無(wú)軌膠輪車自動(dòng)感應(yīng)防跑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李艷非

(同煤集團(tuán) 雁崖煤業(yè)公司， 山西 大同 037003)

0 引言

大同煤礦雁崖煤業(yè)公司三盤區(qū)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2.2 Mt/a，回采煤層為山西組4#煤層，礦井采用平硐開(kāi)拓方式，采用無(wú)軌膠輪車進(jìn)行人員及物料運(yùn)輸。三盤區(qū)副平硐設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為3 800 m，設(shè)計(jì)坡度為7°，平硐每隔500 m設(shè)置一個(gè)緩沖平段，平段長(zhǎng)度為30 m，在平硐1 500 m處緩沖段安裝了兩道風(fēng)門，主要用于風(fēng)流控制。

由于三盤區(qū)副平硐坡度大、距離長(zhǎng)，在采用無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸時(shí)，長(zhǎng)期處于剎車狀態(tài)，造成車輛剎車系統(tǒng)損壞嚴(yán)重。當(dāng)車輛速度超過(guò)40 km/h時(shí)，剎車系統(tǒng)對(duì)車輛制動(dòng)作用小，易發(fā)生撞車事故。根據(jù)三盤區(qū)輔助運(yùn)輸科統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2018年三盤區(qū)副平硐共計(jì)發(fā)生6起運(yùn)輸事故，其中4起為車輛剎車系統(tǒng)失效造成的撞車事故，共計(jì)造成煤礦經(jīng)濟(jì)損失達(dá)57.8萬(wàn)元，嚴(yán)重威脅運(yùn)輸安全。對(duì)此，通過(guò)技術(shù)研究，設(shè)計(jì)了一套無(wú)軌膠輪車自動(dòng)感應(yīng)防跑系統(tǒng)，并于2018年7月在三盤區(qū)安裝應(yīng)用。

1 無(wú)軌膠輪車自動(dòng)感應(yīng)防跑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 自動(dòng)感應(yīng)防跑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1) 無(wú)軌膠輪車自動(dòng)感應(yīng)防跑系統(tǒng)主要由PLC控制器、速度感應(yīng)器、聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)(80 A)、自動(dòng)感應(yīng)阻車器、膠輪車遠(yuǎn)程控制剎車系統(tǒng)及遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)等部分組成[1]，如圖1所示。

圖1 無(wú)軌膠輪車自動(dòng)感應(yīng)防跑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2) 遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)主要由主機(jī)系統(tǒng)、工業(yè)千兆以太網(wǎng)、井上下網(wǎng)路交換站等部分組成，其主機(jī)系統(tǒng)包括上位機(jī)、顯示器等，在上位機(jī)內(nèi)安裝專業(yè)軟件，并可通過(guò)顯示器進(jìn)行顯示，顯示內(nèi)容主要包括車輛運(yùn)行動(dòng)態(tài)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等。

3) PLC控制器主要與聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)、遠(yuǎn)程控制剎車系統(tǒng)中的集中控制器和速度感應(yīng)器進(jìn)行連接。該裝置主要用于信號(hào)接收、處理、傳輸，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分[2]。

4) 速度感應(yīng)器主要由紅外線發(fā)射器、信號(hào)處理器、報(bào)警器、紅外線接收器等組成。紅外線發(fā)射器安裝在距阻車器10 m位置。紅外線發(fā)射器可發(fā)出連續(xù)紅外線光束，當(dāng)車輛通過(guò)時(shí)，根據(jù)遮擋連續(xù)光束的時(shí)間計(jì)算出車輛速度。

5) 自動(dòng)感應(yīng)剎車系統(tǒng)主要包括控制器、液壓泵、液壓伸縮桿、卷閘裝置、阻車簾等，如圖2所示。該系統(tǒng)安裝在平巷段，且與聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)連接，并同PLC控制器控制實(shí)現(xiàn)阻車器保護(hù)動(dòng)作。

圖2 自動(dòng)感應(yīng)阻車器結(jié)構(gòu)

6) 遠(yuǎn)程控制剎車系統(tǒng)主要包括集中控制器、無(wú)線控制剎車裝置等。集中控制器與PLC控制器之間采用線纜連接，集中控制器與無(wú)線控制剎車系統(tǒng)之間采用無(wú)線信號(hào)傳遞[3]。

1.2 工作原理

1) 首先對(duì)PLC控制器進(jìn)行設(shè)定，在車輛行駛速度大于40 km/h時(shí)進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)無(wú)軌膠輪車在平硐運(yùn)輸中出現(xiàn)剎車系統(tǒng)失靈且車輛經(jīng)過(guò)速度感應(yīng)器時(shí)，信號(hào)處理器及時(shí)將車輛通過(guò)感應(yīng)器的時(shí)間上傳至PLC控制器。

