CN114718575A - 一种近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法，属于露天开采技术领域。首先设计无人驾驶卡车在露天矿采装运输所需最小工作平盘，在有人驾驶卡车使用的最小工作平盘的基础上增加了排队区与采掘带数量；然后在工作面布置完成后，提出了采装、运输、地图更新的循环作业模式。本方法减少了无人卡车采装与运输交叉作业引起的车辆冲突，解决了当前无人卡车自主避障时间长影响生产效率的问题，适应了无人卡车的驾驶行为特点；引入新采掘带，延长了采掘带运输地图存续时间，避免了采装作业区域与卡车运输地图冲突，适应了无人卡车的地图更新特点。

Description

一种近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法
技术领域
本发明涉及一种近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法，属于露天开采技术领域。
技术背景
无人驾驶技术在露天煤矿的应用是通过改造露天矿用卡车实现矿卡的感知、控制、定位、规划等行为，以实现模仿人类司机驾驶矿卡进行矿山运输作业的目的。但随着矿卡改造设备的增多，设备故障率升高，矿卡的运输可靠性降低。更重要的是露天煤矿无人卡车并不能高效或完美的模拟人类的驾驶行为。
当前有人驾驶下的采装运输设计及作业流程考虑了设备的作业参数及有人驾驶下的作业行为。而与有人驾驶作业行为存在差异的无人驾驶卡车无法完全适应当前有人驾驶下的采装运输方法，体现在无人卡车运输新增了地图及行车路线更新环节，以及无人卡车感知危险、规划路线、控制车辆的能力远远低于人工驾驶。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供了一种近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法，该方法从采矿设计的角度重新设计了最小工作平盘，考虑了地图更新环节及有利于无人卡车高效运输的路线设计，规划了新的采装运输流程。
为实现上述技术目的，本发明的近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法，其步骤如下：
步骤1：设计无人驾驶卡车在露天矿采装运输所需最小工作平盘的通道参数，包括确定开采台阶的采掘带宽度b1，确定开采台阶下部水平采掘带宽度b2，根据无人驾驶卡车的宽度W1，平路机的宽度W2，在开采台阶的采掘带与开采台阶下部水平采掘带之间设置宽度为D的具有双车道的无人驾驶卡车运输道路，无人驾驶卡车运输道路包括无人驾驶卡车行走的双向车道，双向车道中间包括平路机车道，设无人驾驶卡车运输道路中的安全距离为l，确定无人驾驶卡车运输道路与台阶坡底的安全距离为C，在安全距离与无人驾驶卡车运输道路之间设有宽度为G的排队区通道，开采台阶下部水平采掘带与无人驾驶卡车运输道路之间留设外侧挡墙底和边坡塌落区，外侧挡墙底宽度为E，边坡塌落宽度为F，设计采装运输作业时的最小工作平盘宽度Bmin＝b1+b2+C+D+E+F+G，其中D＝4l+2W1+W2；
步骤2：进行生产作业准备，布置正铲在第一个采掘带开切眼，用以为端工作面进行后装车作业提供空间；利用推土机修筑挡土墙，利用平路机平整路面；利用测绘车或无人机绘制服务第一个采掘带的无人驾驶卡车的行驶地图，无人驾驶卡车的行驶地图中包含无人驾驶卡车运输道路的行驶路线，及排队区通道的区域信息；
步骤3：生产作业中的采装作业，正铲进行第一个采掘带作业，空载的无人驾驶卡车在无人驾驶卡车运输道路中行驶至采掘带台阶前时更换行驶道路至排队区通道，之后顺着排队区通道行驶至第一个采掘带采空区后进入正铲后方位置进行装车，装车完毕后无人驾驶卡车180°调头驶入无人驾驶卡车运输道路中与空载相反的车道运输负载，当正铲完成第一个采掘带作业后，重复步骤2～3开采下一采掘带。
进一步，如台阶需要进行爆破，则采掘带宽度为爆破后采掘带宽度，相较部爆破的采掘带宽度增加2～5m；
进一步，步骤1中，相比有人驾驶的平盘布置，所述方法增加的带开采台阶下部水平采掘带宽度b2于台阶边缘处，增加的排队区通道位于采掘带与无人驾驶卡车运输道路之间；
进一步，步骤1中要求使用采掘设备使用端工作面作业，采用后装车方式，排队区宽度G＝W1+2l。
进一步，步骤2中采掘带形成的开切眼长度为无人驾驶卡车回转半径与正铲回转直径之和。
进一步，步骤3中采场工作面的无人驾驶地图中无人驾驶卡车运输道路采用固定行驶路线，且无人驾驶卡车运输道路与预设采掘带平行设置；排队区通道中的采装作业路线采用自主规划形式，当无人驾驶卡车接近挖掘机时，由正铲自动发出指令，云端指示无人驾驶卡车提前进入排队区通道，挖掘机做好装载准备后下达入换路线进行装载。
