硯北煤礦南進(jìn)風(fēng)井提升運(yùn)輸自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

包彥明，程建勝

(華亭煤業(yè)集團(tuán)硯北煤礦，甘肅 平?jīng)?744100)

0 引言

斜巷提升運(yùn)輸事故在煤礦安全生產(chǎn)事故中一直占有較大的比例，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：斜巷安全設(shè)施不完善、工人誤操作安全設(shè)施、安全設(shè)施的防護(hù)效果差等是造成斜巷提升運(yùn)輸事故的主要原因。硯北煤礦南進(jìn)風(fēng)井原有的斜井軌道提升運(yùn)輸系統(tǒng)中，絞車的電控裝置、阻車器、擋車器、跑車防護(hù)裝置、行人監(jiān)測(cè)定位裝置、道岔控制裝置、提升信號(hào)裝置、監(jiān)視裝置等安全設(shè)施均由專職崗位人員操作，各裝置獨(dú)立工作，且多數(shù)為不同廠家生產(chǎn)，運(yùn)輸過程中不具備系統(tǒng)性的集中狀態(tài)檢測(cè)和自動(dòng)聯(lián)鎖控制等功能，無法有效實(shí)現(xiàn)“行人不行車，行車不行人”，無法有效保障提升運(yùn)輸安全。應(yīng)用提升運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)是解決這一難題的有效途徑。

1 自動(dòng)化的控制對(duì)象及控制結(jié)構(gòu)

1.1 自動(dòng)化控制對(duì)象

硯北煤礦南進(jìn)風(fēng)井斜長(zhǎng)1 050 m，傾角16°，設(shè)計(jì)有1 187車場(chǎng)、105車場(chǎng)和106車場(chǎng)3個(gè)中部車場(chǎng)及上部車場(chǎng)、下部車場(chǎng)共5個(gè)水平，配有JD-3.5/2.8P型變頻絞車單鉤提升裝備。斜巷軌道安裝有井口道岔2付(其中1付道岔用于存放人車)、3個(gè)中部車場(chǎng)和井底下部車場(chǎng)各有道岔1付，有跑車防護(hù)裝置1套3檔，有2套提升運(yùn)輸信號(hào)裝置(一用一備)。原來6付道岔采用手動(dòng)扳道操作，除井底車場(chǎng)擋車器為電動(dòng)控制方式外，其余各擋車器均為手動(dòng)機(jī)械操作方式，各車場(chǎng)無人員監(jiān)測(cè)定位設(shè)備和阻車器，提升運(yùn)輸安全對(duì)操作人的依賴性很大。采用的提升運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括有提升運(yùn)輸自動(dòng)控制裝置、電動(dòng)司控道岔、阻車裝置、行人監(jiān)測(cè)和和電視監(jiān)視裝置，并將現(xiàn)有提升運(yùn)輸信號(hào)裝置，井底車場(chǎng)電動(dòng)擋車器、跑車防護(hù)裝置通過數(shù)據(jù)通訊接入監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)內(nèi)，增加人員定位設(shè)備并接入監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)閉鎖功能。

1.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

提升運(yùn)輸自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

在絞車房放置礦用隔爆兼本安型計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器、編碼器和隔爆兼本質(zhì)安全型聲光報(bào)警器，用于監(jiān)控和顯示斜巷輔助運(yùn)輸防護(hù)設(shè)備和斜巷內(nèi)行人滯留斜巷情況、并對(duì)這些信息進(jìn)行存儲(chǔ)和查詢。在各水平車場(chǎng)信號(hào)硐室安裝光電式接近傳感器和聲光報(bào)警箱，用于對(duì)進(jìn)入斜巷行人的監(jiān)測(cè)報(bào)警，并將行人報(bào)警信息傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控畫面的顯示和報(bào)警；礦用隔爆兼本安型控制器、操作箱和液壓站，用于本車場(chǎng)的阻車器的控制和操作。監(jiān)控裝置采用主從式體系結(jié)構(gòu)，采用主從分布式管理模式。監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)采用工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)，配有USB和以太網(wǎng)接口，RS485通信模塊，通過通訊模塊，監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)交換，在各分設(shè)備(控制器)中所用的可編程控制器具有RS485通訊接口，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸與通信。

