賈宇濤，張 強(qiáng)

(神東煤炭集團(tuán)大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

大柳塔煤礦以打造“智慧礦山”為契機(jī)，把加強(qiáng)無軌膠輪車管理作為安全工作的重要內(nèi)容，全面升級改造了礦井輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)，不斷提升礦井輔助運(yùn)輸精細(xì)化管理水平，為煤礦安全生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。無軌膠輪車屬于一種現(xiàn)代化礦井井下輔助運(yùn)輸工具，在煤礦開采中擔(dān)負(fù)著運(yùn)送礦井人員、設(shè)備以及物料等重任，但是歷年來屢屢發(fā)生車輛在坡道處失速跑車事故，造成了嚴(yán)重的人員傷害和設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失，且無法及時有效地發(fā)出預(yù)警信號，成為礦井的一大安全隱患。大柳塔煤礦5-2煤副斜井是大柳塔井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的核心區(qū)域，具有高速的4G網(wǎng)絡(luò)WiFi覆蓋和完備的測速設(shè)施。無軌膠輪車防跑車失速裝置的設(shè)計(jì)不僅需要滿足自動攔截失速車輛的各項(xiàng)需求，還要滿足面向未來的快速增長信息化發(fā)展需求，其設(shè)計(jì)理念必須要高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求[1-4]。

為此，結(jié)合4G網(wǎng)絡(luò)無線通訊技術(shù)，通過研究膠輪車超速控制器對車輛速度信號的采集、識別和上傳的原理，以煤礦輔助運(yùn)輸安全為前提，設(shè)計(jì)一套無軌膠輪車防跑車失速裝置，并將此系統(tǒng)應(yīng)用于大柳塔煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)。

1 無軌膠輪車防跑車失速裝置

1.1 裝置特點(diǎn)

該裝置采用高精度速度傳感器對膠輪車運(yùn)行速度進(jìn)行檢測，通過4G無線通信技術(shù)與巷道監(jiān)控設(shè)備聯(lián)動，自動判斷超速、預(yù)警、控制攔截機(jī)構(gòu)動作。使用柔性減速吸能器，加長緩沖距離，減少膠輪車和司機(jī)的損傷。采用聯(lián)網(wǎng)方式，自動識別各運(yùn)行區(qū)段膠輪車位置信息，方便調(diào)度人員管理。

1.2 裝置的組成和功能

裝置組成：該裝置主要由膠輪車上設(shè)備、巷道設(shè)備以及調(diào)度室管理設(shè)備組成，如圖1所示。

圖1 無軌膠輪車防跑車失速裝置結(jié)構(gòu)示意

裝置功能：安裝于膠輪車上的設(shè)備有控制器、尾鉤機(jī)構(gòu)、測速傳感器、脫鉤監(jiān)測傳感器、報警器、電磁鐵組成，主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度檢測、超速判斷、超速時長分析、超速報警、脫鉤控制、脫鉤檢測、巷道設(shè)備無線通訊功能。安裝于巷道的設(shè)備有控制器、跳繩機(jī)構(gòu)、電磁鐵、吸能器、報警箱、顯示屏和攝像機(jī)組成，主要實(shí)現(xiàn)與膠輪車的無線通訊，識別膠輪車超速信息、控制跳繩機(jī)構(gòu)、巷道報警、顯示膠輪車車速及數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控功能安裝于調(diào)度室的管理設(shè)備有計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器、硬盤錄像機(jī)組成，主要實(shí)現(xiàn)膠輪車位置信息顯示、超速報警功能。