进一步，当前台阶正铲进行第二个采掘带开切眼时，由于此时没有形成端工作面，仍采用服务第一个采掘带的无人驾驶地图；第二个采掘带形成端工作面后，无人驾驶卡车使用的行驶地图更新为服务第二个采掘带的无人卡车行驶地图。
进一步，开采台阶下部水平采掘带在当前台阶正铲进行第二个采掘带开切眼时，为此时服务第一个采掘带的无人驾驶地图提供了缓冲作用；若无带开采台阶下部水平采掘带，则此时下一台阶采装作业区域与当前台阶的无人驾驶地图冲突。
进一步，按照步骤1中的最小工作平盘结构建设不同水平台阶，然后循环按照步骤2和步骤3对不同水平台阶开采，同时当前台阶与下一台阶开采速度要求保持一致，以保证不同水平台阶开采进度协调；若出现开采速度差异，也应保持工作平盘宽度大于等于设计的最小工作平盘宽度；其中，每一个台阶都生成对应的行驶地图。
有益效果：
1)在安全距离与无人驾驶卡车运输道路之间设有宽度为G的排队区通道，清晰划分了采装与运输作业的区域边界，减少了无人卡车采装与运输交叉作业引起的车辆冲突，解决了当前无人卡车自主避障时间长影响生产效率的问题，适应了无人卡车的驾驶行为特点。
2)引入开采台阶下部水平采掘带宽度b2，时间空间上避免了无开采台阶下部水平采掘带宽度b2时存在采装作业区域与卡车运输地图冲突的问题，适应了无人卡车的地图更新特点。
附图说明
图1为本发明近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法使用的无人驾驶下最小工作平盘示意图；
图2为本发明近水平露天煤矿无人驾驶下采场的无人驾驶下采装运输作业示意图；
图3为本发明近水平露天煤矿无人驾驶下采场的无人驾驶下采装运输循环作业流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，
本发明的一种近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法，具体步骤为
步骤1：设计采装运输参数，确定开采台阶的采掘设备采掘带的宽度b1，确定下部台阶的采掘设备采掘带的宽度b2，若爆破，则采掘带宽度增加2～5m度；确定排队区宽度G＝W1+2l；根据矿用卡车的宽度W1，平路机的宽度W2确定无人卡车运输道路宽度D；确定安全参数，无人卡车运输道路与台阶坡底设计安全距离C，外侧挡墙底宽E，边坡塌落宽度F，设备安全距离l；设计采装运输作业时的最小工作平盘宽度Bmin＝b1+b2+C+D+E+F+G，其中D＝4l+2W1+W2，如图1所示的无人驾驶下最小工作平盘，采掘带宽度b2于台阶边缘处，排队区通道G于采掘带与无人驾驶卡车运输道路D之间，如图1所示。
为方便解释，假设某一矿山条件，其中：
b1、b2：采剥带宽度，同取WK-35电铲的25米；
C：卡车道路路面外侧到台阶坡底的距离，取3米；
E：道路外侧挡墙底宽，取3米；
F：边坡塌落宽度，取2米；
W1:卡车宽度，取220吨级卡车8.5米；
W2：道路维护设备宽度，取3米；
l：设备间安全距离，2米；
按假设条件，此时，Bmin＝25+25+3+(4×2+2×8.5+3)+3+2+12.5＝98.5米。此时，采用WK-25电铲与220T级无人矿卡的露天煤矿采掘面最小工作平盘宽度为98.5米。
步骤2：布置生产作业平盘，进行生产作业准备，包括正铲在第一个采掘带开切眼，为端工作面进行后装车作业提供空间，开切眼长度为卡车回转半径与正铲回转直径之和；推土机修筑挡土墙，平路机进行路面平整；测绘车或无人机绘制服务第一个采掘带的无人卡车行驶地图，包含无人驾驶卡车运输道路D的行驶路线，及排队区通道G的区域。如图2所示，无人驾驶地图中无人驾驶卡车运输道路D采用固定行驶路线(图2虚线箭头)，且无人驾驶卡车运输道路D平行于设计的采掘带；排队区通道G中的采装作业路线采用自主规划形式(图2实线箭头)，当卡车接近挖掘机时，由正铲自动发出指令，云端指示卡车进入排队区通道G，挖掘机做好装载准备后下达入换路线进行装载。
步骤3：开始采装循环作业，如图3表示了完整的无人卡车条件下的采装运输循环作业过程。作业位置1中：图2中当前台阶与下一台阶正铲进行第一个采掘带作业(图3中方块1与圆圈1)，无人卡车于排队区通道G与第一个采掘带采空区进行车辆装载作业，无人驾驶卡车运输道路D内进行采场的运输作业(图3中三角1)；作业位置2中：当前台阶正铲完成第一个采掘带作业后，进行第二个采掘带开切眼(图3中方块2)，下一台阶同样进行第二个采掘带作业(图3中圆圈2)，但是与当前图3中三角1的无人驾驶卡车运输道路D无冲突；第二个采掘带形成端工作面后，行驶地图更新为服务第二个采掘带的无人卡车行驶地图(图3中三角2)；同样的，作业位置3中：当前台阶正铲完成第二个采掘带作业后，进行第三个采掘带开切眼(图3中方块3)，下一台阶同样进行第三个采掘带作业(图3中圆圈3)，但是与当前图3中三角2的无人驾驶卡车运输道路D无冲突；第三个采掘带形成端工作面后，行驶地图更新为服务第三个采掘带的无人卡车行驶地图(图3中三角3)；循环步骤3实现无人卡车的循环作业。

