礦用斜巷軌道運(yùn)輸安全閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)的研究

李 龍

（山西馬堡煤業(yè)有限公司， 山西 長(zhǎng)治 046300）

引言

山西馬堡煤業(yè)有限公司在斜井安裝有斜巷軌道運(yùn)輸設(shè)備，軌道運(yùn)輸是煤礦井下的主要輔助運(yùn)輸方式。隨著煤礦機(jī)械化程度的不斷提升，煤礦的生產(chǎn)能力得到了不斷提高，開(kāi)采深度也不斷增大，軌道運(yùn)輸?shù)陌踩咝э@得尤為重要，不僅直接影響著煤礦井下工作人員的生命安全，而且關(guān)系著全礦井的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益[1]。由于煤礦井下環(huán)境惡劣、運(yùn)輸條件有限任務(wù)繁重和斜巷軌道運(yùn)輸中行人與運(yùn)輸作業(yè)相互干擾的安全管控難度大[2]，導(dǎo)致斜巷軌道運(yùn)輸事故在煤礦事故中比例不斷增加，嚴(yán)重威脅煤礦井下工作人員的生命安全，因此煤礦井下斜巷軌道運(yùn)輸安全閉鎖監(jiān)控已經(jīng)成為迫切需要解決的難題。

1 軌道運(yùn)輸安全閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

礦用斜巷軌道運(yùn)輸安全閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)分為井上和井下兩個(gè)子系統(tǒng)，井上包括上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，井下包括巷道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、礦車檢測(cè)系統(tǒng)、閉鎖控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。軌道運(yùn)輸安全閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 各個(gè)系統(tǒng)組成及功能設(shè)計(jì)

2.1 巷道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

巷道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由礦用本安型紅外熱釋傳感器和礦用本安型視頻攝像頭組成，在煤礦井下斜巷巷道軌道上和各水平車場(chǎng)內(nèi)安裝有紅外熱釋傳感器和視頻攝像頭，采用紅外熱釋人體和視頻圖像雙重識(shí)別技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斜巷巷道內(nèi)行人信息，并通過(guò)電纜與隔爆兼本安型電氣控制箱連接，將實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸給電控箱內(nèi)部的PLC。當(dāng)紅外熱釋傳感器和視頻攝像頭監(jiān)測(cè)到斜巷有行人時(shí)，報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警，且軌道運(yùn)輸輔助設(shè)備禁止運(yùn)行并閉鎖，礦車停止行進(jìn)。

圖1 軌道運(yùn)輸安全閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

2.2 礦車檢測(cè)系統(tǒng)

礦車檢測(cè)系統(tǒng)由礦用本安型稱重傳感器、礦用本安型視頻攝像頭和礦用本安型位置傳感器組成，稱重傳感器和視頻攝像頭安裝在礦車車場(chǎng)入口處，位置傳感器安裝在礦車上，以上傳感器通過(guò)光纜與電氣控制箱連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在斜巷軌道運(yùn)輸?shù)V車行進(jìn)前，稱重傳感器和視頻攝像頭對(duì)礦車進(jìn)行重量和寬度檢測(cè)，與之前預(yù)先設(shè)定的重量和寬度參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，若實(shí)際礦車重量和寬度符合設(shè)定值，則礦車可以行進(jìn)；若實(shí)際礦車重量和寬度超出設(shè)定值，報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警，提醒礦車超載超寬，禁止礦車進(jìn)行，輔助運(yùn)輸設(shè)備閉鎖禁止運(yùn)行。位置傳感器用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦車的運(yùn)行位置和運(yùn)行狀態(tài)，將數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3 閉鎖控制系統(tǒng)

安全閉鎖控制系統(tǒng)包括礦用隔爆兼本安型電氣控制箱、報(bào)警裝置、提示信號(hào)設(shè)備、輔助運(yùn)輸設(shè)備和跑車防護(hù)設(shè)備。礦用隔爆兼本安型電氣控制箱內(nèi)部設(shè)置有可編程控制器和本安型電源，內(nèi)部PLC接收信號(hào)傳輸，并根據(jù)程序設(shè)定來(lái)發(fā)出相應(yīng)的控制指令。報(bào)警裝置由礦用隔爆型報(bào)警燈、LED顯示屏及語(yǔ)音報(bào)警器組成，通過(guò)光纜與電氣控制箱連接，安裝在斜巷巷道各水平車場(chǎng)和絞車房?jī)?nèi)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到有行人在巷道內(nèi)或礦車超載超寬時(shí)，報(bào)警裝置進(jìn)行聲光報(bào)警，LED顯示屏顯示禁止啟動(dòng)軌道運(yùn)輸設(shè)備；提升信號(hào)設(shè)備用于礦車提升過(guò)程中的信號(hào)打點(diǎn)操作和絞車閉鎖，設(shè)備主控箱內(nèi)的PLC通過(guò)電纜與電氣控制箱連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到有行人在巷道內(nèi)或礦車超載超寬時(shí)，提升信號(hào)設(shè)備停止信號(hào)打點(diǎn)操作，禁止運(yùn)行提升機(jī)設(shè)備，絞車閉鎖；輔助運(yùn)輸設(shè)備包括道岔裝置、阻車裝置和擋車裝置[3]，各個(gè)裝置通過(guò)控制光纜與電氣控制箱連接進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制指令傳輸，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到有行人在巷道內(nèi)或礦車超載超寬時(shí)，輔助運(yùn)輸設(shè)備禁止運(yùn)行，各裝置進(jìn)行閉鎖；跑車防護(hù)設(shè)備作為礦井斜巷軌道運(yùn)輸提升和有效防止因跑車和斷繩造成行車事故的重要裝置，設(shè)置有一坡三擋，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到有行人在巷道內(nèi)或礦車超載超寬時(shí)，擋車欄下放，禁止礦車行進(jìn)通過(guò)。