圖1 提升運(yùn)輸自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)施及功能

2.1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)施

絞車房安裝主設(shè)備：在絞車房?jī)?nèi)安裝報(bào)警器、監(jiān)視器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、顯示箱、提升信號(hào)控制箱、編碼器；對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、礦車運(yùn)行位置、故障信息、巷道人員出入報(bào)警信息、操作情況等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和顯示。

人員定位系統(tǒng)設(shè)施：在每個(gè)水平安裝人員定位讀卡分站，對(duì)進(jìn)出車場(chǎng)人員信息進(jìn)行讀取，將該斜巷內(nèi)人員進(jìn)出信息傳至計(jì)算機(jī)，當(dāng)檢測(cè)到有行人進(jìn)入斜巷行車區(qū)域時(shí)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，通過控制器控制本地報(bào)警箱發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒絞車司機(jī)、信號(hào)工注意，絞車自動(dòng)進(jìn)行閉鎖操作，實(shí)現(xiàn)“行人不行車，行車不行人”功能；信號(hào)工可通過網(wǎng)絡(luò)語音設(shè)備對(duì)斜巷內(nèi)進(jìn)行喊話，提醒闖入人員撤離，確保人員安全。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)施：在各車場(chǎng)和斜巷內(nèi)重要位置點(diǎn)設(shè)置攝像儀，對(duì)車場(chǎng)行人和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行視頻圖像采集，在上井口主信號(hào)硐室和絞車房?jī)?nèi)進(jìn)行視頻圖像的畫面顯示，提高系統(tǒng)操作的及時(shí)性和安全性，保證人員安全和設(shè)備的可靠運(yùn)行。

原有設(shè)施改造：對(duì)各水平道岔、阻車裝置進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)道岔自動(dòng)扳道、阻車裝置自動(dòng)控制、道岔位置監(jiān)測(cè)，當(dāng)扳道不到位時(shí)進(jìn)行聲光故障報(bào)警，提醒信號(hào)工和絞車司機(jī)注意設(shè)備故障狀態(tài)，進(jìn)行及時(shí)的維修處理，并對(duì)絞車進(jìn)行閉鎖。

2.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能

片口道岔的監(jiān)控功能：對(duì)片口道岔實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控，對(duì)道岔到位信號(hào)進(jìn)行可靠檢測(cè)，明確指示道岔目前所處位置，不能可靠到位時(shí)進(jìn)行聲光故障報(bào)警，具有道岔遠(yuǎn)程控制和就地手動(dòng)按鈕操作功能。在自動(dòng)模式下根據(jù)信號(hào)點(diǎn)路徑和礦車運(yùn)行位置進(jìn)行道岔的自動(dòng)扳道操作。

阻車裝置監(jiān)控功能：對(duì)巷道內(nèi)擋車器和阻車器運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)與控制，在自動(dòng)模式下當(dāng)絞車下放時(shí)根據(jù)運(yùn)輸路線和礦車運(yùn)行的位置情況自動(dòng)打開、關(guān)閉上部車場(chǎng)和井底車場(chǎng)的擋車器。為了安全起見，中部車場(chǎng)擋車器采用本地按鈕手動(dòng)控制操作，各車場(chǎng)阻車器采用就地手動(dòng)按鈕控制操作。

行人檢測(cè)、報(bào)警和閉鎖功能：在每個(gè)片口位置安裝光電式接近傳感器，通過該傳感器對(duì)進(jìn)出斜巷人員進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到有人進(jìn)入斜巷行車區(qū)域時(shí)，通過控制器控制本地報(bào)警箱發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)將檢測(cè)到的人員數(shù)據(jù)通過通訊傳輸至計(jì)算機(jī)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒絞車司機(jī)、主信號(hào)工和行人注意安全，對(duì)絞車進(jìn)行閉鎖操作，實(shí)現(xiàn)“行人不行車，行車不行人”功能。系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算機(jī)與礦上人員定位系統(tǒng)進(jìn)行通訊，讀取各車場(chǎng)闖入斜巷人員信息，將闖入人員信息在計(jì)算機(jī)上顯示，提醒主信號(hào)工或絞車司機(jī)對(duì)闖入人員進(jìn)行喊話提醒。斜巷內(nèi)各車場(chǎng)均需安裝人員定位讀卡分站1臺(tái)，對(duì)進(jìn)出車場(chǎng)人員信息進(jìn)行讀取，并將該斜巷內(nèi)人員進(jìn)出信息傳至計(jì)算機(jī)或提供人員定位接口和數(shù)據(jù)供系統(tǒng)讀取。

