新街礦區(qū)井下智能交通系統(tǒng)研究

賈 楠，牛云鵬

(神華新街能源有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古 伊金霍洛旗 017211)

0 前 言

新街礦區(qū)設(shè)計(jì)6°緩坡副斜井，井筒斜長6563 m。副斜井為單車道，每隔800 m設(shè)置一條聯(lián)絡(luò)巷兼做會讓車點(diǎn)。輔助運(yùn)輸巷道為單車道雙向行駛，每隔200 m設(shè)置一條聯(lián)絡(luò)巷兼做會讓車點(diǎn)。新街礦區(qū)井下輔助運(yùn)輸全部采用無軌膠輪車運(yùn)輸，根據(jù)新街臺格廟礦區(qū)產(chǎn)能規(guī)劃，初步計(jì)算每個礦井的輔助運(yùn)輸車輛在87臺以上。新街礦區(qū)井下無軌膠輪車，按照用途分為3類：中、輕型無軌膠輪車，井下材料鏟運(yùn)車、采掘工作面大型設(shè)備運(yùn)輸車，不同類型的車輛在井下巷道中并行工作。車輛運(yùn)輸系統(tǒng)由于受到井下巷道內(nèi)空間尺寸、光線強(qiáng)度等多方面因素的影響，地面車輛交通系統(tǒng)的一些通用管理方式無法適用。再加上煤礦管理的粗放性，尚未把井下無軌膠輪車運(yùn)輸系統(tǒng)在巷道網(wǎng)絡(luò)中的交通流運(yùn)行狀態(tài)作為交通運(yùn)輸控制的目標(biāo)，出現(xiàn)堵車、撞車等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響井下交通運(yùn)輸系統(tǒng)正常的安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為煤礦安全生產(chǎn)帶來很大的困難。如何安全高效、節(jié)能環(huán)保的管理好這些車輛，是新街公司的一個重要任務(wù)，也是數(shù)字化礦區(qū)建設(shè)的需要。

新街礦區(qū)井下智能交通系統(tǒng)是在《建設(shè)神華數(shù)字礦山》及新街礦區(qū)數(shù)字化建設(shè)的規(guī)劃與要求下，在新街礦區(qū)綜合集中控制平臺框架下建設(shè)的專項(xiàng)控制子系統(tǒng)，旨在解決新街礦區(qū)井下長距離6°緩坡交通信號控制及指揮，對井下交通進(jìn)行智能化跟蹤、監(jiān)控、指揮、調(diào)度，以提高車輛運(yùn)行過程的安全性、高效性。

1 新街礦區(qū)井下智能交通系統(tǒng)的功能

常規(guī)交通信號系統(tǒng)通常是一個開環(huán)定時系統(tǒng)，其定時的長短需事先人為測算再來設(shè)定，采用開環(huán)定時系統(tǒng)在運(yùn)行車輛少時會降低企業(yè)生產(chǎn)效率。因此井下交通信號系統(tǒng)迫切需要采用車輛與交通信號連鎖的閉環(huán)系統(tǒng)，利用無線射頻定位技術(shù)，對井下車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動跟蹤、定位，然后通過網(wǎng)絡(luò)將車輛的狀態(tài)信息反饋至后臺控制系統(tǒng)，后臺控制系統(tǒng)通過車輛的狀態(tài)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷，控制紅綠燈狀態(tài)，從而指揮井下車輛正常運(yùn)行。具體功能如下：

(1) 新街礦區(qū)的緩坡副斜井長約6.6 km，如果井下膠輪車還采用傳統(tǒng)的柴油作為動力，會產(chǎn)生大量的尾氣，對整個礦井的通風(fēng)系統(tǒng)及礦工的身體健康造成很大壓力和影響，為了解決車輛在斜井巷道長距離運(yùn)輸所產(chǎn)生的空氣污染問題，井下車輛應(yīng)采用蓄電池做為動力，新街公司應(yīng)與有關(guān)廠商進(jìn)行大功率電動膠輪車的研發(fā)，從而達(dá)到礦井車輛的無污染、零排放、低能耗、低噪音的目標(biāo)。

