未来交通:露天煤矿无人驾驶汽车市场典型应用案例(附40页报告)
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(一)国家能源集团

国家能源集团坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想和党的二十大精神为指导,全面贯彻落实集团公司“一个目标、三个作用、六个担当”发展战略,以“减人、增安、提效”为根本目的,全面提升露天卡车无人驾驶技术水平和安全保障能力,打造原创技术策源地和国家战略科技力量,加快露天卡车无人驾驶技术的推广应用。目前,集团 12 处露天煤矿461 台卡车具备无人驾驶功能,累计运行里程超700 万公里,运输量超5500 万立方米,平均运行效率达有人驾驶的 87.3%,最高可达96%。已经在运输车自主感知定位、安全控制、运输装卸协同、智能管控调度、健康故障监测等关键核心技术上形成了自主知识产权,实现了装运卸系统机器人化控制方法、规模化高效无人驾驶运输技术的创新。

创新性应用赛马机制,对行业具有代表性的端边智能与平行智能两种技术手段进行优化融合,提出一套面向露天矿复杂场景与极端环境的无人驾驶研究理论与方法。集团将持续巩固露天煤矿智能化建设“双百”取得的成果,新购置卡车100% 具备无人驾驶功能,运行数量突破 600 辆,运输效率达到有人作业 95% 以上,无人驾驶平均运输时长从 15 小时/ 日增加至 18 小时/ 日。

(二)新疆天池能源南露天矿(核定生产能力4000 万吨/ 年)

·物理环境

新疆天池能源南露天矿所处位置年平均气温为9 摄氏度,其中,最高气温可达41.2 摄氏度,而最低气温则低至-49.8 摄氏度,极端温差显著。同时,该区域平均海拔为580 米,平均风力等级维持在4 至5 级之间。此外,南露天矿的作业区域内,所有剥离台阶、采煤台阶均为水平分层,标准台阶高度15 米。西帮内排土场边坡高度达到135 米,由580-340 水平9 个内排台阶构成。剥离业务水平运输,运输量大,车多,交通流密集。采煤业务跨平盘运输,属于连续爬坡、弯道的重载上坡工况,对于规划控制算法的速度规划合理性、运动控制精度及超调量有更高的技术要求。

·矿方核心诉求

矿方对在矿区内引入无人驾驶矿卡的核心诉求在于无人驾驶矿卡能够在运行时间及效率上超越传统有人驾驶的矿卡,且在运行成本上实现显著的降低,以提高经济效益。同时,矿方期望无人驾驶技术在未来能够成为推动矿区向全面无人化、少人化转型的重要驱动力,在矿区内部的更多环节与场景中得到应用与拓展,为矿区的安全、高效生产提供更加有力的技术支撑。

·无人驾驶技术应用现状

自2020 年11 月无人驾驶技术入驻以来,截至2024 年9 月,南露天矿累计投放运行的无人驾驶车辆总数达到370 辆,占总运行车辆的比例过半。无人运输里程约1872 万公里,无人驾驶实际运营里程及运营经

验行业第一。矿内所使用的无人驾驶车型为宽体车,具体包括临工EL100、96L,同力TLI65、铁辰TC136HA以及三一SKT90i。3 年间,无人驾驶车辆已实现多个车型迭代,涵盖了载重45t、70t 吨级燃油矿卡,以及百吨级增程式混合动力矿卡等,以满足矿区产能要求。

·无人驾驶应用效果前后对比

在正常工况下,无人驾驶车辆的单日单车运行里程可达到250 公里,相比有人驾驶车辆高出20 公里;其单日单车运行时间平均可达到21 小时,高于有人驾驶车辆的19.5 小时;其单日单车运输方量可达1400 立方米,超出有人驾驶车辆约150 立方米。对于无人驾驶车辆编组而言,单台挖掘机单日可装车数量可达到320 车,相比有人驾驶车辆编组多出约20 车。

应用无人驾驶车辆后,该矿累计减少约550 名矿卡司机(每人年薪约15 万元),并减少了至少30 名现场管理人员(每人年薪约15 万元),同时考虑到单人年度吃住成本为2 万元,从而年度累计可减少人力成本约9860 万元。此外,该矿的单年事故伤亡率保持为0,与无人驾驶车辆应用前保持一致。

(三)国能新疆准东露天矿(核定生产能力3500 万吨/ 年)