礦車鉤頭位置檢測(cè)和校準(zhǔn)：通過旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)絞車的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)信號(hào)送至計(jì)算機(jī)用于礦車鉤頭的位置和方向顯示，在各車場(chǎng)固定位置安裝校準(zhǔn)傳感器對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，減少礦車運(yùn)行中的位置偏差。礦車運(yùn)行位置用上位組態(tài)軟件顯示在監(jiān)視器上，方便直觀查看。

喊話和故障報(bào)警功能：提升運(yùn)輸過程中當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到有行人闖入斜巷時(shí)，井口和車房聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警并在計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面進(jìn)行顯示闖入人員信息，主信號(hào)工可通過網(wǎng)絡(luò)語音設(shè)備對(duì)斜巷內(nèi)進(jìn)行喊話，提醒闖入人員請(qǐng)撤離。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到設(shè)備故障時(shí)，報(bào)警器立即進(jìn)行聲光報(bào)警輸出，提醒主信號(hào)工和絞車司機(jī)注意設(shè)備故障狀態(tài)，進(jìn)行及時(shí)的維修處理。

顯示功能：在上井口、絞車房和各車場(chǎng)信號(hào)硐室安裝隔爆監(jiān)視器，顯示計(jì)算機(jī)的模擬監(jiān)控畫面，顯示內(nèi)容有：設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、礦車運(yùn)行位置、故障信息、巷道人員進(jìn)入時(shí)的報(bào)警信息、操作記錄等內(nèi)容，可通過鼠標(biāo)鍵盤對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置調(diào)節(jié)。便于操作人員及時(shí)了解運(yùn)輸巷道內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行和人員情況。

與提升信號(hào)的連鎖打點(diǎn)和設(shè)備的自動(dòng)控制：監(jiān)控系統(tǒng)與提升信號(hào)裝置通過數(shù)據(jù)通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)提升信號(hào)裝置所發(fā)出的運(yùn)輸路線和打點(diǎn)信號(hào)指令對(duì)系統(tǒng)內(nèi)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制操作，根據(jù)設(shè)備的動(dòng)作狀態(tài)與提升信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的連鎖打點(diǎn)操作，在保證安全運(yùn)輸條件下提高軌道運(yùn)輸效率。系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行模式下根據(jù)運(yùn)輸路線和礦車的行駛位置進(jìn)行道岔的自動(dòng)扳道操作和運(yùn)輸線路內(nèi)防護(hù)設(shè)備的自動(dòng)控制操作，使礦車順利運(yùn)行。

信息存儲(chǔ)和查詢功能：系統(tǒng)可記錄存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備操作信息和報(bào)警信息。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和操作信息可以通過硬盤進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)，以便對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息進(jìn)行跟蹤分析查詢。

數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和網(wǎng)絡(luò)接口：系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)RJ45通訊網(wǎng)口，便于通過網(wǎng)絡(luò)傳輸方式將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息上傳至遠(yuǎn)端服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)端畫面顯示和管理。

視頻監(jiān)視功能：在各車場(chǎng)和斜巷內(nèi)重要位置點(diǎn)設(shè)置攝像儀，對(duì)車場(chǎng)行人和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行視頻圖像采集，井口道岔和井口車場(chǎng)設(shè)置2臺(tái)攝像儀，中部每車場(chǎng)和井底車場(chǎng)各設(shè)置1臺(tái)攝像儀，斜巷內(nèi)井口和井底擋車器上各設(shè)置1臺(tái)攝像儀，將原有每檔擋車欄處設(shè)置的攝像儀(3臺(tái)攝像儀)接入統(tǒng)一的視頻監(jiān)控畫面，共計(jì)11臺(tái)攝像儀。在上井口主信號(hào)硐室和絞車房?jī)?nèi)進(jìn)行視頻圖像的畫面顯示。視頻監(jiān)視功能可提高系統(tǒng)操作的及時(shí)性和安全性，保證人員安全和設(shè)備的可靠運(yùn)行。

3 結(jié)語

硯北煤礦南進(jìn)風(fēng)井提升運(yùn)輸自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了煤礦裝備自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了“行人不行車，行車不行人”功能，有效預(yù)防了誤操作和跑車事故，確保了斜巷運(yùn)輸和人員安全。