自动化运行正在当前的采矿行业中取胜。无论是自动化卡车、遥操作钻机和爆破或自动化后勤应用，各个矿山正在越来越多地引进这种类型的设备和方案，部分原因是为了改善他们的健康和安全绩效指标，但主要是为了吸引和留住高技能人才。 在经济繁荣时期吸引和留住劳动力，正是力拓集团追求的他们称之为“未来矿山”理念的动机。对于各个公司而言，经济繁荣时期在偏远工作地点雇佣工人和解决相关费用问题尤其困难，这也是2008年初力拓宣布将实施空前规模的自动化和远程运营计划的原因，该计划将彻底改变已经实行了一百多年的采矿方式。随即对手和伙伴们纷纷效仿。现在很难找到一家不再致力于将矿山到港口运行全自动化作为行业标准的公司。 自动化的想法并非新事物，地下采矿中各种各样自动导航的方法已在世界各地成功应用多年，尽管都需要安装不同形式的额外设施来引导车辆。系统基于外部物理引导——如轻质绳、感应线或反光带——有许多严重缺陷，主要就是引导装置安装的难度和成本、维护费用以及其灵活性差的固有特性。但最主要的限制是没有一台设备可以高速运行，由驾驶员操作机器的速度可以达到20-30km/h，但较老的导航系统很少能达到这样的速度，因为它们的前视能力受到限制，只有在马上要接近引导装置时才能作出反应。 此外，老系统都不具备障碍探测能力——在频繁变化且不可预知的地下采矿条件中，这是一个明显的缺陷。最新的解决方案依靠强健的自动化系统和创新的软件应用，可以提供全部的功能，并且不再需要驾驶室中的操作人员。 大多数限制在新一代的矿用卡车上已经被攻克，如今采矿行业的现代化程度堪比美国航天计划，实际上，Caterpillar（卡特彼勒） 797矿用卡车的车载电脑数量比首台航天飞机还要多。此外，现代化的采矿运营中心也比当年美国水星载人航天计划的地面指挥中心更为复杂。 电力传动还是机械传动？ “机械传动”是Caterpillar对于这个问题的回答。Cat的专家表示。该公司正凭借最近在MINExpo上展出的新型矿用卡车快速向前发展，它代表着公司在新采矿技术中的最大投资。自1984年开始生产大型矿用车以来，一直坚守着机械传动路线的Caterpillar已经开发出了两款电传动车型。 不过，由于与机械传动型 793F 相同而没有自身的真正优势，793F AC电传动卡车的进一步开发已经推迟。它的电气部件要比对应的机械传动部件重量更大，这意味着它每次所能移动的物料会少些，因而每吨成本更高。尽管电力传动车型的速度比机械传动快约5km/h，但Caterpillar认为这不足以弥补额外重量所带来的不利影响，并会由此产生安全和轮胎磨损的问题。 Caterpillar的测试已经证明了它在机械传动领域的长期地位。据全球采矿部经理David Rea，Cat认为机械传动卡车是最佳的解决方案。“机械传动仍然可提供最佳的传动效率，同速度行驶时所需动力更少，因而油耗更低，并且机械传动排放足迹更小。”他说。 尽管如此，795F电传动车型的开发仍在继续，因为它为需要电传动的用户提供了一个选择，用户对这台车仍有极大兴趣，此外该车型还填补了公司产品线中载重量的空档。 首台795F目前正在一个铜矿进行测试，更多的现场测试车型很快将会进入到矿山中，随着现场验证的扩大，Cat将为正式生产该型号做准备。Cat的工程师已经在图森试验场对两台795F原型车进行了试验，其中包括在MINExpo 2008上展出的那台。 开发计划已经为在伊利诺伊州迪凯特制造的新型 795F AC 进行了投入，该车已经运往北美的一个铜矿，它将工作在那里并作为第一台现场跟踪的 795F AC。载重量313吨的795F AC是Caterpillar一个新级别的卡车，所以公司将AC（交流）电力传动项目的重点放在了该型号上，上市日期将依据项目进展而定。 