警准确性、设备智能维护全面性、连续运输系 统的智能管控平台等有待进一步完善。 

      （5） 从煤炭工业高质量发展对露天矿提出的要 求分析，连续化、无人化、低碳化、高效协同和本质 安全是露天矿智能运输技术发展的必然趋势。

参考文献（略）

来源：工矿自动化2022年6月第6期