張萬永
(中煤平朔發(fā)展集團有限公司,山西朔州 036000)
隨著能源需求的不斷擴大,對煤礦的發(fā)展要求越來越高,本質(zhì)安全與智能化礦井建設(shè)已被國家列入相關(guān)要求。礦井井下輔助運輸設(shè)備如絞車、架空電車、單軌吊、齒軌車、防爆膠輪車等運輸設(shè)備在斜井和立井中普及使用。隨著新時代煤礦安全發(fā)展硬性需求,煤礦輔助運輸系統(tǒng)設(shè)備不斷淘汰更新。防爆膠輪車運輸以其高效性、適用性、經(jīng)濟性、安全性而發(fā)展為礦井井下輔助運輸?shù)闹饕问健?/p>
據(jù)不完全統(tǒng)計,全國中大型礦井,特別是在大區(qū)域煤炭生產(chǎn)基地,礦井輔助運輸85%以上使用防爆膠輪車運輸。但隨著煤礦井下膠輪車的大量投入使用以及煤礦井下環(huán)境的復(fù)雜性,井下防爆膠輪車輔助運輸?shù)牟话踩匀找嫱怀?,安全事故頻頻發(fā)生,急需建立防爆膠輪車使用的規(guī)范、標準,以適應(yīng)煤礦本質(zhì)安全發(fā)展的需求。在防爆膠輪車現(xiàn)有安全狀況下進行理論探討和可行性研究,為盡快發(fā)展煤礦井下無軌膠輪車安全運行智能系統(tǒng)的應(yīng)用打下堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。
針對井下防爆膠輪車生產(chǎn)廠家不一、車型眾多的特點(經(jīng)調(diào)查礦用防爆膠輪車至少有20 多個種類,大小、尺寸不一),目前對井下現(xiàn)有車輛的安全要求僅停留在生產(chǎn)廠家根據(jù)自身設(shè)計和使用采購單位要求安裝簡易的車載報警和倒車報警等常規(guī)的安全保護,對車輛安全運行和人員防撞達不到本質(zhì)安全可靠性,存在極大的缺陷,這也是導(dǎo)致井下無軌膠輪車發(fā)生安全事故和人身事故的根本原因。以WCJS18RE 型防爆無軌膠輪車為例,說明該車型的基本功能、結(jié)構(gòu)及使用。
WCJS18RE 型防爆無軌膠輪車是一款以防爆柴油機為動力,液力傳動、四輪驅(qū)動的井下無軌式運輸機械。主要用于煤礦井下人員運輸,采用國產(chǎn)六缸發(fā)動機,性能穩(wěn)定,動力強勁;特質(zhì)煤礦井下專用運人底盤,安全系數(shù)高、運行穩(wěn)定、速度快、制動安全,可實現(xiàn)煤礦井上至井下一次性運輸人員,降低了工人勞動強度,是井下人員運輸?shù)氖走x車型。主要技術(shù)特點如下:
(1)特制高強度中央鉸接車架,分體長度短,適應(yīng)于斜井、罐籠立井;四輪驅(qū)動,爬坡能力強,通過性好。
(2)采用雙回路液壓制動系統(tǒng)(在其中一條液壓回路出現(xiàn)故障時,另一條液壓回路可以正常實施制動),提高制動安全性能。
(3)設(shè)置行車、駐車緊急兩套制動系統(tǒng),兩套制動系統(tǒng)相互獨立互不干涉。行車制動采用輪邊濕式多盤制動器,能夠適應(yīng)長距離下坡工況。駐車、停車制動采用美國進口元件,為失效安全性(即在車輛行車制動系統(tǒng)失效、或發(fā)動機突然停機時,制動器失去油壓,內(nèi)部制動彈簧回位,制動器鎖死,從而實現(xiàn)自動制動停車,進一步提高安全性能)。設(shè)有手動解除制動系統(tǒng),方便維修及拖車。
(4)采用多種安全保護措施提高安全性能,包括排氣溫度、發(fā)動機水溫、發(fā)動機表面溫度、低水位、機油壓力、瓦斯?jié)舛鹊?,其中任何一項指標超出或不達標,車輛立即自動停車熄火保護。
(5)采用新型防爆波紋盤式阻火裝置,質(zhì)量輕,可減少功率損失15%,日常清理維護方便、排氣阻力小、運行成本低,更換波紋片便可達到新阻火器的性能。
(6)采用煤礦專用底盤,液壓助力中央鉸接轉(zhuǎn)向,拐彎半徑小,機動靈活,駕駛舒適性好。
(7)全封閉式客箱,運行安全性好,車廂內(nèi)可增設(shè)操縱機構(gòu),實現(xiàn)雙向駕駛。
