機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用與研究

王曉明

【摘 要】在煤礦井下煤炭生產(chǎn)運輸過程中，需要鋪設(shè)長距離軌道線路。若運輸大巷沒有配備機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)，將存在較大安全隱患，且降低運輸效率。文章以葛泉礦KJ539機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用為背景展開研究。并對該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、特點和應(yīng)急處理等進行了說明。

【關(guān)鍵詞】煤礦；井下運輸；KJ539；機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)

1、引言

井下煤炭運輸作業(yè)是煤礦安全生產(chǎn)的重要組成部分。傳統(tǒng)的煤礦井下機車監(jiān)控多采用以下兩種類型：一是基于軌道傳感器的機車監(jiān)控系統(tǒng)，缺點是為了獲取機車位置信息，在軌道上安裝大量的位置傳感器，采用這種安裝形式的傳感器易損壞且定位精度差；二是基于射頻識別技術(shù)的定位方法，但該技術(shù)在通信過程中也容易因信息碰撞而丟失。針對井下特殊環(huán)境和傳統(tǒng)機車監(jiān)控方法的不足，提出了KJ539型井下機車監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)具有成本低、功耗低、網(wǎng)絡(luò)容量大、響應(yīng)速度快、抗干擾性強、定位范圍廣且精度高及漏檢率低等特點，具有較好的實用性和先進性。

2、KJ539機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)主要目標

“KJ539機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)”可以建立一個可視化、自動化、信息化、集成化的井下運輸監(jiān)控系統(tǒng)，保證井下運行安全，提高車輛運行效率。同時為礦井環(huán)境、人員、設(shè)備等安全監(jiān)測提供擴展應(yīng)用，形成集成化的綜合監(jiān)測監(jiān)控平臺，實現(xiàn)礦山災(zāi)害預(yù)警和突發(fā)事件救助。通過綜合數(shù)據(jù)傳輸平臺，為安全監(jiān)控提供網(wǎng)絡(luò)支撐；通過交通信號燈控制系統(tǒng)，為井下車輛安全行駛提供信號指示；通過車輛定位系統(tǒng)，為井下車提供精確的定位，以及追尾報警燈；通過調(diào)度中心管控平臺，實現(xiàn)井下實時監(jiān)控、集中管理，形成一個可視化、自動化、數(shù)字化的礦車運輸監(jiān)控系統(tǒng)；通過運輸監(jiān)控系統(tǒng)，為其他系統(tǒng)提供硬件通信接口，形成一個集成化的礦井安全生產(chǎn)綜合監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。

3、KJ539機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)的原理

3.1 網(wǎng)關(guān)的基本工作原理

監(jiān)控網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)絡(luò)光纜，一方面接受工控機的訪問，將所收集的檢測信息整理打包，上傳給工控機，同時接受工控機下發(fā)的控制指令；另一方面礦用本安型膠輪車運輸監(jiān)控網(wǎng)關(guān)自己將不停地對所連接的檢測設(shè)備進行檢測，如接收器膠輪車累計請求信息、顯示器和彎道報警器的回測信息等，并下達控制命令，控制顯示器。

3.2 基站的基本工作原理

基站通過接收車載機、信號燈、道岔等設(shè)備的信號，傳輸?shù)较鄳?yīng)的網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)關(guān)上報工控機，檢測機車編號、位置、方向、道岔和信號燈的狀態(tài)等信息。系統(tǒng)運行時，車載機將車號編碼及調(diào)度、管理所需的其它編碼信息鍵控調(diào)制后用無線電的方式發(fā)送出去，這些信息被安裝在巷道各監(jiān)測點的基站接收后，傳給網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)絡(luò)傳至上位機監(jiān)控系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)實時顯示車號、車類等信息。

3.3 信號燈的基本工作原理

信號燈的基本工作原理是：系統(tǒng)根據(jù)路段占用情況和膠輪車位置狀況，決定對信號燈發(fā)出何種顯示信號命令，信號燈接收顯示信號命令時，顯示所需的信號，如紅燈或綠燈。同時信號燈也將自身當前顯示模式，回送給系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)，以告知自身顯示狀態(tài)。若信號燈與系統(tǒng)失去通訊，10秒鐘后自動復(fù)位。

3.4 道岔裝置的工作原理

首先由調(diào)度員發(fā)出操作命令或計算機自動發(fā)出控制命令后，通過網(wǎng)絡(luò)傳到司控道岔所在系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)，由系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)再發(fā)控制命令，控制命令以編碼的形式傳送到司控道岔執(zhí)行器內(nèi)，執(zhí)行器執(zhí)行命令。

4、KJ539機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)主要功能分析

4.1 定位功能

4.1.1實時定位跟蹤：對井下移動車輛的實時位置、運行軌跡、分布情況等進行定位跟蹤，并記錄他們在各區(qū)域及各監(jiān)測點的停留時間。

4.1.2定位顯示：可在計算機終端或LED顯示器設(shè)備上，以電子地圖、漢子、表格等形式，實時顯示井下車輛的定位信息。

4.2 監(jiān)控功能

4.2.1安全監(jiān)測監(jiān)控：對各巷段交通道口的信號燈標識，進行自動切換及聯(lián)動控制；對井下車輛移動對象安全監(jiān)測。

4.2.2緊急事件處理：當?shù)V井發(fā)生緊急情況時，系統(tǒng)可以提供車輛和駕駛遠在各區(qū)域的分布信息，系統(tǒng)可以提供井下各區(qū)域車輛和人員的最新歷史分布信息，輔助指揮人員制訂救援方案。

