在芬兰的山特维克试验矿内部

矿业公司依靠持续的创新来提高生产率，从而推动这个高度周期性行业的经济增长。电气化、自动化、数字化和数据分析都是当前的主要趋势。

E&T获得了一个难得的机会，参观了全球工程集团山特维克在芬兰坦佩雷的试验矿场，了解了硬岩地下采矿的最新技术发展和概念车测试。

“如果你能在这里钻孔，你就能在任何地方钻孔，”山特维克矿业和岩石解决方案公司(Sandvik Mining and Rock Solutions)的技术开发和工程服务主管贾尼·维莱纽斯(Jani Vilenius)说，他指的是矿场的花岗岩。“它是世界上十个最硬的岩石之一，是理想的测试环境。”

该基地建于20世纪70年代初，持续增长，包含6公里的隧道，用于研究、开发和测试未来的采矿技术概念，以及产品开发和原型。它还设有虚拟现实模拟器培训套件，供客户开发车辆操作和维护技能。在测试矿中，客户购买的每件采矿机械在发货前都要进行全面的功能测试。

电气化是采矿业的一个巨大趋势，因为地下矿井高达60%的能源成本可以被通风消耗掉。未来的矿藏是电力的。马里Resolute矿业公司运营的那些新矿，以及纽蒙特黄金公司在加拿大的波登湖工厂，现在的设计从一开始就完全由电力驱动。这将减少排放和电力消耗。在较老的煤矿中，用电池驱动的车辆逐步取代柴油发动机的工作已经在进行中，与柴油驱动的车型相比，电子选择提供了显著的好处。

除了明显地清除地下环境的废气和对工人的附带好处外，电气化还在其他方面改善了采矿环境，因为该设备比同等的柴油动力机器要安静得多——有人说安静高达90%，而且还大大减少了发热。

电池交换技术避免了电机充电的停机时间。瞬时启动扭矩意味着，与柴油燃料汽车相比，这种汽车在负载和坡度下的加速速度最高可提高70%，从而在运行过程中获得更好的经济效益。

电气化还能减少温室气体排放、化石燃料使用并提高能源效率。山特维克是电动汽车的早期先驱，早在20世纪80年代就推出了第一辆电动装载机卡车，随后在2009年发布了第一辆电动和自动化LHD(装载、搬运、倾倒车辆)。在超过200万小时的运营中，没有发生过涉及工人的事故，这是一个令人羡慕的记录。

采矿业一直迫切需要一款大容量的电动卡车，在2022年3月，山特维克将世界上最大的电池驱动电动卡车交付到澳大利亚的一个金矿进行进一步的现实测试，然后在2023年开始商业生产。Vilenius承认:“新概念装载机受益于大城市建筑行业的发展，在这些城市，较低的二氧化碳排放和现场噪音水平甚至比地下环境更重要。”

它的有效载荷为65吨，名字时髦的TH655B不太可能长期占据最高容量的位置。令人印象深刻的是，这辆卡车的电动机提供640kW的功率，它能够以11.5公里/小时的速度拖动65吨的货物以14%的坡度行驶，比山特维克的同类柴油动力汽车快30%。重要的是，它可以在不到三分钟的时间内更换电池。所有这些都带来了至关重要的生产力提高——每小时移动的吨数更多。

我们很多人想当然地认为，在不久的将来，至少会有某种形式的自动驾驶汽车出现在我们的道路上，但想想那些不得不在黑暗、肮脏、没有gps的地下环境中开发自动驾驶系统的工程师和技术人员吧。在这种只能被描述为极具挑战性的部署条件下，每个传感器、雷达和摄像系统都必须对环境进行防护。

软件和人工智能必须胜任且可靠地处理在重复相似的竖井、走廊和采场中的多辆车辆的精确定位，在这些地方，尘埃云可能会模糊普通相机的视野。至关重要的是，整个系统还必须足够坚固，以便利远程作业，在远程作业中，机械操作员实际上可能在距离实际矿场许多公里的地方监督多车作业。

在安全关键环境下，随着数字化的增加，依赖网络数据负载的挑战也随之而来。该团队一直在将车载AI等数据密集型操作转移到采矿机上。由于安全问题，延迟可能是零容忍的。山特维克将5G网络切片作为解决方案。今年早些时候，诺基亚与芬兰电信运营商Telia联手，在坦佩雷实验矿推出了5G边缘切片技术(见下文)，这在世界上是首次。这是公共可用的4G/5G网络的一个私有部分，为山特维克的业务保留，既健壮又安全。5G边缘切片创建了一个虚拟专用网络，是昂贵得多的专用物理网络的替代方案。

