1.項目的總體攻關思路

大型露天礦分期開采優(yōu)化設計—智能化無人生產管控—邊坡災變監(jiān)測防控為主線，從露天礦分期數分期境界最終境界、車-路-云-面協同的露天礦無人采礦與智能管控技術研發(fā)、邊坡穩(wěn)定性算法-控制開采技術-滑坡分級預警這大方面的關鍵技術問題入手，創(chuàng)立大型露天礦分期優(yōu)化-智能生產-安全防控一體化關鍵技術體系，為我國露天礦綠色、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、數學模型和算法。首次提出了分期數、分期境界和最終境界分期方案要素均作為決策變量，進行整體優(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。

2.1.1 該創(chuàng)新點主要內容

（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。針對露天開采整體優(yōu)化難題，引入“地質最優(yōu)候選境界”概念，以總凈現值（NPV）最大為優(yōu)化目標，提出了最終境界、分期數分期境界三大要素整體優(yōu)化定理，實現了不以任何一個要素的已知（或事先優(yōu)化）為前提，同時求得大要素最優(yōu)解的目標。

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

）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)了礦床數值建模、露天礦分期方案優(yōu)化、采剝計劃優(yōu)化、多分期露天采場過渡境界和運輸道路系統(tǒng)設計、剝巖內排綜合設計等一系列軟件集成系統(tǒng)，實現了地質、市場、設備、技術經濟參數動態(tài)變化下的開采方案動態(tài)優(yōu)化。

2.1.該創(chuàng)新的使用情況和效果

該創(chuàng)新技術應用后，礦山前期剝采比降低50%以上，總體剝采比降低20%以上；部分礦山提前年實現內排；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1201萬噸平均運距減少1.53km；歪頭山和成遠共計實現內排量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-面協同的露天礦無人采礦與智能管控技術。開展了多源時空數據融合的地圖實時更新技術，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態(tài)分發(fā)等難題；研發(fā)了基于無人駕駛路側設施-云平臺-工作面協同的新能源礦無人駕駛技術，解決了無人駕駛礦卡復雜環(huán)境適應性和精準控制等難提出了分布式無人駕駛系統(tǒng)技術架構和無人礦卡混編、有人/無人混行調度算法，構建了多節(jié)點動態(tài)均衡分布式架構；研發(fā)了露天礦無人開采與智能管控一體化平臺實現了常態(tài)化規(guī)?；a作業(yè)

2.2.1 該創(chuàng)新點主要內容

研發(fā)了多源時空數據融合的地圖實時更新技術提出了基于興趣區(qū)域的眾源采集與地圖數據靶向更新技術，實現了露天礦地圖的快速更新與作業(yè)區(qū)域等的實時監(jiān)測；研發(fā)了高倍率地圖數據壓縮編解碼技術，實現了低算力車云交互數據量大幅壓縮開發(fā)動態(tài)差分技術，通過增量分發(fā)技術按需實時推送

2）研發(fā)了礦區(qū)復雜道路條件下礦車無人駕駛技術。研發(fā)了露天礦區(qū)的地圖實時更新、多源融合感知、結構化入換、安全運行技術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同決策技術解決了新能源礦車能源消耗與續(xù)航難題實現露天礦無人采礦與無人駕駛運輸常態(tài)化安全高效運行。

研發(fā)了露天礦無人開采與智能管控一體化平臺。研制了車輛遠程操控駕駛艙、挖機遠程操控駕駛艙，以及基于5G車聯網的無人裝-運-卸無人化智能控制技術平臺，構建了露天礦智能化常態(tài)化運行模式實現了采裝、運輸、卸載全流程全要素實時數據融合互通、實時綜合管控、實時智能決策，發(fā)展了新質生產力。

2.該創(chuàng)新的使用情況和效果

該創(chuàng)新技術，目前已經落地應用于全國十大露天煤礦中的多座，實現了19個露天礦超過800臺無人駕駛新能源線控礦卡常態(tài)化安全運行規(guī)?；療o人駕駛效率約95在天池能源南露天礦，無人駕駛車輛達到了243臺，運輸里程達到1386.1萬公里，運輸趟次172.7萬趟，運輸方量7021萬方，無人駕駛實際運營里程行業(yè)第一，超越FMG Chichester單礦108輛的紀錄，成為新的全球第一，實現全面引領，減少碳排放30%以上與國內多個主流OEM廠商聯合研制10余款無人駕駛新能源線控礦卡等智能裝備，在新疆、內蒙、福建、山東、河北、四川設立了運營示范基地。

2.科技創(chuàng)新（

創(chuàng)立了大型露天礦滑坡地質災害全過程精準化防控技術。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，為實現邊坡穩(wěn)定性精準化分析評價與治理提供了科學手段；建立了露天礦深部強排陡幫邊坡穩(wěn)定控制開采技術，可實現邊坡穩(wěn)定性精準化設計、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)測信息協同的滑坡預警理論體系，可實現滑坡的啟動預警、加速預警和臨滑預警等三級精準化預警。

2.3.1 該創(chuàng)新點主要內容

創(chuàng)建了平面非規(guī)則形態(tài)邊坡三維穩(wěn)定性精準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)定性計算方法，首次揭示了平面形態(tài)對邊坡三維穩(wěn)定性的影響。

2）創(chuàng)建了露天礦強排陡幫深部邊坡穩(wěn)定控制開采技術體系首創(chuàng)了“強內排、陡邊坡、短運距、少擾動”設計理念及基于穩(wěn)定性時間與空間效應的露天礦邊坡設計類四維法提出了內排土場基底分區(qū)精細化處治技術，建立了內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)測信息相協同的滑坡預警理論體系。提出了基于假設檢驗原理的滑坡非線性階段轉化判據，建立了系統(tǒng)聚類-加權馬爾可夫鏈耦合臨滑預警模型，分析了滑坡表面與深部位移演化的非線性、隨機性以及二者對于滑坡的敏感性差異，提出了滑坡啟動、加速與臨滑三級預警與滑面超前辨識方法。

2.該創(chuàng)新的使用情況和效果

該創(chuàng)新技術，推廣應用于塔爾煤田Ⅱ區(qū)塊露天煤礦、國能寶日希勒能源有限公司、扎魯特旗扎哈淖爾煤業(yè)有限公司等國內外 40 余座露天礦部分露天礦深部邊坡角加陡3-23°，近三年擴大境界內可采儲量1.1；約2.5剝離物由外排轉為內排，累計縮短剝離運距80km以上有效規(guī)避了滑坡災害及其帶來的損失撫順礦業(yè)集團有限責任公司西露天礦等礦山企業(yè)采用本項目提出的滑坡分級預警體系，提前12小時實現了成功預警，有效規(guī)避了災害性事故的發(fā)生及滑坡災害造成的地質環(huán)境災害影響。

產剝采比由原來的2.32m/t降為1.23m/t減少外排量4210，運距年平均縮短3.1km

3.成果推廣應用情況

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

目前已經落地應用于全國十大露天煤礦中的多座，實現了19個露天礦超過800臺無人駕駛新能源線控礦卡常態(tài)化安全運行易控智駕提供礦卡電動化、線控系統(tǒng)、智能化核心技術能力，與國內多個主流OEM廠商聯合研制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災害全過程精準化防控技術，推廣應用于塔爾煤田Ⅱ區(qū)塊露天煤礦、國能寶日希勒能源有限公司、扎魯特旗扎哈淖爾煤業(yè)有限公司等國內外40余座露天礦。

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

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