在机械传动方面，793F 和 797F 已累计进行了75000小时的现场测试，性能和稳定性得到了验证。为之提供动力的Cat C175发动机已在矿用卡车上累计进行了130000小时的现场测试以及在发电系统中120000小时的测试。因为现场跟踪项目很成功，793F将会在近几个月内批量生产，797F量产时间将会在今年底。 新的Cat卡车使用了创新的技术和设计以提高安全性和性能，“所有的F系列矿用卡车都使用了创新设计和技术以确保可实现最低的每吨运输成本，”矿用卡车产品经理 Ed McCord 解释说，“随着AC电力驱动中最新技术的可用，Caterpillar目前能够提供两种传动方式的矿用卡车，我们把电传动卡车的加入作为对机械传动的补充。” 最主要的新部件是Cat C175柴油机，它是每台新卡车的动力装置， C175 符合美国EPA Tier 2排放标准。20缸版本的功率为2983kW，用来驱动载重量363吨的797F；16缸版本的功率为2535kW，用在载重量795F AC之上；载重量227吨的793F使用的16缸版本功率为1976 kW。与被取代的3500系列相比，C175发动机承诺寿命更长、噪声更低、并提升了高海拔能力和燃油效率。不过，把新发动机使用在旧型号卡车上的开发工作还在继续。 作为一个全新的平台，795F AC在各个方面都使用了新技术，四个带缓行功能的油冷盘式制动器，提升了安全性和舒适性。远端安装式发电机在保养时无需移除其它主要部件，轮马达安装于轴内可方便地对终传动进行单独维护，放射状制动电阻栅使气流更均匀，稳定性更好。Cat专有的传动系统是完全集成的，均由Cat来提供支持。 Komatsu无人驾驶 Frontrunner Komatsu（小松）的AHS（自动运输系统）可实现多台超大型卡车无人驾驶运行。AHS能够提升矿山运营的安全和生产力水平，同时降低总成本并增强环境友好性。 一个车队控制中心对自卸车进行监测，自卸车上安装有高精度GPS（全球定位系统）并具有自动运行功能，类似于一个机器人。该中心为每台卡车指定目的地，通过接收无线指令，这些车辆以合适的速度沿目标路线自动运行。 在矿山装载点，一个动态路线规划系统（被称作“路径规划器”）安装在液压铲或其它装载设备上，引导卡车至合适位置。路线信息同样传送至卸载点，确保卡车倾卸至指定位置。AHS下最佳的车队运行可以使用户降低维护费用、能源消耗和二氧化碳排放。 据Komatsu采矿事业部总裁和自动运输部副总裁Jeffrey J. Dawes，地表采矿自动化最明显的一个主要优势就是安全。 为确保安全，该车队管理系统可防止与同一运行区域内的载人车辆碰撞，如果一辆车或一个人突然出现在正在行驶的自动卡车的路线上，障碍物传感器将启动，车辆会紧急停车。 “无卡车驾驶员自然就降低了发生事故时的风险和其它伤害，还有一个应用优势就是这些卡车可以不知疲倦地日夜运转，只有在加油和保养时才会停下来。”Dawes说。 “对于那些基于自动化运行方式开发的矿山，还有开发和运行方面显著的成本节约，如轮胎成本、燃料消耗和维护成本等。”Dawes补充。 去年5月，Komatsu的AHS FrontRunner在西澳力拓集团西安吉拉斯矿的东皮尔巴拉运营投入全时运行，这是公司部署的第二套系统，第一套使用在智利的Codelco铜矿中。作为力拓集团在澳大利亚皮尔巴拉“未来矿山”的一部分，Komatsu预计今年和2012年还会交付新的产品。这个铁矿运营最终将成为一个矿山至港口的设施，使用无人驾驶火车和卡车，这些车辆从1300公里之外进行控制。 