1.3 工作原理

安裝在入井膠輪車上的控制器設(shè)置里有相應(yīng)的車輛編號及速度限制、超速等信息。膠輪車入井后，測速機(jī)構(gòu)工作，膠輪車上的控制器采集膠輪車運(yùn)行速度，并實(shí)時把膠輪車的運(yùn)行速度、編號、跑車等信息通過無線模塊發(fā)送給巷道設(shè)備的控制器，接收到膠輪車發(fā)送的無線信息后，巷道控制器控制顯示屏進(jìn)行區(qū)域內(nèi)膠輪車行駛速度的顯示，便于巷道工作人員及司機(jī)查看。當(dāng)車速超過設(shè)定值后，膠輪車上控制器發(fā)出報警信號提醒司機(jī)降低車速安全行駛，在制動失靈的情況下，膠輪車司機(jī)可以通過按下脫鉤按鈕發(fā)送脫鉤命令，控制器接收到按鈕信號后，輸出控制尾鉤機(jī)構(gòu)動作，進(jìn)行脫鉤，控制器通過脫鉤檢測傳感器檢測尾鉤落下情況，同時發(fā)送脫鉤跳繩無線信號，以便巷道控制器接收進(jìn)行跳繩。安裝在膠輪車行駛路線巷道中的控制器接收到膠輪車上控制器發(fā)出的跳繩信號，馬上發(fā)出跳繩指令控制跳繩機(jī)構(gòu)動作彈起鋼絲繩，當(dāng)失速膠輪車經(jīng)過時，落下的尾鉤勾住彈起的鋼絲繩，在吸能器的緩沖作用下鋼絲繩有效攔截住失速跑動的膠輪車，保障巷道設(shè)備、膠輪車及巷道工作人員的安全，如圖2所示。同時通過報警器進(jìn)行全巷道“發(fā)生跑車、注意躲避”的聲光警示，提醒巷道工作人員注意躲避。在膠輪車正常行駛或者發(fā)生跑車時，巷道控制器將自己接收范圍里的膠輪車速度、編號、超速等信息通過4G無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至地面數(shù)據(jù)中心，通過“組態(tài)王”監(jiān)控系統(tǒng)軟件顯示到調(diào)度室的監(jiān)視器上，方便調(diào)度員及時了解現(xiàn)場情況并采取相應(yīng)措施。

圖2 失速裝置工作方式示意

1.4 設(shè)備安裝與監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

設(shè)備安裝：大柳塔煤礦5-2煤副斜井全長1 000 m，坡度6°，每隔200 m裝設(shè)一組巷道失速跳繩裝置，總共5道。礦內(nèi)所有膠輪車上安裝失速脫鉤裝置，設(shè)置車速超過30 km/h時發(fā)出車輛超速報警，車速超過39 km/h時，車輛控制器觸發(fā)自動脫鉤，并給巷道控制器發(fā)送跳繩指令，完成攔截失速跑動的膠輪車。

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用：監(jiān)控系統(tǒng)由“組態(tài)王”作為地面監(jiān)控系統(tǒng)的支撐軟件，分析巷道控制器上傳的膠輪車實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)以及顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作情況。通過對井下區(qū)段路線模擬畫面顯示，記錄下車輛行駛速度、超速時間、超速區(qū)間等信息，并配合視頻監(jiān)視，對膠輪車行駛情況進(jìn)行視頻錄像和遠(yuǎn)端畫面顯示，提供了視頻歷史記錄信息，方便管理人員對井下輔助運(yùn)輸?shù)墓芾硪约笆鹿首凡椤?/p>

1.5 防跑車失速裝置應(yīng)用效果

防跑車失速裝置的應(yīng)用，全面提升了井下輔助運(yùn)輸智能交通管理系統(tǒng)，構(gòu)建車輛管理信息化平臺，使管理人員通過電腦終端“組態(tài)王”智能監(jiān)控軟件生成的模擬圖表，隨時查看車輛的運(yùn)行情況，完善了區(qū)間測速系統(tǒng)，將對進(jìn)入5-2煤副斜井車輛全程監(jiān)控，超速報警，掃除原有區(qū)間測速系統(tǒng)弊端，用科技“監(jiān)督”車輛，保持安全車速行駛，有效預(yù)防超速跑車事故的發(fā)生。