Claims (9)

1.一种近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：设计无人驾驶卡车在露天矿采装运输所需最小工作平盘的参数，包括确定开采台阶的采掘带宽度b1，确定开采台阶下部水平采掘带宽度b2，根据无人驾驶卡车的宽度W1，平路机的宽度W2，在开采台阶的采掘带与开采台阶下部水平采掘带之间设置宽度为D的具有双车道的无人驾驶卡车运输道路，无人驾驶卡车运输道路包括无人驾驶卡车行走的双向车道，双向车道中间包括平路机车道，设无人驾驶卡车运输道路中的安全距离为l，确定无人驾驶卡车运输道路与台阶坡底的安全距离为C，在安全距离与无人驾驶卡车运输道路之间设有宽度为G的排队区通道，开采台阶下部水平采掘带与无人驾驶卡车运输道路之间留设外侧挡墙底和边坡塌落区，外侧挡墙底宽度为E，边坡塌落宽度为F，设计采装运输作业时的最小工作平盘宽度Bmin＝b1+b2+C+D+E+F+G，其中D＝4l+2W1+W2；
步骤2：进行生产作业准备，布置正铲在第一个采掘带开切眼，用以为端工作面进行后装车作业提供空间；利用推土机修筑挡土墙，利用平路机平整路面；利用测绘车或无人机绘制服务第一个采掘带的无人驾驶卡车的行驶地图，无人驾驶卡车的行驶地图中包含无人驾驶卡车运输道路的行驶路线，及排队区通道的区域信息；
步骤3：生产作业中的采装作业，正铲进行第一个采掘带作业，空载的无人驾驶卡车在无人驾驶卡车运输道路中行驶至采掘带台阶前时更换行驶道路至排队区通道，之后顺着排队区通道行驶至第一个采掘带采空区后进入正铲后方位置进行装车，装车完毕后无人驾驶卡车180°调头驶入无人驾驶卡车运输道路中与空载相反的车道运输负载，当正铲完成第一个采掘带作业后，重复步骤2～3开采下一采掘带。
2.根据权利要求1所述近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法，其特征在于：如台阶需要进行爆破，则采掘带宽度为爆破后采掘带宽度，相较部爆破的采掘带宽度增加2～5m。
3.根据权利要求1所述近水平露天煤矿无人驾驶条件下的采装运输方法，其特征在于：步骤1中，相比有人驾驶的平盘布置，所述方法增加的带开采台阶下部水平采掘带宽度b2于台阶边缘处，增加的排队区通道位于采掘带与无人驾驶卡车运输道路之间。
4.根据权利要求1所述近水平露天煤矿无人驾驶条件下的采装运输方法，其特征在于：步骤1中要求使用采掘设备使用端工作面作业，采用后装车方式，排队区宽度G＝W1+2l。
5.根据权利要求1所述近水平露天煤矿无人驾驶条件下的采装运输方法，其特征在于：步骤2中采掘带形成的开切眼长度为无人驾驶卡车回转半径与正铲回转直径之和。
6.根据权利要求1所述近水平露天煤矿无人驾驶条件下的采装运输方法，其特征在于步骤3中采场工作面的无人驾驶地图中无人驾驶卡车运输道路采用固定行驶路线，且无人驾驶卡车运输道路与预设采掘带平行设置；排队区通道中的采装作业路线采用自主规划形式，当无人驾驶卡车接近挖掘机时，由正铲自动发出指令，云端指示无人驾驶卡车提前进入排队区通道，挖掘机做好装载准备后下达入换路线进行装载。
7.根据权利要求1所述近水平露天煤矿无人驾驶条件下的采装运输方法，其特征在于：当前台阶正铲进行第二个采掘带开切眼时，由于此时没有形成端工作面，仍采用服务第一个采掘带的无人驾驶地图；第二个采掘带形成端工作面后，无人驾驶卡车使用的行驶地图更新为服务第二个采掘带的无人卡车行驶地图。
8.根据权利要求1所述近水平露天煤矿无人驾驶条件下的采装运输方法，其特征在于：开采台阶下部水平采掘带在当前台阶正铲进行第二个采掘带开切眼时，为此时服务第一个采掘带的无人驾驶地图提供了缓冲作用；若无带开采台阶下部水平采掘带，则此时下一台阶采装作业区域与当前台阶的无人驾驶地图冲突。
9.根据权利要求1所述近水平露天煤矿无人驾驶下采场的采装运输方法，其特征在于：按照步骤1中的最小工作平盘结构建设不同水平台阶，然后循环按照步骤2和步骤3对不同水平台阶开采，同时当前台阶与下一台阶开采速度要求保持一致，以保证不同水平台阶开采进度协调；若出现开采速度差异，也应保持工作平盘宽度大于等于设计的最小工作平盘宽度；其中，每一个台阶都生成对应的行驶地图。
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