·物理环境

国家能源准东露天矿所在地最低气温可至-40℃,而最高气温可达到地表70℃。

·无人驾驶技术应用现状

2020 年7 月,准东矿率先在疆内开展了矿卡车无人驾驶研究与应用,2022 年6 月国内首例实现常态化无人运行。2023 年11 月,将第一代传统燃油车升级更新为第二代百吨级新能源增程式无人驾驶线控矿卡。

2024 年6 月,无人驾驶矿卡数量扩充至135 台,为集团内单矿规模最大无人驾驶车队。搭载无人驾驶系统的矿卡能够依据智能云控平台规划的调度任务信息自主完成采装、运输、卸载三个生产环节的主要作业任务,与采掘设备、装载机等辅助作业设备紧密配合,安全、高效地完成道路运输任务。截至2024 年10 月上旬,累计行车里程284.74 万公里,运输量797.99 万m³,累计车次24.57 万次,安全运行1460 天以上。无人驾驶各项运行数值均位于集团内前列。

·案例优势

1、5G 应用: 实现远程遥控驾驶视频以及控

制数据流的毫秒级数据交换。端到端视频延时低于200ms,远程遥控驾驶中,无人驾驶感知技术依旧能够实时感知和风险识别,进一步保证遥控驾驶安全。2、常态化去安全员:业内首个实现多车常态化安全员下车真实运营的矿山。

(四)国能准能黒岱沟露天煤矿(核定生产能力3400 万吨/ 年)

·物理环境

准能黒岱沟露天煤矿所处地域的最高气温可达到38.3 摄氏度,最低气温-30.9 摄氏度,平均气温在7.2摄氏度,平均风力等级为2 级,平均海拔高度为1200 米。同时,矿内装载区域存在大量硬岩, 排土挡墙松软。

·矿方核心诉求

除对运营成本控制、运营效率及运营时间的考量外,矿方期望引入的无人驾驶产品应具有高水准的易用性与易维护性特性,以确保用户能够迅速熟悉并掌握其操作,进而顺利高效开展运维工作。

·无人驾驶技术应用现状

截至2023 年底,准能黒岱沟露天煤矿已累计投放并运行无人驾驶车辆共计27 辆,正在运营的有人驾驶车辆数量为56 辆,无人驾驶车辆所占比例达到33%。无人驾驶车辆的品牌和型号包括北重NTE330(9辆)、小松930E(14 辆)以及小松830E(4 辆),额定载重分别为330 吨、290 吨及220 吨。

·无人驾驶应用效果前后对比

在正常工况下,无人驾驶车辆的单日单车运行里程为136 公里,相较于有人驾驶车辆减少了20 公里;其单日单车运行时长平均可达16 小时,高于有人驾驶的2 小时。对无人驾驶车编组来说,单台电铲单日可装车数量可达325 辆车,相较于有人驾驶车辆减少了50 辆车。

在应用无人驾驶车辆后,该矿累计减少矿卡司机68 人(单人年薪约为35 万元),单人年度吃住成本约为1.5 万元,年度累计可减少人力成本约2482 万元。此外,该矿的单年事故伤亡率保持为0,与无人驾驶车辆应用前保持一致。

(五)国能北电胜利能源一号露天煤矿(核定生产能力2800 万吨/ 年)

·物理环境胜利能源一号露天煤矿所在地温差极大,最高气温达40 摄氏度,而冬季最低气温可至零下40 摄氏度。平均气温约为±27 摄氏度,平均风力等级为5 级,平均海拔高度为1000 米。矿内存在道路翻浆问题。

·矿方核心诉求

在矿内无人驾驶车辆的应用方面,矿方期望解决以下问题:一是运行效率,无人驾驶车辆交接班时需人工介入以启动车辆和请调任务,耗时较长,导致每班次的运行时间相比有人驾驶车辆少2 小时左右;二是运营成本控制,矿内无人驾驶车辆未实现远程熄火,单耗较高;三是期望在与有人车辆混编,在上煤、剥离环节提升智能化与自动化水平;四是在运行效率方面,无人驾驶车辆受平盘宽度和地图规划影响较大,车速仍有提升空间,且排土场目前无法实现两辆以上车辆同时卸载作业。

·无人驾驶技术应用现状

截至2023 年底,累计投放并运行的无人驾驶车辆共计14 辆,正在运行的有人驾驶车辆数量为253 辆,无人驾驶车辆占总运行车辆的比例为5.5%。矿内所使用的无人驾驶车型均为北重重卡,每辆车的额定载重量为220 吨。

