礦用防爆膠輪車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

尹文強(qiáng)

（大同煤礦集團(tuán)朔州煤電有限公司輔助運(yùn)輸管理處， 山西 朔州 038300）

引言

隨著煤礦自動(dòng)化水平不斷提高，無(wú)軌膠輪車在我國(guó)多數(shù)大中型煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。與傳統(tǒng)電機(jī)車相比，具有靈活性強(qiáng)、運(yùn)輸速度快、受環(huán)境限制小以及對(duì)運(yùn)輸?shù)缆芬蟮偷葍?yōu)點(diǎn)。目前，井下主要采用隔爆型無(wú)軌膠輪車，且采用柴油作為動(dòng)力來源，膠輪車在運(yùn)輸過程中作為獨(dú)立運(yùn)輸單元予以管理[1-2]。但是隨著煤礦不斷開拓延伸，受礦井溫度、濕度、粉塵濃度以及運(yùn)輸線路坡度等影響，無(wú)軌膠輪車在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)在油溫高、剎車失靈、防爆性能失效等，嚴(yán)重影響礦井輔助運(yùn)輸效率，若對(duì)每一輛無(wú)軌膠輪車進(jìn)行獨(dú)立管理時(shí)，不僅勞動(dòng)強(qiáng)大、管理效率低，而且安全檢查失誤率高。基于這種情況，大同煤礦集團(tuán)朔州煤電有限公司輔助運(yùn)輸管理處設(shè)計(jì)了一套防爆膠輪車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

1 無(wú)軌膠輪車安全運(yùn)輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)

1.1 安全運(yùn)行要素

1）由于無(wú)軌膠輪車長(zhǎng)期在井下潮濕的環(huán)境中行駛，其發(fā)動(dòng)機(jī)表面由于散熱不佳常常出現(xiàn)溫度過熱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較熱而巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛冗^高時(shí)，很有可能引起井下瓦斯爆炸，給礦井帶來巨大的安全隱患。因此，在車輛行駛時(shí)要實(shí)時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)表面的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2）無(wú)軌膠輪車在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，尾氣溫度隨著排放量的增多逐漸升高，按照《煤礦安全規(guī)程規(guī)定》相關(guān)規(guī)定，無(wú)軌膠輪車的尾氣溫度必須小于77℃，高于77℃的尾氣很可能引起尾氣中的殘油燃燒爆炸。

3）無(wú)軌膠輪車在長(zhǎng)時(shí)間行駛時(shí)，要定期為膠輪車填補(bǔ)冷卻水。冷卻水主要起到為膠輪車各個(gè)部件降溫的作用。司機(jī)在車輛行駛中，不僅要時(shí)刻觀察膠輪車水溫及水位變化，發(fā)現(xiàn)溫度較高或水位較低時(shí)，及時(shí)填補(bǔ)，還要在行駛途中利用冷卻水對(duì)路面進(jìn)行噴霧，防止巷道內(nèi)浮動(dòng)的粉塵遇到高溫發(fā)生爆炸。

1.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

由于無(wú)軌膠輪車常處于動(dòng)態(tài)軌跡，因此需安裝一套能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)膠輪車軌跡的系統(tǒng)。地面調(diào)度中心可以通過監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)對(duì)膠輪車進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控分站利用各類監(jiān)控設(shè)備將收集的影像資料傳遞到調(diào)度大廳，調(diào)度大廳的處理器根據(jù)膠輪車行駛的數(shù)據(jù)及狀態(tài)，將車輛信息投到電腦屏幕上，同時(shí)為井下各巷道的膠輪車提供行駛指令，控制各盤區(qū)的車輛的運(yùn)行，防止發(fā)生碰撞事故。井下實(shí)際輔助運(yùn)輸工作中，監(jiān)控系統(tǒng)還可以將車速、運(yùn)行軌跡、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、巷道瓦斯?jié)舛?、油壓以及尾氣排放量等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，并將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過微機(jī)系統(tǒng)處理，處理后的信號(hào)再經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線傳遞到通信分站，最后所有信號(hào)統(tǒng)一傳遞到調(diào)度大廳，并顯示大屏幕上，方便調(diào)度員對(duì)膠輪車的指揮。

