摘要：無(wú)軌膠輪車因其結(jié)構(gòu)靈活、高效運(yùn)輸和環(huán)保特性，在現(xiàn)代煤礦中得到了廣泛應(yīng)用。為確保其安全、高效運(yùn)行，該文深入探討了無(wú)軌膠輪車的智能控制與管理方法。通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)航、車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)和環(huán)境感知等智能控制技術(shù)，結(jié)合車輛調(diào)度管理、數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化以及故障預(yù)警與處理等智能管理方法，可以顯著提高無(wú)軌膠輪車的運(yùn)輸效率和安全性，進(jìn)而為煤礦的安全生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)效率提供有力保障。

關(guān)鍵詞：無(wú)軌膠輪車；煤礦井下；智能控制；智能管理

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.08.083

中圖分類號(hào)：TD 82；TP 2" " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）08-0-04

Research on Intelligent Control and Management Methods for Transportation of Trackless Rubber Wheeled Vehicles in Coal Mines

GUO Shengxin

（Shandong Energy Group Northwest Mining Co.， Ltd.， Xi'an 710000， China）

Abstract： Trackless rubber wheeled vehicles have been widely used in modern coal mines due to their flexible structure， efficient transportation， and environmental characteristics. To ensure its safe and efficient operation， this article delves into the intelligent control and management methods of trackless rubber wheeled vehicles. Through intelligent control technologies such as automatic navigation， vehicle status monitoring， and environmental perception， combined with intelligent management methods such as vehicle scheduling management， data analysis and optimization， and fault warning and processing， the transportation efficiency and safety of trackless rubber wheeled vehicles can be significantly improved， providing strong guarantees for the safety production and operational efficiency of coal mines.

Keywords： trackless rubber tire vehicle; underground coal mines; intelligent control; intelligent management

0" "引言

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步和煤礦生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，傳統(tǒng)煤礦運(yùn)輸方式已難以滿足現(xiàn)代煤礦對(duì)效率、安全和環(huán)保的迫切需求。在這一背景下，無(wú)軌膠輪車作為一種新型的、具有高度靈活性和高效運(yùn)輸能力的運(yùn)輸工具，逐漸在煤礦井下運(yùn)輸中嶄露頭角[1]。然而，煤礦井下的復(fù)雜環(huán)境對(duì)無(wú)軌膠輪車的運(yùn)行提出了諸多難題，如何確保其在多變環(huán)境中的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。因此，研究和探索無(wú)軌膠輪車的智能控制與管理方法，對(duì)于提高煤礦運(yùn)輸效率、保障生產(chǎn)安全、推動(dòng)煤礦智能化轉(zhuǎn)型具有重要意義。

1" "無(wú)軌膠輪車的特點(diǎn)與適用條件

1.1 特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)靈活。無(wú)軌膠輪車不受軌道限制，可在復(fù)雜地形中自由行駛。這一特點(diǎn)使得無(wú)軌膠輪車能夠適應(yīng)煤礦井下的多變環(huán)境，如起伏不平的巷道、狹窄的空間等。同時(shí)，由于沒有軌道的束縛，無(wú)軌膠輪車在轉(zhuǎn)彎、掉頭等操作時(shí)更加靈活便捷。

（2）高效運(yùn)輸。無(wú)軌膠輪車具有較高的運(yùn)輸效率，能夠快速完成物料和人員的運(yùn)輸任務(wù)。相比傳統(tǒng)的有軌運(yùn)輸方式，無(wú)軌膠輪車的運(yùn)輸速度更快，且能夠根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整運(yùn)輸路線和計(jì)劃。這種高效的運(yùn)輸能力使得無(wú)軌膠輪車在煤礦生產(chǎn)中能夠發(fā)揮重要作用，提高生產(chǎn)效率。

（3）節(jié)能環(huán)保。當(dāng)前煤礦井下多用電動(dòng)無(wú)軌膠輪車，采用電力驅(qū)動(dòng)減少了對(duì)環(huán)境的污染，符合綠色礦山建設(shè)要求。與傳統(tǒng)的燃油驅(qū)動(dòng)車輛相比，無(wú)軌膠輪車在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音和尾氣排放都大大降低，有利于改善煤礦井下的工作環(huán)境和減少對(duì)外部環(huán)境的負(fù)面影響。

1.2 適用條件

（1）巷道條件。無(wú)軌膠輪車適用于寬度、高度適宜的煤礦巷道，以確保車輛的安全通行。在選擇使用無(wú)軌膠輪車時(shí)，需要對(duì)煤礦巷道的尺寸進(jìn)行充分評(píng)估，確保車輛能夠在巷道內(nèi)順暢行駛并滿足安全要求。