2) PLC控制器接收到數(shù)據(jù)信號(hào)后，及時(shí)對(duì)車輛行駛速度進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)車輛行駛速度大于40 km/h時(shí)，PLC控制器發(fā)出“自動(dòng)剎車”指令至集中控制器。集中控制器接收信號(hào)后，及時(shí)對(duì)無(wú)軌膠輪車進(jìn)行無(wú)線自動(dòng)剎車，同時(shí)速度感應(yīng)器發(fā)出警報(bào)，對(duì)巷道施工人員進(jìn)行警示[4]。

3) 在無(wú)軌膠輪車自動(dòng)剎車的同時(shí)，PLC控制器對(duì)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)發(fā)出“開(kāi)啟”指令。聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)接收指令后，及時(shí)對(duì)自動(dòng)感應(yīng)阻車器進(jìn)行供電。自動(dòng)感應(yīng)阻車器供電后，在控制器作用下液壓泵對(duì)液壓伸縮柱進(jìn)行高壓供液，液壓伸縮柱升起后帶動(dòng)卷閘裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，阻車簾下放進(jìn)行阻車。

4) 當(dāng)無(wú)軌膠輪車停車后，無(wú)線控制剎車裝置復(fù)位，及時(shí)將停車信號(hào)傳遞至PLC控制器。PLC控制器進(jìn)行信號(hào)處理后，對(duì)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)發(fā)出“關(guān)閉”指令。聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)接收指令后，對(duì)自動(dòng)感應(yīng)阻車器進(jìn)行斷電處理。在控制器的控制作用下自動(dòng)感應(yīng)阻車器的液壓系統(tǒng)停止工作，阻車簾自動(dòng)收起。

5) 系統(tǒng)在控制過(guò)程中PLC控制器將系統(tǒng)中各裝置運(yùn)行狀態(tài)、阻車情況、車輛運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)傳送至網(wǎng)絡(luò)交換站，然后利用工業(yè)以太網(wǎng)傳送至地面主機(jī)系統(tǒng)中，并通過(guò)顯示器直觀顯示，操控人員可通過(guò)界面按鈕進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制。

2 自動(dòng)感應(yīng)防跑系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 主要優(yōu)點(diǎn)

1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于操作維護(hù)，故障率低。整套系統(tǒng)的成本費(fèi)用為1.42萬(wàn)元，成本費(fèi)用低。該系統(tǒng)可用平硐、斜井等巷道內(nèi)，應(yīng)用區(qū)域廣，且受礦井施工工藝、地質(zhì)條件影響小，實(shí)用性強(qiáng)。

2) 自動(dòng)化水平高。與傳統(tǒng)人工機(jī)械阻車相比，該系統(tǒng)對(duì)車輛速度計(jì)算、車輛速度控制及阻車動(dòng)作采用系統(tǒng)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守的目的，不但降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，而且提高了車輛控制自動(dòng)化水平[5]。

3) 防撞效果好。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)車輛速度精確計(jì)算并進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)剎車控制，避免了傳統(tǒng)人工剎車時(shí)因剎車系統(tǒng)損壞或人工制動(dòng)不及時(shí)而發(fā)生重大運(yùn)輸事故。另外，該系統(tǒng)采用彈性阻車簾進(jìn)行阻車。與傳統(tǒng)防撞條相比，阻車簾對(duì)車輛阻車效果好，且阻車過(guò)程中對(duì)車輛損壞力度小。

2.2 系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題

1) 由于巷道敷設(shè)的高壓電纜數(shù)量多，高壓電纜產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)無(wú)線系統(tǒng)的影響大，很容易對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

2) 受巷道內(nèi)粉塵及淋水影響，自動(dòng)感應(yīng)防跑系統(tǒng)很容易出現(xiàn)故障，需定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

雁崖煤業(yè)公司汽車運(yùn)輸隊(duì)與2018年7月對(duì)三盤區(qū)副平硐780 m、1 740 m處安裝2套自動(dòng)感應(yīng)防跑系統(tǒng)。截至2019年1月，通過(guò)6個(gè)月應(yīng)用效果觀察發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)在運(yùn)行期間未發(fā)生因膠輪車剎車系統(tǒng)故障而導(dǎo)致的撞車事故，全年可為煤礦節(jié)約無(wú)軌膠輪車檢修費(fèi)用達(dá)45萬(wàn)元，有效保證了礦井運(yùn)輸安全。

4 結(jié)論

同煤集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司針對(duì)副平硐無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)的事故率高、防撞措施差等技術(shù)難題，通過(guò)技術(shù)研究，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)感應(yīng)防跑系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)自動(dòng)化水平高、阻車效果好，有效降低了膠輪車運(yùn)輸事故率，保證了運(yùn)輸安全，并在其他煤礦得到了推廣。