Caterpillar的自动化方案 早在2003年就向有限市场推出，Caterpillar（卡特彼勒）的下一代地下半自动化系统MINEGEM今年初将在北美、拉丁美洲和澳大利亚市场实现商用，欧洲市场的时间为2010年底。 MINEGEM设计用于在地下采矿作业中提高安全性和效率，该系统还可显著增加机器的可用性，降低运行成本和延长机器寿命。MINEGEM是Cat的首个商用半自动系统，它完成了公司战略的重要部分，该战略是要开发一套自动化采矿系统来解决矿业公司的业务需求。 该系统可以使操作者在一个远离LHD（井下铲运机）的安全而舒适的工作站——地表或地下——中进行操作，而不会影响机器的性能。研究表明，一个安装了 MINEGEM 远端操作的LHD，要比远程遥控或视线系统更为高效。因为操作者不必再从地面走到机器，机器利用率得到了提高并显著节省了时间。 相比远程遥控和视线系统的一档运行，MINEGEM还可通过使用二档运行来提高生产率。在装载-运输-卸载的循环中，控制站中的操作人员进行装载和卸载的远程控制，而后此系统使机器能够在运输过程中自动行驶，通过车载计算机、摄像头、激光和操作站软件的结合来实现。 最新版本的MINEGEM包含有区域隔离系统，提升了运行的安全性，进入限制由运行区域每个入口处的隔离控制面板进行管理。如机器离开运行区域或有人进入限制区域，安装了MINEGEM的设备就会停机。此外，运行区域内某些地带可进行自动调整机器速度的配置并可以将必要处设为“免进入区”。 LADAR是安装于机器前部和后部的检测和测距系统，它可以向远程操作人员提供机器所在位置的空间信息，摄像头可提供实时视频。这些部件使工作环境有良好的可视性，从而确保操作者的准确性和效率。 Caterpillar还通过“矿山之星”的FleetCommander（车队管理）涉足软件市场，这是一个通过技术来提高生产率和降低成本的综合性地表采矿监测和控制系统，同移动场地设备的实时交互使矿山管理者能够提高机器可用性、管理操作人员、跟踪物料移动和近实时地监控生产。 FleetCommander的价值已在全球矿山得到了证明。将运行从人工控制转换到FleetCommander通常可提升10-15%的生产率，一个使用FleetCommander来管理轮班过程的矿山，每班一台铲可以对15辆车进行装载。FleetCommander3.0基于经过验证的成果，与之前版本相比生产率有5%的提高。 Caterpillar的另一个创新是AQUILA钻采和挖掘系统，这是一个用来提高钻机精度和效率的可扩展系统，它不需要操作人员的输入来计算水平、接杆、清孔和重钻等，可确保将孔钻成设计要求形状。 还有什么？ DM技术公司总经理Christoph Mueller称，采矿运营在闲置生产力的损失方面有很大潜能可用，这些损失主要表现在一些“琐事”上，如组织、后勤和运营管理，因为正在致力于改变当前的这些重点关注对象，Christoph Mueller并不热衷于机械化和自动化。 “从机械化和自动化走向优化整个采矿过程，将会释放另一个巨大潜能，可以降低成本和提高生产效率，相对于一台单独机器的自动化，优化整个采矿过程是一个具有更高整体复杂性的任务。”他说。 Mueller补充，成功的过程集成需要机器供应商、基础设施提供商、IT服务和矿山自身之间的相互合作，还要求若干重要的先决条件需满足，例如：所有部件及相关外设间无缝界面的集成IT系统、所有地点的实时信息访问以及运营各个方面的实时概览。 “所有问题的关键是地面及井下的无缝通信和易于实施且价格合理的IT界面。”Mueller表示。 Mueller认为，通过过程优化来获得生产力有多种方法。并预测，采矿行业下一个大的创新潮将会是使开采过程优化项目能够实现成本效益目标。 |