(2) 車輛要安裝車輛標(biāo)識卡和機(jī)車保護(hù)監(jiān)控儀，車輛標(biāo)識卡唯一標(biāo)識一輛車，相當(dāng)于這輛車的身份證，車輛的信息存儲在卡中，車輛標(biāo)識卡采用有源無線射頻技術(shù)，使井下運(yùn)行車輛通過井下無線射頻測點(diǎn)時，無需直接接觸、無需光學(xué)可視、無需人為干預(yù)即可完成信息采集和處理。機(jī)車保護(hù)監(jiān)控儀由顯示器、主機(jī)、各類傳感元件組成，可監(jiān)測車輛的水溫、表溫、水位、車速、油溫、油壓(如果采用電車監(jiān)測參數(shù)改為電壓、電流等)、里程及沿途瓦斯?fàn)顟B(tài)，并實(shí)時上傳到地面集控中心主機(jī)。當(dāng)發(fā)生監(jiān)測超標(biāo)或傳感元件故障時，顯示器進(jìn)行聲光報(bào)警，并顯示相應(yīng)的報(bào)警內(nèi)容。如該報(bào)警達(dá)到停車條件，主機(jī)能夠啟動停車機(jī)構(gòu)，迫使車輛熄火，防止安全事故發(fā)生。機(jī)車保護(hù)監(jiān)控儀也應(yīng)具有射頻接口或其它更先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠的無線傳輸接口。

(3) 在井下需管制的各區(qū)段安裝射頻接收裝置(讀卡器)，巷道內(nèi)合理、經(jīng)濟(jì)的布置一定數(shù)量的分站，巷道十字路口、丁字路口等錯車區(qū)設(shè)置信號機(jī)，當(dāng)帶有車輛標(biāo)識卡的車輛通過讀卡器時，讀卡器實(shí)時接收車輛識別卡、機(jī)車保護(hù)監(jiān)控儀發(fā)出的射頻信號然后傳至分站，分站對采集到的信息進(jìn)行處理，接入井下防爆交換機(jī)，最終上傳到地面集控中心，集控中心通過下井車輛的運(yùn)行狀態(tài)、位置狀態(tài)等，經(jīng)分析處理后，再通過網(wǎng)絡(luò)指揮控制信號燈控制器控制紅綠燈，從而控制車輛的運(yùn)行。

(4) 井下自動實(shí)現(xiàn)區(qū)間閉鎖、敵對進(jìn)路的閉鎖、信號機(jī)閉鎖等類似“信集閉”系統(tǒng)的全部功能，保障車輛運(yùn)行安全。

(5) 在新街礦區(qū)規(guī)劃的生產(chǎn)綜合監(jiān)控平臺上集成智能交通運(yùn)輸子系統(tǒng)，具體軟件功能主要包含有：井下交通監(jiān)控圖(二、三維監(jiān)控圖能一鍵切換)，能實(shí)時顯示各分站、讀卡器及信號燈、LED提示牌的狀態(tài)及各區(qū)段當(dāng)前車輛的行駛方向、位置、車輛數(shù)、車型、車牌號、車速等；下井車輛及設(shè)備維護(hù)，包括：車輛編號、登記、車輛歸類等，分站設(shè)備、讀卡器、車輛標(biāo)識卡的登記和維護(hù)等；井下機(jī)車管理一覽表，包括車輛上下井時間、卡號、車類型、位置、行車軌跡、違章記錄等諸多內(nèi)容，形成車輛的各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表，以便為事故分析提供依據(jù)。

(6) 地面集控中心分為自動控制和人工控制。在自動控制模式下，系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)輸大巷內(nèi)車輛的當(dāng)前位置，通過信號燈的自動控制，指揮車輛有序前進(jìn)。在非正常運(yùn)行模式下，由集控中心人員人工切換信號燈狀態(tài)進(jìn)行交通調(diào)度。