（2）地質(zhì)條件。無(wú)軌膠輪車適用于地質(zhì)條件穩(wěn)定、無(wú)明顯地質(zhì)災(zāi)害的煤礦區(qū)域。在地質(zhì)條件較差的區(qū)域，如存在大量斷層、破碎帶等不良地質(zhì)現(xiàn)象時(shí)，需要謹(jǐn)慎評(píng)估無(wú)軌膠輪車的適用性，并采取必要的安全措施以保障運(yùn)輸安全。

（3）運(yùn)輸需求。無(wú)軌膠輪車適用于煤炭產(chǎn)量大、運(yùn)輸距離長(zhǎng)的煤礦，以滿足高效運(yùn)輸?shù)男枨?。在選擇使用無(wú)軌膠輪車時(shí)，需要綜合考慮煤礦的產(chǎn)量、運(yùn)輸距離以及運(yùn)輸物料的性質(zhì)等因素，確保無(wú)軌膠輪車能夠滿足煤礦的實(shí)際運(yùn)輸需求并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2" "煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中無(wú)軌膠輪車的具體應(yīng)用

2.1 物料運(yùn)輸

一是煤炭運(yùn)輸。傳統(tǒng)的煤炭運(yùn)輸方式受軌道和地形限制，效率不高。無(wú)軌膠輪車不受這些限制，能直接在巷道中自由行駛，快速將煤炭從采煤面運(yùn)至井口或指定點(diǎn)。其強(qiáng)大的承載力大大提高了運(yùn)輸效率并降低了損耗[2]。二是設(shè)備與材料運(yùn)輸。無(wú)軌膠輪車也能高效運(yùn)輸采礦設(shè)備和支護(hù)材料。其強(qiáng)大的承載能力確保了重型設(shè)備如油罐的快速搬運(yùn)。

2.2 人員運(yùn)輸

一是人員通勤。無(wú)軌膠輪車為井下人員通勤提供了便利。每次能運(yùn)送10～30人，明顯縮短了通勤時(shí)間[3]。其舒適的乘車環(huán)境和安全性能確保了員工的通勤安全和舒適感。二是緊急撤離。在煤礦的緊急情況下，如瓦斯泄露，無(wú)軌膠輪車能迅速將人員撤離至安全區(qū)。其靈活的行駛性能確保了在復(fù)雜地形和惡劣環(huán)境中的穩(wěn)定性。

3" "煤礦井下無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸智能控制與管理方法

3.1 智能控制技術(shù)

3.1.1 自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)成為無(wú)軌膠輪車在煤礦井下運(yùn)輸領(lǐng)域的重要應(yīng)用。結(jié)合高精度地圖和先進(jìn)的定位技術(shù)，無(wú)軌膠輪車能夠?qū)崿F(xiàn)精確的自動(dòng)導(dǎo)航。這種技術(shù)不僅可以確保車輛在復(fù)雜的巷道環(huán)境中穩(wěn)定、準(zhǔn)確地行駛，還能有效地避免與障礙物或其他車輛的碰撞，從而確保運(yùn)輸?shù)陌踩托省?/p>

一方面，高精度地圖為無(wú)軌膠輪車提供了詳細(xì)的環(huán)境信息，包括巷道的寬度、高度、曲率、坡度等，以及可能存在的障礙物。通過(guò)這些信息，車輛可以預(yù)先規(guī)劃出最優(yōu)的行駛路徑，確保在各種條件下都能實(shí)現(xiàn)高效、安全的運(yùn)輸。另一方面，先進(jìn)的定位技術(shù)，如激光雷達(dá)、超聲波傳感器等，使得無(wú)軌膠輪車能夠?qū)崟r(shí)感知周圍環(huán)境的變化，并根據(jù)這些變化及時(shí)調(diào)整行駛路徑和速度，確保在各種動(dòng)態(tài)環(huán)境中都能保持穩(wěn)定、可靠的運(yùn)輸性能。

3.1.2 車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是確保無(wú)軌膠輪車在煤礦井下安全運(yùn)行的關(guān)鍵。這種技術(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)采集和處理車輛的各種狀態(tài)信息，為操作人員和智能管理系統(tǒng)提供全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，以確保車輛的穩(wěn)定運(yùn)行和及時(shí)維護(hù)。具體來(lái)說(shuō)，車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）速度監(jiān)測(cè)。通過(guò)安裝在車輛上的速度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的行駛速度。這不僅可以確保車輛在安全的速度范圍內(nèi)行駛，防止超速導(dǎo)致的安全事故，還有助于優(yōu)化運(yùn)輸效率。

