金川集团自主研发的25吨新能源无人驾驶地下矿用卡车。张俊成/摄
9月2日，金川集团镍钴公司三矿区无轨设备培训基地内礼炮齐鸣，掌声雷动。随着红幕缓缓落下，一台9米多长、2米多宽、2米多高的白绿相间的“大家伙”亮相——这是由金川集团自主研发的我国首台25吨新能源无人驾驶地下矿用卡车。它的正式下线，标志着金川集团在“金川智造”道路上迈出了坚实的一步。
矿用卡车是矿山井下无轨设备的一种，作为矿山地下采掘作业的关键装备，被普遍使用。根据其动力来源不同，矿用卡车可分为柴油机型与新能源型。长期以来，金川集团在矿山井下使用的矿用卡车都是柴油机型，此类车辆大量消耗柴油等化石能源，排放二氧化碳，且运行成本高、人工操作强度大，其核心部件（发动机、变矩器、变速箱、驱动桥）关键技术被国外垄断，存在技术“卡脖子”问题。
锲而不舍的30年
金川集团从上世纪80年代初开始引进进口无轨设备进行机械化采矿方法研究。1987年，金川矿山二期扩建采矿设计，全面推广使用机械化采矿方法，全部配套进口上世纪80年代国际先进水平的无轨采矿设备，矿山采矿技术与装备达到了当时的国际先进水平。金川集团在学习国外先进设备的同时，也培养了一批设备管理、维修与操作使用人员。
1992年，金川集团成立第二机械厂开始研制无轨设备，也被原中国有色金属工业总公司确定为“百万吨级地下矿山无轨设备国产化攻关单位”之一。1995年，金川公司第二机械厂成功研制出第一台DCY4 4立方米电动铲运机。随后，又相继开发研制出多种规格的铲运机和矿用卡车。
2008年，重组后的金川机械制造公司成为国内最大的地下无轨设备专业生产企业。2010年，无轨设备研发工作划归金川集团镍钴研究院后，驶上了“快车道”。在此阶段，主要研发成员来自第二机械厂的镍钴研究院的无轨设备研发团队，共研发出16种无轨设备产品。2012年以后，根据市场情况，镍钴研究院自主立项研发了18吨矿用卡车、撬毛台车等系列无轨设备。2020年，WJ-8柴油铲运机、1DM4单臂凿岩台车、KU15矿用卡车完成了试制和工业试验，开始推广销售。但是，由于研发的大型燃油型铲运机和矿用卡车的关键配件长期以来全部被国外垄断，矿山无轨设备研发工作陷入被动局面。
金川镍钴研究设计院矿冶装备工程研究所首席研究员、无轨设备研发团队负责人何文波介绍说：“第一台铲运机的研发也走过一些弯路。后来，经过系统优化、备件调整、性能调试，情况得到了改善。”
经过30年的研发积淀，金川集团全面掌握了无轨设备车辆整车及动力传动匹配技术、车身结构与工作机构设计技术和液压电气系统控制技术。金川集团制造的无轨设备产品，除了在金川本部矿山应用外，还外销俄罗斯、南非以及我国云南、内蒙古等20多个国家和地区。金川集团也成为甘肃省高端装备制造业中矿山装备制造基地，拥有“甘肃省矿冶设备工程技术研究中心”，已经成功研制了凿岩台车、铲运机、矿用卡车等全型谱系列化井下无轨设备，部分产品为国内首台套。
使命与担当
2022年，工业和信息化部发布《国家工业和信息化领域节能技术装备推荐目录》，明确提出了机械行业节能提效技术要求。2022年10月，习近平总书记给山东省地矿局第六地质大队重要回信中明确要求“积极践行绿色发展理念”。《甘肃省强工业行动实施方案（2022—2025年）》明确提出打造新能源、装备制造等10个百亿元产业集群的发展目标。随着新能源技术的迅速发展，制约纯电地下矿卡的动力电池技术、电驱技术全部由国内自主研发，其性能完全能够满足矿山井下的使用。
金川集团已经具备了发展新能源无轨设备产业的基础。2022年，作为绿色智慧矿山建设的项目之一，金川集团新能源无人驾驶地下矿卡研发立项，比国家标准发布提前2年开始。
何文波介绍，团队在2012年就根据国内和金川矿山井下的需求做过纯电动井下无轨设备的研究，但当时的动力电池技术还不够完善。要做一台2立方米的纯电动铲运机，需要用到的电池重量超过了铲运机的自重。所以这个方案就搁置了下来，但是研发纯电地下无轨设备的想法一直留在他们的心里。
地下矿卡与地表矿卡的使用环境有非常大的区别。矿山井下巷道狭窄，转弯半径小，环境因素对新能源矿卡的运行影响巨大。同时，新能源矿卡在矿山井下的换电或充电问题也是研发的难题之一。
2023年初，金川集团新能源无人驾驶地下矿卡的设计方案已基本成型，但是由于国内配套纯电地下矿卡的电池、电机等没有先例，研发团队找了很多厂家，做了大量的计算，方案还是无法最终确定。就在团队成员心急如焚的时候，转机来了。
何文波和矿冶装备工程研究所副所长高银中共同回忆起当时的情景：“团队所有成员去长沙参加一个工程机械展，我们在入住的酒店大厅里，与合作伙伴、配套厂家一起探讨设计方案。讨论很激烈，双方碰撞出了很多火花。这次讨论给我们留下了深刻印象，对新能源无人驾驶地下矿卡的研发可以说是一次里程碑式的讨论。”
在这次讨论中，新能源无人驾驶地下矿卡的电池、电机、电控系统、快速换电结构最终确定了下来。研发顺利进行，很快进入整车装配阶段。
经过1个多月加班、加点的装配工作，新能源无人驾驶地下矿卡整车完成。就在所有人满怀期待成功时，研发团队最担心的问题之一出现了——车辆电液转向器无法正常工作。这是影响整车功能和性能的重大问题。团队成员顶着巨大的压力，逐一排查电控系统、液压系统，一根管路一根管路地筛检。两天后，问题终于得到了解决。
科技与创新
成功下线的新能源无人驾驶地下矿卡满电状态可以连续工作4个小时，主动力电池采用快换模式，通过特殊机构实现动力电池的自装卸功能。主动力电池组拆除以后，整车可以使用备用动力电池短距离行驶。车辆制动通过电机回馈制动和机械制动组合方式实现，优先使用电机回馈制动方式。车辆配置了无人驾驶系统，提供人工驾驶、远程遥控驾驶、完全自动驾驶3种驾驶模式，具有障碍物识别、设备故障、通信故障等故障诊断及分析能力，最大检测范围可达25米。设置地面中心，配置远程遥控站，实时监控车辆运行状态，并实时控制与监测车辆，实现司机在控制中心远程遥控驾驶运矿车。在车辆需要维修或升井时，可切换远程遥控或手动模式操作车辆运行。
相比于传统的燃油车型，新能源无人驾驶地下矿卡采用电池动力，高效节能、零排放，无污染，对矿山井下通风量的需求大大减少，可显著降低井下通风成本。同时，具有更高的可靠性和稳定性，减少了车辆故障发生和维修的频率，大大降低了维修成本。以矿卡生命周期10年来计算，与燃油矿卡相比，一台纯电矿卡可节约成本800万元。
绿色低碳、高效节能的“金川智造”前瞻谋划，将科技能量赋能于金川绿色智慧矿山建设，让下一代矿山工人穿着西装，坐在办公室里挖矿的场景不再是一个遥远的梦，“金川智造”也将在助力金川集团创建世界一流企业的征途中散发出越来越璀璨的光芒。（张爱玲）