2 井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面操控系統(tǒng)、PLC、通訊模塊、微機(jī)處理器、數(shù)據(jù)收集器、工業(yè)以太網(wǎng)、傳感器等部分組成，這些傳感器在收集到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)傳遞到中央處理器后，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析將各車的運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，如下頁(yè)圖1所示。

2.2 處理器的選型

該系統(tǒng)采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理器，可以迅速地將各類數(shù)據(jù)經(jīng)過邏輯處理，多路輸入處理速度快且體積較小，完全能夠適用于井下實(shí)際生產(chǎn)。現(xiàn)將該處理器的優(yōu)點(diǎn)匯總?cè)缦拢?/p>

1）該處理器擁有多集成資源及兩種存儲(chǔ)器，可以實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程更新，同時(shí)有55個(gè)接口，非常適用于多路數(shù)據(jù)采集。

2）運(yùn)行電量低。芯片在全速工作狀態(tài)下會(huì)以72 MHz運(yùn)行，此時(shí)的芯片能耗僅為30 mA，而芯片在怠速狀態(tài)時(shí)的能耗僅為5 μA，且芯片有多種低功耗模式進(jìn)行選擇。

圖1 無(wú)軌膠輪車安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 傳感器的選擇

無(wú)軌膠輪車監(jiān)控系統(tǒng)采用國(guó)外進(jìn)口的傳感器，分別對(duì)膠輪車油溫、速度、尾氣溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該傳感器具有質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、測(cè)量范圍廣的特點(diǎn)，而且無(wú)需其他輔助配件就可以進(jìn)行測(cè)試，可以與各類處理器端口相連，現(xiàn)已用于大多數(shù)礦井無(wú)軌膠輪車上。

2.4 軟件程序的設(shè)計(jì)

無(wú)軌膠輪車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，按照功能需要分別對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)的程序進(jìn)行編制，然后將各子程序匯總到主程序中，主程序就實(shí)現(xiàn)了所有的監(jiān)測(cè)功能。在車輛啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)首先會(huì)進(jìn)行自檢，查看膠輪車啟動(dòng)及停止是否異常。如發(fā)現(xiàn)問題系統(tǒng)會(huì)及時(shí)報(bào)警提醒司機(jī)與調(diào)度人員。自檢合格的車輛可以上路行駛，在行駛過程中，系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)監(jiān)測(cè)車輛各項(xiàng)參數(shù)是否正常，如其中一項(xiàng)未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警[3-5]。

2.5 應(yīng)用原理

井下隔爆無(wú)軌膠輪車在運(yùn)輸過程中，當(dāng)機(jī)油溫度過高、膠輪車剎車失靈失效以及膠輪車油壓故障時(shí)，通過膠輪車內(nèi)安裝的各種傳感器可及時(shí)將收集數(shù)據(jù)上傳至PLC控制，PLC接收數(shù)據(jù)信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行處理，并發(fā)出保護(hù)指令；同時(shí)PLC控制器將各類數(shù)據(jù)信號(hào)通過工業(yè)以太網(wǎng)上傳至地面操控室主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，并通過顯示器直觀顯示井下運(yùn)輸無(wú)軌膠輪車運(yùn)行狀態(tài)等各種技術(shù)措施，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理目的。

3 結(jié)語(yǔ)

2018年2月，鐵峰煤礦在其井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)安裝了一套防爆膠輪車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，截止2018年10月，通過10個(gè)月應(yīng)用效果觀察發(fā)現(xiàn)，安裝該系統(tǒng)后，提高了膠輪車運(yùn)輸管理水平，降低了無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸管理勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了膠輪車運(yùn)輸效率，在該系統(tǒng)使用期間監(jiān)測(cè)到僅有2次膠輪車剎車失靈超速現(xiàn)象，7次油溫超高現(xiàn)象，大大降低了無(wú)軌膠輪車故障率，保證了礦井輔助運(yùn)輸安全穩(wěn)定運(yùn)行。