(7) 違章或車輛在巷道內(nèi)停留時間過長以及其它意外情況時，將引起系統(tǒng)的聲光報(bào)警。系統(tǒng)要實(shí)時顯示發(fā)生報(bào)警的時間、位置及類型等。

(8) 對車輛的維修保養(yǎng)過程進(jìn)行跟蹤，輔助對車輛進(jìn)行日常車輛管理。

(9) 井下系統(tǒng)設(shè)備要具有故障預(yù)警及自診斷功能，系統(tǒng)可自動檢測節(jié)點(diǎn)讀卡器故障，并向監(jiān)控系統(tǒng)管理員發(fā)出預(yù)警，提醒監(jiān)控系統(tǒng)管理員及時排除設(shè)備故障，避免由于節(jié)點(diǎn)讀卡器故障引起的信號燈失控和信息誤判。

(10) 借助生產(chǎn)監(jiān)控平臺的優(yōu)勢，與其它各子系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對其它子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，使系統(tǒng)之間進(jìn)行聯(lián)動：比如車輛發(fā)生故障和視頻監(jiān)控的聯(lián)動；為避免巷道空氣污染超標(biāo)和通風(fēng)系統(tǒng)的聯(lián)動等。

2 新街礦區(qū)井下車輛行車規(guī)則

為了保障系統(tǒng)的良好使用和車輛運(yùn)行安全，本系統(tǒng)遵循“統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則，對準(zhǔn)許下礦井的車輛實(shí)行“一車一卡”制。制定井下車輛行車規(guī)則，基本規(guī)則如下：

(1) 司機(jī)只有在區(qū)段入口信號機(jī)亮綠燈時，才可以駛?cè)耄?/p>

(2) 司機(jī)在正常情況下不允許在區(qū)段內(nèi)倒車、調(diào)頭；

(3) 司機(jī)可以在錯車區(qū)內(nèi)錯車、調(diào)頭；

(4) 在正常情況下，司機(jī)不允許在區(qū)段內(nèi)停車；在運(yùn)輸過程中，車輛在途經(jīng)某一區(qū)段時，需完整駛出，禁止在內(nèi)部停車；

(5) 當(dāng)司機(jī)駛?cè)脲e車區(qū)內(nèi)時，與該錯車區(qū)相連的任意區(qū)段的防護(hù)信號機(jī)亮綠燈時，司機(jī)可轉(zhuǎn)向駛?cè)脒@一區(qū)段，而不必考慮其它區(qū)段的防護(hù)信號機(jī)情況；

(6) 當(dāng)車輛所要經(jīng)過的下一區(qū)段被其他車占用，其入口處信號機(jī)亮紅燈時，車輛只允許在鄰近下一區(qū)段的錯車區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備錯車并等待信號機(jī)開放綠燈，此時，必須完全進(jìn)入錯車等待位置，不允許占用對方行駛線路；

(7) 在區(qū)段入口的信號機(jī)亮綠燈時，一輛車不允許緊跟另一輛車之后進(jìn)入該區(qū)段，兩車的行車間隔需保持在10 m以上，車量在井筒內(nèi)的間距不得小于300 m。

3 結(jié) 論

新街礦區(qū)井下智能交通系統(tǒng)要充分的依托生產(chǎn)綜合監(jiān)控平臺，要做到與其它子系統(tǒng)的無縫連接、數(shù)據(jù)共享，利用無線射頻、計(jì)算機(jī)自動控制、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，對井下各種運(yùn)行車輛進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和定位指揮調(diào)度，自動控制信號燈的變換，使車輛司機(jī)嚴(yán)格按照正常有序的行車規(guī)則進(jìn)行工作，真正有效地解決車輛避讓問題，排除了由撞車或追尾所帶來的人員傷亡及嚴(yán)重影響生產(chǎn)的安全隱患。

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