煤礦井下電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉 國

（西山煤電集團(tuán)西曲礦， 山西 古交 030200）

1項(xiàng)目概況

1.1 礦井概況

西曲礦井田面積60 km2，井田走向長6.5 km，傾向?qū)? km，礦區(qū)總面積為39.5 km2，是古交礦區(qū)第一個(gè)利用日本能源貸款建成的第一對大型礦井。設(shè)計(jì)能力為340 萬t/年，地質(zhì)儲(chǔ)量5.3 億t，可采儲(chǔ)量3.43 億t，服務(wù)年限98 年，礦井采用斜井、平硐聯(lián)合開拓式。西曲礦八水平大巷井下當(dāng)前共有CDXT2-12（J）防爆特殊型蓄電池式電機(jī)車27 臺(tái)，其它底卸式礦車、人車和運(yùn)輸車輛共有1 250 臺(tái)。井下運(yùn)輸車輛過多，運(yùn)輸頻率過大，運(yùn)輸管理難度較大，安全事故時(shí)有發(fā)生。

1.2 電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

從西曲礦八水平大巷的運(yùn)輸實(shí)踐來看，井下常發(fā)生電機(jī)車司機(jī)操作失誤導(dǎo)致的誤闖紅燈、相撞、追尾等安全事故。針對出現(xiàn)的安全事故，西曲礦采取了一系列的安全技術(shù)措施：第一，井下安裝了電機(jī)車運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)；第二，將機(jī)車安裝防撞系統(tǒng)，降低了撞擊危害；第三，在電機(jī)車上加裝車載瓦斯斷電儀；第四，在電機(jī)車上安裝過電流保護(hù)裝置。這些電機(jī)車安全技術(shù)措施的設(shè)計(jì)與應(yīng)用在一定程度上降低了電機(jī)車安全事故的發(fā)生，但是還是無法達(dá)到煤礦井下安全運(yùn)輸?shù)哪繕?biāo)，需要進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。

西曲礦與湘潭市宇通牽引電氣有限公司開展技術(shù)合作，共同優(yōu)化設(shè)計(jì)了電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是從井下電機(jī)車運(yùn)輸信集閉系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、礦井1000MB 工業(yè)以太網(wǎng)主干網(wǎng)三方面來實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)主要利用射頻識(shí)別技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)、霍爾檢測等對電機(jī)車的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集，為電機(jī)車運(yùn)行的安全防護(hù)提供基礎(chǔ)。

2 電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

當(dāng)前西曲礦的信息化建設(shè)較為完善，考慮到該礦地面和井下都已建設(shè)有完善的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、電機(jī)車信集閉系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)。因此對于電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該在原有信息系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)、完善。這樣有利于降低電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的難度及相應(yīng)的成本控制。

2.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

從圖1 可知，煤礦地面主要是由客戶端和中心機(jī)房組成；客戶端由運(yùn)輸隊(duì)、調(diào)度室、機(jī)運(yùn)區(qū)三部分組成；中心機(jī)房由交換機(jī)和服務(wù)器組成。地面通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和交換機(jī)與井下連接。井下每臺(tái)電機(jī)車安裝有電機(jī)車控制器，可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對電機(jī)車運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)車的啟動(dòng)、制動(dòng)、停止的控制[1-2]。每臺(tái)電機(jī)車安裝的多波段射頻接收和發(fā)射裝置可以對大巷信集閉系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行采集。電機(jī)車同時(shí)安裝有礦車定位卡，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)車及人員的位置數(shù)據(jù)采集。在八水平大巷的巷道交叉口安裝有網(wǎng)絡(luò)攝像儀，對重要信息進(jìn)行視頻資料的采集。井下信息通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛嬷行臋C(jī)房服務(wù)器，對相應(yīng)的信息進(jìn)行處理，并給出相應(yīng)的處理措施，為地面調(diào)度提供參考依據(jù)[3]。

3 電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)功能及其實(shí)現(xiàn)

3.1 防止闖紅燈報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)

電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)防止闖紅燈報(bào)警的功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)檢測到紅燈閉鎖狀態(tài)就會(huì)自動(dòng)輸出報(bào)警預(yù)警的數(shù)據(jù)和信息。該電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用ARM7 芯片，可以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)同步更新，假定系統(tǒng)檢測到電機(jī)車司機(jī)有闖紅燈的行為后，電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)就會(huì)立即啟動(dòng)預(yù)警并采取對電機(jī)車斷電停車的處理措施。

3.2 防追尾、防相撞功能的實(shí)現(xiàn)

電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)防追尾、防相撞的功能。ARM7 芯片可通過射頻數(shù)據(jù)通信的遠(yuǎn)端傳輸功能來對信號(hào)進(jìn)行連續(xù)性的快速檢測，當(dāng)檢測到兩車車距小于設(shè)計(jì)的預(yù)警值后，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生安全預(yù)警警報(bào)，向電機(jī)車司機(jī)發(fā)出并運(yùn)行剎車減速指令，確保電機(jī)車運(yùn)行的安全性，防止追尾和相撞等安全事故的發(fā)生。

3.3 防超速脫軌的功能的實(shí)現(xiàn)

電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)防超速脫軌的功能。該安全防護(hù)系統(tǒng)可以對電機(jī)車的運(yùn)行速度進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)按控制輸出的相應(yīng)信號(hào)來對報(bào)警輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，達(dá)到調(diào)整車速的目的，從而可以有效地實(shí)現(xiàn)防超速脫軌的功能。當(dāng)電機(jī)車運(yùn)行速度接近設(shè)定的危險(xiǎn)值后，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出自動(dòng)警報(bào)，從而控制警報(bào)信號(hào)的輸出，通過機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制端的氣剎制動(dòng)閥門動(dòng)作[4]。

3.4 防誤倒車系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)防誤倒車的功能。根據(jù)溫度濕度的傳感器補(bǔ)償操作，通過超精度超聲波測距傳感系統(tǒng)，對距離進(jìn)行可探測的同步分析，能夠保障電機(jī)車司機(jī)在安全范圍內(nèi)進(jìn)行倒車作業(yè)，不會(huì)發(fā)生安全事故。在防誤倒車追尾系統(tǒng)功能現(xiàn)實(shí)中，通過對位置、探頭的設(shè)定，確定倒車的狀況。當(dāng)電機(jī)車啟動(dòng)倒車作業(yè)，安全防護(hù)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)起到探測功能，在距離范圍內(nèi)，觸及追尾報(bào)警器，防撞功能開始探測，探頭從45°角進(jìn)行輻射探測，對相應(yīng)的信息進(jìn)行檢測，計(jì)算車體與障礙物的距離確定追尾防撞情況的發(fā)生。同時(shí)通過對司機(jī)提醒蜂鳴音的強(qiáng)度變化來提醒司機(jī)進(jìn)行安全作業(yè)。

4 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

將該礦井電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)在西曲礦八水平大巷井下電機(jī)車上進(jìn)行了安裝試運(yùn)行，系統(tǒng)在運(yùn)行期間穩(wěn)定運(yùn)行，有效地減少了闖紅燈、追尾、相撞、超速行駛等安全事故的發(fā)生，試運(yùn)行期間電機(jī)車的安全事故發(fā)生率相比之前減少了95%，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，提高了井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。