2 輔助運(yùn)輸智能化管理

2.1 運(yùn)用智能系統(tǒng)

大柳塔煤礦建成井下一網(wǎng)一站4G無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，實(shí)現(xiàn)了具有井下4G無線通話、人員定位、車輛定位的輔助運(yùn)輸智能化管理系統(tǒng)。人與人、車與車之間實(shí)現(xiàn)了無阻礙無線通話，地面監(jiān)控人員可以實(shí)時了解井下司機(jī)和車輛動態(tài)分布情況。把車輛信息與生產(chǎn)調(diào)度指揮中心相連，精準(zhǔn)定位，避免了車輛擁堵事故的發(fā)生，有效提升了應(yīng)急識別處置能力和調(diào)度車輛資源效率，使車輛的指揮調(diào)度更加快捷高效[5-8]。

2.2 強(qiáng)化現(xiàn)場管理

大柳塔煤礦全方位提升輔助運(yùn)輸智能化水平，打造“需求式”輔助運(yùn)輸服務(wù)系統(tǒng)，在地面車輛管理中心放置不同工作需求的專業(yè)防爆車型。同時，改造出適用于井下作業(yè)環(huán)境的升降托舉車，實(shí)現(xiàn)道路、車輛、控制系統(tǒng)全方位的互聯(lián)互通，在井下采用不同工作任務(wù)應(yīng)用不同車型的“需求式”管理服務(wù)模式，構(gòu)建指令下達(dá)、瞬時響應(yīng)、智能決策的新型智能交通運(yùn)輸體系。針對綜采隊(duì)的特殊性制定“專車”服務(wù)，為處于相同區(qū)域、具有相同出行時間和出行需求的員工，量身定做了一種“定時定點(diǎn)、快速直達(dá)”的交通服務(wù)，全面提升輔助運(yùn)輸服務(wù)水平。構(gòu)建了《輔助運(yùn)輸車輛運(yùn)行管理辦法》，制定了輔助運(yùn)輸安全服務(wù)的4項(xiàng)硬指標(biāo)，司機(jī)培訓(xùn)率達(dá)到100%；持證上崗率達(dá)到100%；車輛各種警示標(biāo)志齊全率達(dá)到100%；車輛出行合格率達(dá)到100%。

2.3 完善輔運(yùn)設(shè)施

大柳塔煤礦不斷加大輔助運(yùn)輸安全設(shè)施智能化的投入，在礦井各交叉路口、硐室口等處安裝了交通紅綠燈、信號語音報警裝置、反光標(biāo)識牌，有力地提高了輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性[9-11]。為保障井下運(yùn)輸巷道空氣清新流通，安裝了自動凈化水幕，并周期設(shè)置專用灑水車定期清洗巷道。在5-2煤副斜井處安裝了1 000 m無軌膠輪車防跑車失速裝置，避免了剎車失靈出現(xiàn)碰撞事故的風(fēng)險，保障了司機(jī)的人身安全。在特種車輛的管理上，在運(yùn)送超長、超寬、超高設(shè)備時，地面調(diào)度室通過智能交通管理系統(tǒng)通知井下司機(jī)及時避讓，井口配備專業(yè)人員協(xié)調(diào)入井車輛繞行或等待，避免出現(xiàn)車輛擁堵和運(yùn)輸事故的發(fā)生，提高了特種車的安全運(yùn)輸效率。

