煤礦井下電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

盧艷君

(西山煤電 東曲煤礦，山西 古交 030200)

0 引言

礦用電機(jī)車是煤炭運(yùn)輸過程中的重要機(jī)械設(shè)備，隨著煤礦開采量的不斷增加，電機(jī)車的運(yùn)載任務(wù)也相應(yīng)增加，導(dǎo)致井下礦用電機(jī)車的數(shù)量增多，車輛使用頻率不斷提升，大大增加了電機(jī)車的運(yùn)輸管理難度，而且在運(yùn)輸過程中也產(chǎn)生了很多運(yùn)輸安全事故，對(duì)煤礦的經(jīng)濟(jì)效益和安全管理產(chǎn)生了一定的影響，也使得礦用電機(jī)車的運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)面臨巨大的考驗(yàn)[1]。礦用電機(jī)車在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的安全事故主要有以下幾種[2]：①闖紅燈；②超速脫軌；③追尾碰撞；④誤倒車。這四種情況是目前電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生的安全事故，其中，追尾碰撞和超速脫軌事故發(fā)生頻率最高。一旦發(fā)生上述安全事故，不僅給電機(jī)車本身帶來了損壞，威脅到了工作人員的生命健康，也影響了煤礦的正常運(yùn)營(yíng)。目前，大部分電機(jī)車車載系統(tǒng)裝備了彈性緩沖器、過電流保護(hù)裝置以及車載瓦斯斷電儀等設(shè)備來保障電機(jī)車的運(yùn)輸安全，但實(shí)際效果并不理想。

針對(duì)上述問題，本文在原有電機(jī)車信集閉系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計(jì)了一套安全防護(hù)系統(tǒng)，主要具有防闖紅燈功能、防超速脫軌功能、防追尾碰撞功能、防誤倒車功能及視頻監(jiān)控功能。

1 電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)總體架構(gòu)

優(yōu)化后的礦用電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。在原有電機(jī)車信集閉系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了霍爾傳感器檢測(cè)、超聲波收發(fā)檢測(cè)、紅燈信號(hào)檢測(cè)、射頻識(shí)別檢測(cè)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和聲光報(bào)警裝置。根據(jù)設(shè)計(jì)的具體方案，通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)將防闖紅燈、防誤倒車、防追尾碰撞、防超速脫軌、視頻監(jiān)控、報(bào)警各項(xiàng)功能融合到原有信集閉系統(tǒng)中，共同構(gòu)建一個(gè)礦用電機(jī)車井下軌道運(yùn)輸安全保障系統(tǒng)，降低安全事故的發(fā)生率。井上監(jiān)控調(diào)度中心與車載監(jiān)控系統(tǒng)之間通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通信，以太環(huán)網(wǎng)的建立提高了通信的擴(kuò)展性，可方便其他系統(tǒng)直接接入信集閉系統(tǒng)。

圖1 礦用電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)總體架構(gòu)

2 電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 防闖紅燈功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

防闖紅燈功能設(shè)計(jì)要求：電機(jī)車在煤礦運(yùn)輸過程中遇到紅綠燈時(shí)，若綠燈亮，則電機(jī)車正常運(yùn)輸和行駛；若紅色亮，則電機(jī)車停止運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)車因特殊情況發(fā)生不停車情況時(shí)，報(bào)警裝置觸發(fā)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)電機(jī)車在報(bào)警裝置的提示下被控?cái)嚯娡Ｖ惯\(yùn)行。

此項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)需要原有信集閉系統(tǒng)、紅燈信號(hào)檢測(cè)器及電機(jī)車車載系統(tǒng)相配合。首先通過信集閉系統(tǒng)將電機(jī)車的運(yùn)行路線設(shè)定好，電機(jī)車按照設(shè)定的路線行駛。當(dāng)電機(jī)車經(jīng)過紅綠燈路口時(shí)，由紅燈信號(hào)檢測(cè)器對(duì)紅綠燈狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到電機(jī)車車載系統(tǒng)的主控制器上進(jìn)行處理。當(dāng)檢測(cè)到為綠燈時(shí)，主控制器輸出低電平信號(hào)，電機(jī)車正常行駛；當(dāng)檢測(cè)到為紅燈時(shí)，主控制器會(huì)輸出高電平信號(hào)，由該信號(hào)控制電機(jī)車的報(bào)警與制動(dòng)，預(yù)防電機(jī)車闖紅燈情況的發(fā)生。

2.2 防超速脫軌功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

防超速脫軌功能設(shè)計(jì)要求：電機(jī)車在煤礦運(yùn)輸過程中，當(dāng)因運(yùn)輸速度過快發(fā)生超速現(xiàn)象時(shí)，電機(jī)車車載監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)輸出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)控制調(diào)速器降低運(yùn)行速度，防止超速脫軌情況發(fā)生。