(8)車廂三門側(cè)開,內(nèi)部有通長的左、右雙排座椅,各座位試制保險帶,便于乘坐。
(9)后車廂內(nèi)設(shè)置報警按鈕,便于乘車人員與司機溝通。
(10)第四代國Ⅲ高壓共軌柴油機,排放達到GB 20891—2014第3 階段要求。
(11)車輛互鎖裝置:當后車廂車門打開時,停車制動器自動處于工作狀態(tài),確保乘車人員安全。
(12)車輛閉鎖裝置:行車過程中車輛自動閉鎖,車門無法打開,確保行車安全。
通過WCJS18RE 型防爆無軌膠輪車的相關(guān)技術(shù)要求和功能使用可以看出,礦井防爆膠輪車雖然通過改造加裝防碰撞、可視等安全設(shè)施,但仍存在設(shè)計上氣動起停車保護連鎖不可靠不穩(wěn)定、制動系統(tǒng)故障、未設(shè)置超速限速保護、視線盲區(qū)、井下條件、管理缺陷等原因而發(fā)生碰、撞、擠等車輛損壞、傷人事故,達不到本質(zhì)安全的效果和目的。在對于如何安全運行,怎樣做到安全可靠,杜絕設(shè)備和人身事故,達到輔助運輸本質(zhì)安全還沒有完整的體系標準和切實可靠的具體措施,是急需解決的問題。
煤礦井下防爆膠輪車運輸真正實現(xiàn)本質(zhì)安全運行,應(yīng)做好以下工作:①車輛必須使用更加安全可靠的濕式多盤制動器;②車輛應(yīng)具有先導(dǎo)本安型電控、液控聯(lián)鎖自動啟停車控制方式;③車輛超速時自動限速控制功能;④具有煤礦井下人與車、車與車區(qū)域定位功能,通過物聯(lián)原理實現(xiàn)車輛區(qū)域識別、集束散發(fā)、人車分離、精準測距、報警停車的可靠的本質(zhì)安全系統(tǒng),進而將物聯(lián)原理推廣到煤礦其他區(qū)域系統(tǒng)。
前三項工作標準可以在設(shè)計、技術(shù)革新上解決,以下重點論述如何實現(xiàn)煤礦井下人與車、車與車區(qū)域定位功能,通過物聯(lián)原理實現(xiàn)車輛范圍識別、集束散發(fā)、人車分離、精準測距、報警停車的可靠的本質(zhì)安全系統(tǒng)。
按照國家建設(shè)煤礦智能化礦井要求,礦井必須建設(shè)完善煤礦井下六大系統(tǒng),其中人員精確定位系統(tǒng)包括環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)、讀卡分站、人員定位分站、識別卡、電源箱、終端等,目前各礦井在建設(shè)礦井時都已實現(xiàn)。
人員定位系統(tǒng)是一種結(jié)合位置物聯(lián)網(wǎng)、GIS 可視化等技術(shù),通過系統(tǒng)智能分析和多源數(shù)據(jù)的立體展示,實現(xiàn)地面調(diào)度全方位了解井下全區(qū)域人員空間位置,對井下人員有序調(diào)度,實時安全預(yù)警及應(yīng)急狀態(tài)智能調(diào)控,有效提高安全管理。
目前,一些礦井簡單實現(xiàn)了對車輛的點位置定位管理,并能實時傳送到調(diào)度集中監(jiān)控調(diào)度管理。但實現(xiàn)車輛安全運行和人員安全管理,杜絕運輸事故和人員傷害,就必須做好人車互聯(lián)、車車互聯(lián),也就是井下每輛車都能實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)的每一個入井人員、每一輛車進行識別并進行智能安全判斷,實現(xiàn)絕對安全。解決方案是在煤礦現(xiàn)有的人員定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上,實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)(如采煤工作面輔助運輸巷道,有人有車的巷道)車輛和人員定位(范圍識別);車輛對人員識別(一對多點),辨識人員、精準測距;設(shè)定安全距離語音提醒和報警停車。安全距離識別精準度是確保人員安全的可靠保障,要具備識別人員坐在車輛內(nèi)部的三維空間定位功能,和在安全距離內(nèi)(如9 m 內(nèi)開始報警,1.5 m 內(nèi)停車)實現(xiàn)絕對保護。絕對保護就是人員在車輛以外1.5 m 范圍內(nèi)確保車輛自動停車。在人員辨識方面,為提高精準辨識人員,可以在車輛前后及盲區(qū)位置增加基于人體感溫傳感熱成像智能防護系統(tǒng),和人員位置定位系統(tǒng)相互補充,實現(xiàn)本質(zhì)安全。
