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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

神东上湾煤矿辅助运输绿电+无人驾驶系统

2023-08-21


案例 51 上湾煤矿辅助运输绿电+无人驾驶系统

主要完成单位:国能神东煤炭集团有限责任公司


一、主要建设内容


1.作为国能神东煤炭集团新能源电动车试验基地,上湾煤矿积极响应国家创 新、绿色发展的要求,力求实现煤炭安全绿色、高效智能生产的目标和“双碳”目 标从 2017 年 12 月开始联合制造企业共同开发矿用电动车。全矿在用电动车 72 辆,占全部车辆的 56%,预计 10 月底更换 24 台新能源电动指挥车,2022 年底, 更换新能源材料车和工程车 65 台,共计 161 台,并 100%实现全矿新能源电动 车。从使用电动车起,相比于柴油车全年可节约费用约 500 万元。 


2.根据矿井道路条件和井下作业要求,辅助运输车辆无人驾驶系统实现从井 上到井下的自动行驶、错车通行、全局路径规划、动态路径规划、硐室停车、岔 路口通行、协同装/卸载、站台精准停靠等功能。除车辆自身可实现无人驾驶运行 外,在井工矿调度和监控中心建设基于无人驾驶系统技术的辅助运输车辆智能调 度和管理系统(属于无人驾驶系统技术研究的一部分),根据井下辅助运输作业 计划,智能调度和管理无人驾驶车辆,确保车辆安全、稳定、合理行驶。 


3.研发一套高可靠、高带宽和低时延性能的 5G 移动通信系统,基于 5G 网 络与 UWB 井下精确定位等技术,实现上湾矿 5G+UWB 信号全覆盖,为井下无 人驾驶、井下高清视频传输、综采及掘进数字孪生工作面、井下工业控制、机器 人智能巡检、基于 5G 的 AR 增强培训及未来井下基于 5G 的智能应用打下坚实 的技术基础。 


4.新能源电动车无源充电系统利用现有车库顶棚建设光伏发电系统,停车位 上增加集装箱储能系统满足充电站全功率运行,且平滑整个光储充系统保证系统 安全可靠运行,增加微网能量管理系统(EMS)实现对微电网的光伏发电单元、 储能系统和负荷之间的管理(包括对光伏单元的功率预测,功率波动平抑;实现 储能单元削峰填谷,应急电源控制;负荷预测),对微电网中能量按最优的原则进行分配,实现微电网系统的经济优化运行。


二、技术特点及先进性


1.新能源电动车应用,整车采用纯电驱动,运行成本低。电动车运行吨公里 能耗仅 80Wh,运行成本仅为同类防爆柴油车的 13%,满载续航里程小于 80km。整车根据云下实际工况,采用定向设计与用底盘,内部空间大;优化设计悬架阻 尼参数;乘坐舒适性参照商用车规范开发,人机工程协调,整车驾乘舒适性高。有效解决云下传统柴油车“高污染、高油耗、高噪音、低寿命”问题,为职 工提供良好的作业环境,有效杜绝职业病的发生,对于新、改扩建矿云可减少通 风设备的投入。相比柴油车,无需加水加柴油,无需清洗格栅,自动挡操作简单、 动力强劲,零部件可靠耐用,维护方便,无需担心尾气达标检测,在局部通风差、 氧气浓度低的巷道具有更好的环境适应性。 


2.辅助运输车辆无人驾驶系统技术实现辅助运输车辆无人驾驶状态从井上 到井下的自动行驶、错车通行、全局路径规划、动态路径规划、硐室停车、岔路 口通行、协同装/卸载、站台精准停靠。先进技术包括:高精度井工矿无人驾驶车 辆控制技术、多源异构感知融合技术、主从无人驾驶控制器冗余设计技术、井工 矿多车协同决策规划技术、车路协同感知决策技术、井工矿语义高精地图建图技 术。 


3.用 5G 无线通信系统,核心网提供 5G 网络接入统一管理鉴权、移动性管 理,满足对井下多系统的网络集中接入,UPF 下沉上湾煤矿,满足矿区 5G 转发 需求。5G 传输环网选用 IPRAN 组网方式建设,采用分层组网(包括核心/汇聚 设备间、汇聚/接入设备间混合组网)方式,设备支持网络切片、SR、EVPN 等网 络新特性。5G 与 UWB 一体化定位系统的融合,以 5G 通信网络为基础,充分利 用 5G 异构定位架构,融合 UWB 一体化基站定位技术,为同时解决定位精度和 定位覆盖两大核心问题,实现一体化的通信和定位覆盖。 


4.建设光储充电站,充电桩负荷最大限度使用光伏发电及储能放电,储能系 统进行削峰填谷且平滑整个光储充系统。并网型储能变流器,变流器的交流侧并 联接入 380V 的交流母线上,每台变流器直流侧并联接入 1 簇磷酸铁锂电池,可以实现能量的双向流动,即电池的充放电;光伏逆变器,直流侧连接光伏阵列, 交流测并联接入 380V 交流母线,为整个系统提供能源输入;现有充电桩的交流 侧并入交流母线,可由光伏、储能或电网供电;EMS 系统,根据上级调度指令完 成对光储充系统的设备信息监测,电池的充放电控制,SOC 信息监测等功能。


三、智能化建设成效


1.新能源电动车应用截止目前,上湾煤矿皮卡指挥车、运人车、材料车都已 实现电动化改造,下一步将对工程车和特种车辆进行电动化替换。为煤矿井下实 现绿色、环保的辅助运输新模式奠定基础。 


2.辅助运输车辆无人驾驶系统目前完成井口至 12403 综采工作面 13km 数据 采集、去噪、建图、测试运行;完成绿色智能无人运输 19 人车、5 人车从井口到 12403 综采面长距离、多场景测试,突破了无人驾驶车辆在井下精确导航定位、 井下复杂环境感知、井下远程监控和应急接管、井下车路协同等关键技术瓶颈。 


3.矿用 5G 无线通信系统已完成上湾煤矿全矿井 5G 移动通信系统设备部署, 包括 SA 核心网、业务交换机、基站控制器、5G 基站,UWB 分站正在安装中。四、油液在线监测系统可实时监测油质,和公司油液化验部门对比精度一致,同 时该系统发现油质问题能够第一时间发现识别存在问题。 


4.光储充电站设计功率为 400KW,每天正常可发电近 1700 度,每年发电近 56.95 万度电,每年可节约 113.9 万多元的电费,降低了煤炭的消耗。








  责任编辑:宫在芹
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