為實(shí)現(xiàn)此功能，系統(tǒng)采用霍爾傳感器對(duì)電機(jī)車運(yùn)行速度進(jìn)行檢測(cè)[3]，將其安裝在電機(jī)車的車軸上，通過車載控制器最終可將車軸轉(zhuǎn)動(dòng)的速度轉(zhuǎn)化為電機(jī)車的實(shí)際運(yùn)行速度。系統(tǒng)設(shè)置了電機(jī)車運(yùn)行速度的限定范圍，基于該速度范圍來對(duì)實(shí)際運(yùn)行速度進(jìn)行判定，當(dāng)電機(jī)車的實(shí)際運(yùn)行速度超出設(shè)定的速度范圍時(shí)，則電機(jī)車車載系統(tǒng)觸發(fā)聲光報(bào)警裝置同時(shí)控制調(diào)速器降低電機(jī)車運(yùn)行速度。

2.3 防追尾、碰撞功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

防追尾、碰撞功能設(shè)計(jì)要求：電機(jī)車在煤炭運(yùn)輸過程中，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到兩輛電機(jī)車之間車距小于預(yù)設(shè)的距離值時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警裝置，向監(jiān)控調(diào)度中心上傳信息同時(shí)自動(dòng)運(yùn)行剎車減速指令，確保電機(jī)車運(yùn)行的安全性，防止追尾和相撞等安全事故的發(fā)生。

此項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)采用了射頻識(shí)別檢測(cè)技術(shù)，需要安裝射頻通訊儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)性檢測(cè)。通過射頻識(shí)別檢測(cè)技術(shù)，可對(duì)兩輛電機(jī)車之間的車距進(jìn)行判斷分析，保證車與車之間的安全運(yùn)行距離，確保機(jī)車的行車安全。

2.4 防誤倒車功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

防誤倒車功能設(shè)計(jì)要求：電機(jī)車在倒車過程中，當(dāng)電機(jī)車與障礙物之間的距離超過安全距離時(shí)，觸發(fā)報(bào)警裝置，提示監(jiān)控調(diào)度中心工作人員；當(dāng)遠(yuǎn)小于安全距離時(shí)，自動(dòng)控制電機(jī)車停止運(yùn)行。

此項(xiàng)功能通過超聲波收發(fā)器實(shí)現(xiàn)，將該裝置安裝在電機(jī)車兩側(cè)。當(dāng)電機(jī)車進(jìn)行倒車操作時(shí)，超聲波收發(fā)器開始工作，探頭自動(dòng)開啟探測(cè)功能，面向各個(gè)方向進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，顯示屏上會(huì)實(shí)時(shí)顯示電機(jī)車與障礙物之間的距離，一旦超過事先設(shè)定好的安全距離，那么報(bào)警裝置將會(huì)被觸發(fā)，提醒監(jiān)控調(diào)度中心；當(dāng)遠(yuǎn)小于安全距離時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)控制電機(jī)車停止運(yùn)行。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

將在原有電機(jī)車信集閉系統(tǒng)的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)后的安全防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際礦井中，在安裝試運(yùn)行三個(gè)月期間，電機(jī)車闖紅燈、超速行駛的情況大幅度減少，通過升級(jí)后的安全防護(hù)系統(tǒng)，工作人員可在顯示屏上實(shí)時(shí)掌握前后方電機(jī)車之間的運(yùn)行狀態(tài)，防護(hù)系統(tǒng)可根據(jù)兩車之間的距離判斷是否有追尾碰撞事故發(fā)生。系統(tǒng)在試運(yùn)行期間安全事故發(fā)生率大大減少，與無防護(hù)系統(tǒng)相比減少了90%左右，表明優(yōu)化設(shè)計(jì)后的安全防護(hù)系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期要求，提高了礦用電機(jī)車的安全管理能力，間接為煤礦企業(yè)帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

針對(duì)礦用電機(jī)車運(yùn)輸過程中存在的安全事故問題，如闖紅燈、超速脫軌、誤倒車、追尾、碰撞等，為了防止此類事故的發(fā)生，在原有電機(jī)車信集閉系統(tǒng)的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)了一套安全防護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了霍爾傳感器檢測(cè)、超聲波收發(fā)檢測(cè)、紅燈信號(hào)檢測(cè)、射頻識(shí)別檢測(cè)等技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用效果表明，新設(shè)計(jì)的安全防護(hù)系統(tǒng)大大降低了電機(jī)車安全事故的發(fā)生率，保障了煤礦運(yùn)輸?shù)陌踩煽啃裕瑸榈V井電機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)提供了一定的參考。