4.2.3無線視頻監(jiān)控：通過在大型膠輪車上安裝無線攝像機，可實現(xiàn)對膠輪車經(jīng)過的巷道進行監(jiān)控，實時了解巷道內(nèi)的人員、車輛的情況。

4.3 調(diào)度功能

調(diào)度員可通過監(jiān)控主機，根據(jù)井下車輛位置、交通狀況等信息，編組分配車輛運輸任務(wù)；也可根據(jù)緊急調(diào)度的需要，控制信號指示燈。

4.4 報警功能

4.4.1異常行駛報警：系統(tǒng)可以自動診斷車輛闖紅燈、車輛滯留巷道內(nèi)等異常情況，并且通過地面調(diào)度中心的監(jiān)控終端，以聲光等模式報警模式給予報警提示。

4.4.2故障診斷報警：當系統(tǒng)和設(shè)備出現(xiàn)故障后，地面調(diào)度中心的監(jiān)控終端可發(fā)出聲響告警，并顯示故障的種類和地點，以便維護人員采取應(yīng)急措施。

4.4.3追尾報警功能：當膠輪車距離過近時，車載機發(fā)出語音報警、提示駕駛員注意行車安全，避免事故的發(fā)生。

4.5 查詢功能

4.5.1綜合信息查詢：系統(tǒng)可對井下車輛、人員流動、安全檢測點、設(shè)備和系統(tǒng)運行等信息進行查詢；還可以根據(jù)管理需要、以部門、班次、人員等屬性查詢車輛信息。

4.5.2實時信息查詢：可在電子地圖上按監(jiān)控路徑，查詢此范圍內(nèi)所有車輛實時信息。

4.5.3歷史信息查詢：可以按時間段對車輛歷史行程軌跡（路徑、故障、次數(shù)等）進行查詢，并可以通過電子地圖可視化再現(xiàn)，或通過文本，報表等形式顯示。

4.6 管理功能

4.6.1系統(tǒng)管理功能：用戶管理、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理等。

4.6.2GIS管理：電子地圖管理、編輯等操作功能維護等。

4.6.3監(jiān)控管理：監(jiān)控規(guī)則管理、報警規(guī)則管理、聯(lián)動控制管理等。

4.6.4信息管理：統(tǒng)計、分析、顯示、查詢、報表、打印等。

4.7 聯(lián)網(wǎng)功能

4.7.1通過綜合信息管理平臺的接口，可實現(xiàn)與礦山安全信息管理系統(tǒng)和“感知礦山物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”的信息集成、資源共享，為礦山安全生產(chǎn)監(jiān)督、管理、指揮、決策等提供重要的信息依據(jù)。

4.7.2根據(jù)用戶屬性和權(quán)限，可實現(xiàn)多用戶、多地點查看以及遠程訪問。

5、KJ539機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)主要優(yōu)點研究

5.1無線參數(shù)優(yōu)化組合

無線通信技術(shù)在井下封閉環(huán)境中的應(yīng)用與地面自由空間的應(yīng)用差別很大，很多技術(shù)參數(shù)需要根據(jù)井下現(xiàn)場環(huán)境來配置，沒有可借鑒的成功案例。其關(guān)鍵在于：需要根據(jù)井下運輸巷道的物理環(huán)境、車輛類型和車速、道口特點等，確定主要參數(shù)的最佳組合，確保無線通信的可靠性和適用性。

5.2 靈活的組網(wǎng)方式

井下已巷道為主，其道路呈帶狀線性結(jié)構(gòu)，長距離的無線傳輸不僅路徑損耗大、延時大，而且存在信號傳輸不穩(wěn)定、檢測誤差大、電池能耗不均勻、能量供應(yīng)和維護困難等技術(shù)難題。但是井下具有動態(tài)部署、流動作業(yè)的需要和有些場所難以布線的特點，要求系統(tǒng)采用有線和無線相結(jié)合的組網(wǎng)方式，即可接入礦山現(xiàn)有的工業(yè)環(huán)網(wǎng)，又可獨立組網(wǎng)，形成靈活可靠的組網(wǎng)模式，以適應(yīng)井下特定環(huán)境，方便擴展，同時保證井下通信的可靠性。

5.3可靠的信號控制

系統(tǒng)需根據(jù)運輸巷的道口特點，建立自適應(yīng)控制模型和算法定義，為多方向行駛車輛提供信號指示，同時還需避免因多標簽沖突、多基站沖撞以及車輛違章行駛等異常情況，造成交通信號錯報和系統(tǒng)紊亂。

5.4 準確的定位跟蹤

系統(tǒng)需建立符合井下線性巷道結(jié)構(gòu)特點的定位算法定義，保證車輛準確定位、實時跟蹤。

5.5 適應(yīng)性控制策略

系統(tǒng)需根據(jù)各類礦山（煤礦山、非煤礦山）、各種車輛（有軌膠輪車、無軌膠輪車）、井下道路特點和車輛管理模式，建立適應(yīng)性的信號控制邏輯。

6、小結(jié)

綜上所述，葛泉礦通過運用KJ539機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)，充分發(fā)揮了該系統(tǒng)技術(shù)先進、性能可靠、操作簡單、易于維護等優(yōu)點，它的安裝，為葛泉礦安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

參考文獻：

[1] 李心平.基于射頻識別的煤礦井下人員跟蹤系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng)[D].山東：山東科技大學，2007.

[2] 李英建.煤礦井下機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].山東：山東科技大學，2009.

（作者單位：冀中能源股份有限公司葛泉礦）