2.4 顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)由礦用本安型顯示控制臺(tái)組成，安裝于各水平車場(chǎng)和絞車房?jī)?nèi)，顯示控制臺(tái)通過(guò)RS485總線與電氣控制箱內(nèi)部PLC連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時(shí)顯示巷道內(nèi)行人信息、礦車重量寬度信息、礦車運(yùn)行情況和各設(shè)備的狀態(tài)信息，而且可以通過(guò)顯示控制臺(tái)上的按鍵進(jìn)行礦車規(guī)定重量和允許尺寸輸入，同時(shí)可以通過(guò)控制臺(tái)對(duì)各軌道運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)按鈕操作。

2.5 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

在煤礦井下構(gòu)建礦用隔爆兼本安型工業(yè)以太網(wǎng)，將礦用斜巷軌道超載超寬安全閉鎖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接起來(lái)，保證斜巷軌道和礦車監(jiān)測(cè)信息、視頻圖像信息、礦車運(yùn)行情況、各運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)和PLC控制指令可靠及時(shí)的傳輸，保證顯示控制臺(tái)和上位機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而可以保障斜巷軌道運(yùn)輸安全高效運(yùn)行。

2.6 上位機(jī)系統(tǒng)

上位機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)組成，系統(tǒng)采用組態(tài)軟件對(duì)斜巷軌道運(yùn)輸安全閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)，采用多參數(shù)、多畫(huà)面、多窗口和多按鈕模式，以實(shí)現(xiàn)斜巷軌道運(yùn)輸過(guò)程中巷道行人信息、礦車重量寬度運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)顯示，系統(tǒng)各軌道運(yùn)輸設(shè)備的控制、報(bào)警輸出和報(bào)警歷史記錄存儲(chǔ)等功能。

3 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能

3.1 巷道人員監(jiān)測(cè)和礦車檢測(cè)功能

監(jiān)控系統(tǒng)采用紅外熱釋傳感器、視頻攝像頭、稱重傳感器和位置傳感器等多傳感器多參數(shù)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了巷道人員監(jiān)測(cè)和礦車檢測(cè)功能，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到有行人在巷道內(nèi)或礦車超載超寬時(shí)，可以通過(guò)光纜將報(bào)警信號(hào)傳輸給電氣控制箱，從而進(jìn)行聲光語(yǔ)音報(bào)警。

3.2 多機(jī)聯(lián)動(dòng)安全閉鎖功能

閉鎖控制系統(tǒng)基于智能控制技術(shù)，通過(guò)可編程控制器將軌道運(yùn)輸?shù)V車、提升信號(hào)設(shè)備、輔助運(yùn)輸設(shè)備和跑車防護(hù)設(shè)備等多機(jī)聯(lián)動(dòng)起來(lái)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到有行人在巷道內(nèi)或礦車超載超寬時(shí)，電氣控制箱內(nèi)部PLC發(fā)出控制指令，多機(jī)進(jìn)行安全閉鎖操作，禁止提升機(jī)和絞車啟動(dòng)，礦車停止行進(jìn)。

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控顯示功能

監(jiān)控系統(tǒng)在各水平車場(chǎng)和絞車房?jī)?nèi)安裝有顯示控制臺(tái)及在井上安裝有上位機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將各個(gè)系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通過(guò)顯示控制臺(tái)和上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示巷道內(nèi)行人信息、礦車重量寬度信息、礦車運(yùn)行情況和各設(shè)備的狀態(tài)信息，而且可以通過(guò)顯示控制臺(tái)上或上位機(jī)系統(tǒng)人機(jī)界面按鈕進(jìn)行礦車規(guī)定重量和允許尺寸輸入，同時(shí)可以通過(guò)按鈕對(duì)各軌道運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)按鈕操作。

4 結(jié)語(yǔ)

礦用斜巷軌道運(yùn)輸安全閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于紅外人體識(shí)別、視頻圖像識(shí)別、多傳感器檢測(cè)和可編程智能控制技術(shù)等，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)斜巷軌道運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警、多機(jī)聯(lián)動(dòng)安全閉鎖和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，達(dá)到了煤礦井下斜巷軌道運(yùn)輸?shù)摹靶熊嚥恍腥恕⑿腥瞬恍熊嚒钡陌踩芾硪?guī)定要求[4]，而且在此基礎(chǔ)上，提出了超載超寬不行車的更高要求。安全閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了斜巷軌道運(yùn)輸安全高效可靠地運(yùn)行，從根本上保障運(yùn)輸過(guò)程中煤礦工人的生命安全，有效降低了斜巷軌道運(yùn)輸事故的發(fā)生率，并很好地保證礦井的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，加快了煤礦信息化、智能化和數(shù)字化綠色安全礦山的建設(shè)進(jìn)程。