1.項(xiàng)目的總體攻關(guān)思路

大型露天礦分期開采優(yōu)化設(shè)計(jì)—智能化無人生產(chǎn)管控—邊坡災(zāi)變監(jiān)測(cè)防控為主線，從露天礦分期數(shù)分期境界最終境界、車-路-云-面協(xié)同的露天礦無人采礦與智能管控技術(shù)研發(fā)、邊坡穩(wěn)定性算法-控制開采技術(shù)-滑坡分級(jí)預(yù)警這大方面的關(guān)鍵技術(shù)問題入手，創(chuàng)立大型露天礦分期優(yōu)化-智能生產(chǎn)-安全防控一體化關(guān)鍵技術(shù)體系，為我國(guó)露天礦綠色、低碳、高效、智能、安全開采提供新思路、新模式。

2.創(chuàng)新點(diǎn)描述

2.1 科技創(chuàng)新（一）

率先提出了大型露天礦分期規(guī)劃中三大要素的整體優(yōu)化理論、方法、數(shù)學(xué)模型和算法。首次提出了分期數(shù)、分期境界和最終境界分期方案要素均作為決策變量，進(jìn)行整體優(yōu)化，從而突破一直以來“先優(yōu)化最終境界，而后在最終境界中進(jìn)行分期劃分”的傳統(tǒng)模式，克服這一模式得不到全局最優(yōu)方案的不足，成功解決了大要素的整體優(yōu)化難題使分期分案更為科學(xué)。

2.1.1 該創(chuàng)新點(diǎn)主要內(nèi)容

（1）首次創(chuàng)立了大型露天礦分期開采整體優(yōu)化理論體系。針對(duì)露天開采整體優(yōu)化難題，引入“地質(zhì)最優(yōu)候選境界”概念，以總凈現(xiàn)值（NPV）最大為優(yōu)化目標(biāo)，提出了最終境界、分期數(shù)分期境界三大要素整體優(yōu)化定理，實(shí)現(xiàn)了不以任何一個(gè)要素的已知（或事先優(yōu)化）為前提，同時(shí)求得大要素最優(yōu)解的目標(biāo)。

（2）構(gòu)建了大型露天礦分期開采方案整體優(yōu)化數(shù)學(xué)模型及算法體系。基于浮錐排除法原理，以最終幫坡角為約束條件，建了“地質(zhì)最優(yōu)候選境界序列”的生成算法，把無限的尋優(yōu)空間轉(zhuǎn)化為有限的尋優(yōu)空間；以總NPV最大為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建了露天礦最終境界、分期數(shù)分期境界整體優(yōu)化數(shù)學(xué)模型和求解算法。

）研發(fā)了大型露天礦分期開采方案整體優(yōu)化軟件系統(tǒng)。研發(fā)了礦床數(shù)值建模、露天礦分期方案優(yōu)化、采剝計(jì)劃優(yōu)化、多分期露天采場(chǎng)過渡境界和運(yùn)輸?shù)缆废到y(tǒng)設(shè)計(jì)、剝巖內(nèi)排綜合設(shè)計(jì)等一系列軟件集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)、市場(chǎng)、設(shè)備、技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)動(dòng)態(tài)變化下的開采方案動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

2.1.該創(chuàng)新的使用情況和效果

該創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用后，礦山前期剝采比降低50%以上，總體剝采比降低20%以上；部分礦山提前年實(shí)現(xiàn)內(nèi)排；僅南芬露天鐵礦優(yōu)化后的三期境界的礦巖量跟原三期境界相比，地質(zhì)礦量增加了1271，扣除開采損失貧化后，增加成品礦石量1201萬噸平均運(yùn)距減少1.53km；歪頭山和成遠(yuǎn)共計(jì)實(shí)現(xiàn)內(nèi)排量10133.5萬噸；碳排放降低30%以上。

2.科技創(chuàng)新（

首次研發(fā)了車-路-云-面協(xié)同的露天礦無人采礦與智能管控技術(shù)。開展了多源時(shí)空數(shù)據(jù)融合的地圖實(shí)時(shí)更新技術(shù)，解決了影響無人駕駛作業(yè)效率的區(qū)域靶向更新與增量動(dòng)態(tài)分發(fā)等難題；研發(fā)了基于無人駕駛路側(cè)設(shè)施-云平臺(tái)-工作面協(xié)同的新能源礦無人駕駛技術(shù)，解決了無人駕駛礦卡復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性和精準(zhǔn)控制等難提出了分布式無人駕駛系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)和無人礦卡混編、有人/無人混行調(diào)度算法，構(gòu)建了多節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)均衡分布式架構(gòu)；研發(fā)了露天礦無人開采與智能管控一體化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了常態(tài)化規(guī)?；a(chǎn)作業(yè)