2.4 強(qiáng)化專業(yè)檢修

大柳塔煤礦在車輛維修保養(yǎng)上，組建專業(yè)車輛維修保養(yǎng)團(tuán)隊(duì)，配套了車輛運(yùn)行車間、大型維修車間，可同時滿足10多臺車輛同時維修和檢查工作，所有維修后的車輛必須通過井下輔助運(yùn)輸管理規(guī)定檢測合格后，才能入井。建立和完善了各項(xiàng)安全管理制度和考核辦法，堅(jiān)持輔助運(yùn)輸專項(xiàng)隱患排查治理活動，不定點(diǎn)、不定時檢查司機(jī)的駕駛行為規(guī)范和車輛安全隱患。嚴(yán)格執(zhí)行車輛日檢、月檢、年檢制度，以及車輛入井前檢查，所有入井車輛必須配備滅火器、阻車器。井口檢身員對司機(jī)進(jìn)行逐一排查，堅(jiān)決杜絕飲酒、疲勞和情緒不穩(wěn)定司機(jī)駕車入井。

2.5 加大培訓(xùn)力度

大柳塔煤礦將井下防爆車輛的安全行車納入全礦安全管理工作，認(rèn)真組織司機(jī)學(xué)習(xí)車輛安全管理制度，事故案例、事故防范和冬季車輛保養(yǎng)等基礎(chǔ)知識，在提高駕駛員專業(yè)技術(shù)的同時，提升駕駛?cè)藛T安全責(zé)任意識和應(yīng)急防范能力。開展了針對性極強(qiáng)的崗位描述，使車輛駕駛?cè)藛T每一個操作步驟都做到規(guī)范、達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了員工行為軍事化、崗位操作程序化、車輛管理智能化的目的。

3 煤礦輔助運(yùn)輸發(fā)展愿景

隨著科技的進(jìn)步，煤礦趨向于大型化、生產(chǎn)環(huán)節(jié)趨向集中化、生產(chǎn)工序趨向機(jī)械化、安全監(jiān)控趨向智能化的方向發(fā)展，同時要求煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)必須更加高效、可靠、安全[12-14]。

3.1 發(fā)展輔助運(yùn)輸大數(shù)據(jù)可視化管理平臺

應(yīng)用現(xiàn)代通信、信息、網(wǎng)絡(luò)、智能控制等技術(shù)，建立一個集監(jiān)控、指揮、預(yù)測、統(tǒng)籌管理的大數(shù)據(jù)可視化管理平臺。通過建立礦山立體三維模型，對煤礦井下采掘工作面、變電所、水泵房、膠帶機(jī)、輔運(yùn)巷道內(nèi)人員以及車輛匯聚情況做一個可視化模擬環(huán)境，地面調(diào)度人員實(shí)時監(jiān)測輔助運(yùn)輸車輛的運(yùn)行情況，遠(yuǎn)程安排運(yùn)輸任務(wù)、路徑、時間，合理有效地減少車輛空駛率，從而達(dá)到節(jié)約運(yùn)輸時間，減少運(yùn)輸成本，降低輔助運(yùn)輸安全隱患的目的。

3.2 繼續(xù)提升輔助運(yùn)輸裝備水平

隨著人們對環(huán)保意識的提高，礦井輔助運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展也在向“低污染、電驅(qū)動、雙動力、高效化”方面靠近。從近年發(fā)展趨勢來看，油電混動、純電動膠輪車將是礦井輔助運(yùn)輸?shù)闹髁?，并且隨著石墨烯電池和燃料電池等技術(shù)的逐漸成熟，電動無軌膠輪車將大大提高續(xù)航能力以及動力水平，相信在不久的將來，礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)將會取得里程碑式的突破。

4 結(jié)語

無軌膠輪車防跑車失速裝置是神東礦井持續(xù)推進(jìn)智能化安全礦井建設(shè)的一部分，為綜合分析礦井運(yùn)輸系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為生產(chǎn)指揮與管理決策提供可靠依據(jù)，為礦井智能化、無人化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。初心傳遞責(zé)任，實(shí)干成就夢想，大柳塔煤礦將全力打造“安全、便捷、高效、綠色、智能”輔助運(yùn)輸管理系統(tǒng)，爭當(dāng)輔助運(yùn)輸管理新標(biāo)桿，全力譜寫煤炭企業(yè)安全發(fā)展新篇章。