·无人驾驶应用效果前后对比

在正常工况下,无人驾驶车辆的单日单车运行里程为200 公里,低于有人驾驶车辆的300 公里;单日单车运行时长平均可达18 小时,略低于有人驾驶车辆的20 小时;单日单车运输方量可达1900 立方米,低于有人驾驶车辆的2375 立方米。对无人驾驶车编组来说,单台电铲单日可装车数量可达到358 车,低于有人驾驶车辆的450 车。应用无人驾驶车辆后,该矿累计减少44 名矿卡司机(每人年薪约30 万元),从而年度累计可减少人力成本约1320 万元。此外,该矿的单年事故伤亡率保持为0,与无人驾驶车辆应用前保持一致。

(六)国家电投内蒙古公司霍林河南露天煤矿 (核定生产能力1800 万吨/ 年)

·物理环境

国家电投内蒙古公司霍林河南露天煤矿所处位置最高气温可达30 摄氏度,最低气温可降至零下38 摄氏度,极端温差显著。风力平均等级介于5 至6 级之间,平均海拔高度为880 米。

·矿方的核心诉求

矿方对单矿作业智能化提升的诉求是期望实现外委剥离标段的全面无人化剥离运输。在运营效率方面达到人工水平的90%,确保生产进度能够满足矿产生产计划与安排的要求。此外,矿方亦关注于人员招聘及管理中所面临的人员流动性大的问题,期望能够缓解由此产生的安全管理压力。

·无人驾驶技术应用现状

截至2024 年9 月底,累计投入运行的无人驾驶车辆达到45 辆,占车辆总数的25%。无人驾驶车辆的型号为临工EL100 增程式宽体车,其额定载重量为93 吨。

·无人驾驶应用效果前后对比

在正常工况下,无人驾驶车辆的单日单车运行里程可达到2 0 0 公里,与有人驾驶车辆相当;单日单车运行时长平均可达2 3 小时,超出有人驾驶车辆1.5 小时;日均单车运输量可达1700 立方米,与有人驾驶车辆持平。对无人驾驶车编组来说,单台挖掘机单日可装车数量可达3 1 1 车,与有人驾驶车辆相当。此外,无人驾驶剥离项目实现单日产量7.5 万立方米,矿内无人驾驶项目的综合效率已达到人工驾驶效率的98%。

在应用无人驾驶车辆后,该矿累计减少1 3 5名矿卡司机(单人年薪约为10 万元),以及每人每年的食宿成本1 万元,因此,年度累计可减少人力成本约1485 万元。此外,该矿的单年事故伤亡

率保持为零,与无人驾驶车辆应用之前保持一致。

(七)国能神延煤炭西湾露天煤矿(核定生产能力1300 万吨/ 年)

·物理环境

国能集团神延煤炭西湾露天煤矿所在地区气候条件极端,最高气温可达38.9 摄氏度,最低气温可降至零下29 摄氏度,平均气温为8.6 摄氏度。此外,矿内为富水地质。

·矿方的核心诉求

矿方的核心需求在于,在无特殊情况下实施“热交班”制度,确保无人驾驶矿卡能够持续、不间断地进行作业,超越人工驾驶矿卡效率。未来能够基于现有的多编组运行模式,扩大到实现全矿自营矿卡无人驾驶。在控制运营成本方面,一是期望能够减少人力资源开支,并预防安全事故的发生;二是降低燃油消耗,进而减少作业车辆的日常运营成本;三是通过智能规划和决策系统有效避免碰撞和损伤,以最大限度地控制车辆的维护成本。

截至2023 年年底,国能集团神延煤炭西湾露天煤矿已累计投入运行的无人驾驶车辆共计31 辆,均为额定载重量为240 吨的矿用自卸车XDE240,无人驾驶车辆所占比例为13.4%。

·无人驾驶应用效果前后对比在正常工况下,无人驾驶车辆单日单车运行里程为220.8 公里, 日均单车运行时间平均可达到20.01 小时,日均单车运输量可达3520 立方米。对无人驾驶车编组来说,单台电铲每日可装车数量为 5至6 车,该矿通过无人驾驶技术的应用,累计减少了72 名矿卡司机(每人年薪约30 万元),以及8名调度管理人员(每人年薪约30 万元),年度累计可减少人力成本共计2400 万元。此外,该矿的单年事故伤亡率保持为零,与无人驾驶车辆应用之前保持一致