2.2.1 該創(chuàng)新點(diǎn)主要內(nèi)容

研發(fā)了多源時(shí)空數(shù)據(jù)融合的地圖實(shí)時(shí)更新技術(shù)提出了基于興趣區(qū)域的眾源采集與地圖數(shù)據(jù)靶向更新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了露天礦地圖的快速更新與作業(yè)區(qū)域等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；研發(fā)了高倍率地圖數(shù)據(jù)壓縮編解碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低算力車云交互數(shù)據(jù)量大幅壓縮開發(fā)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)，通過增量分發(fā)技術(shù)按需實(shí)時(shí)推送

2）研發(fā)了礦區(qū)復(fù)雜道路條件下礦車無人駕駛技術(shù)。研發(fā)了露天礦區(qū)的地圖實(shí)時(shí)更新、多源融合感知、結(jié)構(gòu)化入換、安全運(yùn)行技術(shù)以及高精度橫縱向車輛控制、多車行駛路徑交互條件下自主協(xié)同決策技術(shù)解決了新能源礦車能源消耗與續(xù)航難題實(shí)現(xiàn)露天礦無人采礦與無人駕駛運(yùn)輸常態(tài)化安全高效運(yùn)行。

研發(fā)了露天礦無人開采與智能管控一體化平臺(tái)。研制了車輛遠(yuǎn)程操控駕駛艙、挖機(jī)遠(yuǎn)程操控駕駛艙，以及基于5G車聯(lián)網(wǎng)的無人裝-運(yùn)-卸無人化智能控制技術(shù)平臺(tái)，構(gòu)建了露天礦智能化常態(tài)化運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)了采裝、運(yùn)輸、卸載全流程全要素實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)融合互通、實(shí)時(shí)綜合管控、實(shí)時(shí)智能決策，發(fā)展了新質(zhì)生產(chǎn)力。

2.該創(chuàng)新的使用情況和效果

該創(chuàng)新技術(shù)，目前已經(jīng)落地應(yīng)用于全國(guó)十大露天煤礦中的多座，實(shí)現(xiàn)了19個(gè)露天礦超過800臺(tái)無人駕駛新能源線控礦卡常態(tài)化安全運(yùn)行規(guī)?；療o人駕駛效率約95在天池能源南露天礦，無人駕駛車輛達(dá)到了243臺(tái)，運(yùn)輸里程達(dá)到1386.1萬公里，運(yùn)輸趟次172.7萬趟，運(yùn)輸方量7021萬方，無人駕駛實(shí)際運(yùn)營(yíng)里程行業(yè)第一，超越FMG Chichester單礦108輛的紀(jì)錄，成為新的全球第一，實(shí)現(xiàn)全面引領(lǐng)，減少碳排放30%以上與國(guó)內(nèi)多個(gè)主流OEM廠商聯(lián)合研制10余款無人駕駛新能源線控礦卡等智能裝備，在新疆、內(nèi)蒙、福建、山東、河北、四川設(shè)立了運(yùn)營(yíng)示范基地。

2.科技創(chuàng)新（

創(chuàng)立了大型露天礦滑坡地質(zhì)災(zāi)害全過程精準(zhǔn)化防控技術(shù)。率先提出了露天礦平面非規(guī)則形態(tài)邊坡三維穩(wěn)定性分析方法體系，完善了露天礦邊坡穩(wěn)定性分析理論，為實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性精準(zhǔn)化分析評(píng)價(jià)與治理提供了科學(xué)手段；建立了露天礦深部強(qiáng)排陡幫邊坡穩(wěn)定控制開采技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、治理與深部資源安全高效綠色開采。首創(chuàng)了基于表面與深部位移監(jiān)測(cè)信息協(xié)同的滑坡預(yù)警理論體系，可實(shí)現(xiàn)滑坡的啟動(dòng)預(yù)警、加速預(yù)警和臨滑預(yù)警等三級(jí)精準(zhǔn)化預(yù)警。