他说:“成为技术先锋是件很棒的事。我们已经有了标准的5G两年了，”Vilenius解释道。“当然，考虑到网络安全，我们的5G VPN是超安全的。该网络支持采矿环境中自动化和数字化的进一步发展。有了这种在现场处理大量数据的新能力，我们正在学习如何利用这种能力设计更好的机器。”

OptiMine是Sandvik为分析和优化地下硬岩开采生产设计的软件套件，是采矿作业的任务控制中心。它映射和监视整个采矿环境。矿井里的每个员工和每个移动资产都被实时跟踪。它与硬件无关，可以与任何制造商的机器一起工作。自2004年以来，实时矿山优化规划和监测系统一直在持续开发。该系统目前在全球170多个矿山中使用。

“有了这种在现场处理大量数据的新能力，我们正在学习如何利用这种能力设计更好的机器。”

optimmine的核心是生产计划。向装载机和卡车发出指令，实际的实时性能数据返回。这样就可以对作业进行持续的监视，并与生产计划目标进行比较。高级自动化技术专家Kai Narvanen举了一个例子:“如果一台装载机每小时需要移动1000吨，但只实现了750吨，OptiMine用户可以检查数据并回答以下问题——是机器表现不佳吗?还是环境发生了变化，计划需要修改?还是由于操作员或车辆主管的不足而没有交付吨位?像这样的精细分析直到最近才成为可能。”

来自矿井周围多个来源和传感器的数据流、采矿车辆上的数据流以及矿体钻探后的观察数据流，将被分析并转化为可采取行动的见解，包括输入预测性维护计划。

AutoMine是一个独立的软件系统，它可以被集成到optimmine系统中，是一个矿山车队中多辆自动驾驶汽车的控制软件。内置了障碍物检测、避碰和3D在线地图。

在实验矿井的现场，有一个2米x 2米的小型橙色自主无人机携带地图机器人，这是山特维克和美国航空机器人专家埃克斯恩技术公司合作的结果，也是世界上唯一的一个。一旦它的测量工作完成，它的无人机返回到轮式机器人基地进行充电。作为一辆巡视车，它的工作之一是将3D激光雷达扫描生成的原始点云图(由它自己或另一辆车执行)与当前情况进行比较。算法将新地图与原地图进行比较，还可以标记出环境因收缩、凸起、移动或滑动而发生变化的关注区域。

另一项重要的开发任务是利用数据更新钻井作业后的生产计划，以便能够通过比较被移出的矿体体积和已知的矿石百分比，实时计算出采矿作业的生产率。自动检查车可以发射其居住无人机，在钻探后对新的空洞进行调查，在轮式车辆无法通过的区域或其他形式的调查太危险的区域进行调查。

这辆车和其他正在开发中的车辆上的新型激光雷达传感器具有集成处理功能，而不是将数据发送到云端进行处理。如果人类和机器想要安全、智能地共享同一个地下空间，自主和安全子系统的AI系统的分离是至关重要的。

该公司在坦佩雷试验矿的地下已经建立了5G网络两年多，但新的5G Edge切片网络意味着安全关键数据可以在板上或本地云中处理。上传到远程云操作进行处理会太慢。板载数据可以在毫秒内处理，避免延迟。

另一款接受测试的概念车是一款自动电动装载机。它配备了一套新的传感器和人工智能，使它能够规划和调整自己的路线，即使在不断变化的环境中也能找到最合适的路径。为了顺应尽可能将人类从危险的采矿环境中移走的趋势，装载机没有舱室，是一种电池驱动的传动系统机器。

随着坦佩雷开发的各种技术进入现实世界，生产力的提高总体上超过了预期。多年来，矿工们一直梦想着获得这些技术，很明显，随着该行业在世界各地进入坚硬岩石地下矿山，生产率和人类安全都在提高。恕我直言，为什么不喜欢巨大的橙色机器人呢?

本文于2022年10月20日更新，澄清了Exyn科技公司的无人机是被山特维克用作合作伙伴关系的一部分，而不是公司收购的一部分。