（2）位置監(jiān)測(cè)。利用先進(jìn)的定位技術(shù)，如GPS、GLONASS或井下專用的定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的位置。這對(duì)于調(diào)度管理、路徑規(guī)劃和避免碰撞至關(guān)重要，確保車輛始終在預(yù)定的路線上行駛。

（3）電量監(jiān)測(cè)。通過(guò)電池管理系統(tǒng)（BMS）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的電量狀態(tài)。這可以確保車輛在電量不足時(shí)及時(shí)返回充電，避免因電量耗盡而導(dǎo)致的運(yùn)輸中斷或安全事故[4]。通過(guò)車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，煤礦管理人員可以更加有效地監(jiān)控和管理無(wú)軌膠輪車的運(yùn)行狀態(tài)，確保它們?cè)趶?fù)雜的井下環(huán)境中安全、高效地運(yùn)行，從而為煤礦的安全生產(chǎn)和運(yùn)輸效率提供有力保障。

3.1.3 環(huán)境感知技術(shù)

環(huán)境感知技術(shù)是無(wú)軌膠輪車在煤礦井下實(shí)現(xiàn)智能化和自主駕駛的關(guān)鍵技術(shù)之一。該技術(shù)利用多種傳感器和設(shè)備，實(shí)時(shí)感知巷道環(huán)境中的各種信息，為車輛提供全面、準(zhǔn)確的環(huán)境數(shù)據(jù)，從而確保車輛在復(fù)雜的井下環(huán)境中能夠安全、高效地運(yùn)行。具體來(lái)說(shuō)，環(huán)境感知技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）氣體檢測(cè)。煤礦井下的有害氣體是一個(gè)嚴(yán)重的安全隱患。通過(guò)安裝氣體傳感器，無(wú)軌膠輪車可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巷道中的甲烷、一氧化碳等有害氣體的濃度，并在濃度超標(biāo)時(shí)發(fā)出警報(bào)，確保車輛和人員的安全。

（2）光照感知。巷道內(nèi)的光照條件直接影響駕駛員的視線和車輛的行駛安全。通過(guò)光照傳感器，車輛可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巷道內(nèi)的光照強(qiáng)度，并自動(dòng)調(diào)節(jié)車燈的亮度，確保在各種光照條件下都能保持良好的視線和照明效果。

（3）溫度與濕度監(jiān)測(cè)。巷道內(nèi)的溫度和濕度變化可能對(duì)車輛的性能和安全性產(chǎn)生影響。溫度和濕度傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巷道內(nèi)的溫度和濕度變化，為車輛提供必要的數(shù)據(jù)支持，以確保車輛在各種環(huán)境條件下都能穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）障礙物檢測(cè)與避讓。通過(guò)超聲波、紅外或激光雷達(dá)等傳感器，無(wú)軌膠輪車可以實(shí)時(shí)感知巷道內(nèi)的障礙物，如突出的巖石、設(shè)備或其他車輛。當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，車輛會(huì)自動(dòng)進(jìn)行避讓或減速，確保行駛過(guò)程中的安全。

（5）地形識(shí)別。巷道地形的復(fù)雜多變對(duì)車輛的行駛穩(wěn)定性和安全性提出挑戰(zhàn)。通過(guò)地形識(shí)別技術(shù)，如地形高度傳感器或車載攝像頭等，無(wú)軌膠輪車可以實(shí)時(shí)感知巷道的坡度、起伏等地形信息，并調(diào)整行駛策略，以確保在各種地形條件下的安全、高效行駛。

3.2 智能管理方法

3.2.1 車輛調(diào)度管理

在煤礦井下的復(fù)雜環(huán)境中，無(wú)軌膠輪車的調(diào)度管理對(duì)于提高運(yùn)輸效率和安全性至關(guān)重要。通過(guò)智能調(diào)度管理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)軌膠輪車的優(yōu)化配置和高效利用，滿足不斷變化的運(yùn)輸需求。

智能調(diào)度管理系統(tǒng)的核心在于根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和先進(jìn)算法進(jìn)行決策。系統(tǒng)首先收集運(yùn)輸需求信息，包括煤炭、設(shè)備、材料等的運(yùn)輸量、目的地和優(yōu)先級(jí)。同時(shí)，結(jié)合車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)評(píng)估每輛無(wú)軌膠輪車的狀態(tài)，包括電量、維護(hù)狀況、位置等。