2.3.1 該創(chuàng)新點(diǎn)主要內(nèi)容

創(chuàng)建了平面非規(guī)則形態(tài)邊坡三維穩(wěn)定性精準(zhǔn)化分析方法體系將露天礦邊坡的非規(guī)則平面形態(tài)劃分為曲線形折線形“幾”字形種；基于參數(shù)等效與極限平衡理論，分別提出了各種非規(guī)則形態(tài)邊坡的三維穩(wěn)定性計(jì)算方法，首次揭示了平面形態(tài)對(duì)邊坡三維穩(wěn)定性的影響。

2）創(chuàng)建了露天礦強(qiáng)排陡幫深部邊坡穩(wěn)定控制開采技術(shù)體系首創(chuàng)了“強(qiáng)內(nèi)排、陡邊坡、短運(yùn)距、少擾動(dòng)”設(shè)計(jì)理念及基于穩(wěn)定性時(shí)間與空間效應(yīng)的露天礦邊坡設(shè)計(jì)類四維法提出了內(nèi)排土場(chǎng)基底分區(qū)精細(xì)化處治技術(shù)，建立了內(nèi)排空間利用最大化的排土線布置方法

）建立了基于表面與深部位移監(jiān)測(cè)信息相協(xié)同的滑坡預(yù)警理論體系。提出了基于假設(shè)檢驗(yàn)原理的滑坡非線性階段轉(zhuǎn)化判據(jù)，建立了系統(tǒng)聚類-加權(quán)馬爾可夫鏈耦合臨滑預(yù)警模型，分析了滑坡表面與深部位移演化的非線性、隨機(jī)性以及二者對(duì)于滑坡的敏感性差異，提出了滑坡啟動(dòng)、加速與臨滑三級(jí)預(yù)警與滑面超前辨識(shí)方法。

2.該創(chuàng)新的使用情況和效果

該創(chuàng)新技術(shù)，推廣應(yīng)用于塔爾煤田Ⅱ區(qū)塊露天煤礦、國(guó)能寶日希勒能源有限公司、扎魯特旗扎哈淖爾煤業(yè)有限公司等國(guó)內(nèi)外 40 余座露天礦部分露天礦深部邊坡角加陡3-23°，近三年擴(kuò)大境界內(nèi)可采儲(chǔ)量1.1；約2.5剝離物由外排轉(zhuǎn)為內(nèi)排，累計(jì)縮短剝離運(yùn)距80km以上有效規(guī)避了滑坡災(zāi)害及其帶來的損失撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司西露天礦等礦山企業(yè)采用本項(xiàng)目提出的滑坡分級(jí)預(yù)警體系，提前12小時(shí)實(shí)現(xiàn)了成功預(yù)警，有效規(guī)避了災(zāi)害性事故的發(fā)生及滑坡災(zāi)害造成的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害影響。

產(chǎn)剝采比由原來的2.32m/t降為1.23m/t減少外排量4210，運(yùn)距年平均縮短3.1km

3.成果推廣應(yīng)用情況

）基于大型露天礦分期優(yōu)化理論，依托國(guó)家聯(lián)合基金“新疆大型露天礦綠色安全高效開采技術(shù)”，新疆大批量大型露天礦生態(tài)化開采中推廣應(yīng)用

目前已經(jīng)落地應(yīng)用于全國(guó)十大露天煤礦中的多座，實(shí)現(xiàn)了19個(gè)露天礦超過800臺(tái)無人駕駛新能源線控礦卡常態(tài)化安全運(yùn)行易控智駕提供礦卡電動(dòng)化、線控系統(tǒng)、智能化核心技術(shù)能力，與國(guó)內(nèi)多個(gè)主流OEM廠商聯(lián)合研制10余款無人駕駛新能源線控礦卡等智能裝備

）大型露天礦滑坡地質(zhì)災(zāi)害全過程精準(zhǔn)化防控技術(shù)，推廣應(yīng)用于塔爾煤田Ⅱ區(qū)塊露天煤礦、國(guó)能寶日希勒能源有限公司、扎魯特旗扎哈淖爾煤業(yè)有限公司等國(guó)內(nèi)外40余座露天礦。

4）典型案例入選國(guó)家礦山安全監(jiān)督局、工業(yè)和信息化部《礦山領(lǐng)域機(jī)器人典型應(yīng)用場(chǎng)景名單》《新疆礦山安全先進(jìn)適用技術(shù)及裝備推廣目錄》、2024年人工智能賦能新型工業(yè)化典型應(yīng)用案例等。

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