基于這些信息，智能調(diào)度管理系統(tǒng)利用優(yōu)化算法進(jìn)行決策，確定最佳的車輛配置和調(diào)度方案。這樣可以確保在滿足運(yùn)輸需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)車輛的高效利用和資源的優(yōu)化配置。系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)輸進(jìn)度和車輛狀態(tài)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)行。通過(guò)智能調(diào)度管理，煤礦可以提高無(wú)軌膠輪車的運(yùn)輸效率，減少空駛和等待時(shí)間，降低運(yùn)營(yíng)成本。

3.2.2 數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化

在煤礦井下的無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析，可以發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題并提出優(yōu)化建議，顯著提高運(yùn)輸效率和安全性。數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化方法主要包括以下幾個(gè)步驟：

（1）數(shù)據(jù)收集與存儲(chǔ)。建立專門的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)收集無(wú)軌膠輪車的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分類存儲(chǔ)。這些數(shù)據(jù)可能包括行駛軌跡、速度、電量消耗、故障記錄等。

（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理。對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、去噪和標(biāo)準(zhǔn)化等預(yù)處理操作，以確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和一致性。

（3）數(shù)據(jù)挖掘與分析。利用大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析。這可以幫助識(shí)別出運(yùn)輸過(guò)程中的瓶頸和問(wèn)題，如車輛故障、電量不足、路徑規(guī)劃不合理等[5]。

（4）問(wèn)題診斷與優(yōu)化建議。基于分析結(jié)果，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行診斷，并提出針對(duì)性的優(yōu)化建議。這些建議可能涉及改進(jìn)車輛設(shè)計(jì)、調(diào)整運(yùn)輸策略、完善維護(hù)計(jì)劃等方面。

（5）持續(xù)改進(jìn)。將優(yōu)化建議轉(zhuǎn)化為實(shí)際行動(dòng)，持續(xù)改進(jìn)無(wú)軌膠輪車的運(yùn)輸管理和維護(hù)保養(yǎng)。通過(guò)不斷迭代和優(yōu)化，可以逐步提高運(yùn)輸效率和質(zhì)量，降低運(yùn)營(yíng)成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.3 故障預(yù)警與處理

故障預(yù)警與處理在無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸中扮演著至關(guān)重要的角色，它有助于確保車輛的安全運(yùn)行并減少因故障導(dǎo)致的運(yùn)輸中斷：

（1）建立故障預(yù)警機(jī)制。利用安裝在車輛上的傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)收集車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，可以識(shí)別出潛在的故障跡象。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)系統(tǒng)可以自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，向管理人員發(fā)送警報(bào)信息。

（2）故障診斷。一旦收到故障預(yù)警，管理人員可以通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)車輛數(shù)據(jù)，進(jìn)行更詳細(xì)的故障診斷。這有助于準(zhǔn)確識(shí)別故障原因和范圍，為快速有效地處理提供依據(jù)。

（3）及時(shí)處理。根據(jù)故障診斷結(jié)果，管理人員可以迅速采取措施。這可能包括遠(yuǎn)程重置系統(tǒng)、調(diào)整運(yùn)行參數(shù)或派遣維修人員前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修理。及時(shí)地處理不僅可以減少故障對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊懀€有助于防止更嚴(yán)重的安全問(wèn)題。

（4）故障記錄與分析。每次故障處理后，相關(guān)信息應(yīng)被詳細(xì)記錄并存儲(chǔ)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的規(guī)律和潛在原因，為預(yù)防性維護(hù)和車輛設(shè)計(jì)改進(jìn)提供有價(jià)值的信息。

4" "結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)軌膠輪車在煤礦井下運(yùn)輸中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，其靈活性、高效性和環(huán)保性使得它成為現(xiàn)代煤礦不可或缺的運(yùn)輸工具。通過(guò)應(yīng)用智能控制技術(shù)和智能管理方法，可以進(jìn)一步提高無(wú)軌膠輪車的運(yùn)輸效率和安全性，實(shí)現(xiàn)煤礦井下運(yùn)輸?shù)闹悄芑途?xì)化管理。然而，為了確保無(wú)軌膠輪車在煤礦井下的安全運(yùn)行，需要充分考慮其適用條件，并結(jié)合實(shí)際情況采取相應(yīng)的安全措施。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，無(wú)軌膠輪車將在煤礦井下運(yùn)輸中發(fā)揮更大的作用，為煤礦的安全生產(chǎn)和高效運(yùn)營(yíng)做出更大的貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：郭勝鑫（1988—），男，漢族，山東膠州人，工程師，本科，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化、采礦。