關(guān)于井下人員精確定位系統(tǒng),據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,目前煤礦安裝使用的井下人員定位監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)商有十幾家,系統(tǒng)不統(tǒng)一,軟硬件不一樣,給井下無軌膠輪車安全運行智能系統(tǒng)的安裝應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。實現(xiàn)車輛智能系統(tǒng)與礦井現(xiàn)有人員定位系統(tǒng)軟硬件的兼容是必須優(yōu)先解決的問題。需要開發(fā)一個車輛智能模塊化子系統(tǒng),與各礦井的人員定位監(jiān)控系統(tǒng)進行兼容,這需要礦井人員定位監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)單位參與合作或提供相關(guān)的兼容措施。
智能化礦山基礎(chǔ)信息平臺、信息管控平臺、智能化車載終端系統(tǒng),需要安裝井下交通信號燈和更換原基站內(nèi)定位模塊,從而實現(xiàn)防爆膠輪車精準定位與智能調(diào)度、紅綠燈自動控制、車輛超速監(jiān)測報警、重點區(qū)域限流和限入、人員安全防護及車載智能終端顯示功能。同時,通過定位、視頻、語音、廣播系統(tǒng)的互聯(lián)互通與應(yīng)急聯(lián)動,實現(xiàn)人車一體化調(diào)度,貫徹“叫得靈、叫得通”的系統(tǒng)特征,隨時呼叫目標車輛,及時與礦調(diào)度室及其他部門和人員建立聯(lián)系,提高運輸工作效率與礦井輔助運輸安全保障性(圖1)。
圖1 防爆膠輪車輔助運輸智能化管理系統(tǒng)
輔助運輸智能信息化生產(chǎn)管控系統(tǒng)包括車輛調(diào)度、物資管理、運輸過程監(jiān)測等環(huán)節(jié),聯(lián)動控制,借助輔助運輸車輛運行信息管控平臺,實現(xiàn)對車輛基本信息、運維信息、車輛運行等信息的統(tǒng)一管理。車載智能化系統(tǒng)包括車載智能終端、毫米波雷達、基于熱成像的人員智能防護系統(tǒng)、駕駛員危險動作識別系統(tǒng)、倒車影像、倒車雷達等,用于提升輔助運輸車輛的信息化水平和主動安防能力。
(1)采用先進、成熟、實用的UWB(Ultra Wide Band,超寬帶)定位技術(shù),靜態(tài)定位精度可達到30 cm。
(2)井下控制箱采集、分析車輛實時位置信息。
(3)系統(tǒng)決策信號參考車輛位置、方向、數(shù)量、時間等多種條件綜合判斷控制信號燈,提高系統(tǒng)的通用性。
(1)車輛定位:基于UWB 精確定位技術(shù)實現(xiàn)對車輛在井下的實時位置信息監(jiān)測,并能夠以車輛的位置信息為基礎(chǔ)進行車輛行駛避讓信號的自動控制;定位準確,為信號閉鎖提供車輛接近、進入和離開信號控制區(qū)域提供實時的、準確的依據(jù)。
(2)信息展示功能:系統(tǒng)軟件顯示定位卡號、當前坐標、距離值、移動方向等車輛實時信息。
(3)報警提醒功能:可展示所有車輛的報警信息,包含車牌號、開始時間、報警類型等,其中報警類型又可分為超速報警、闖紅燈報警、超時停留報警、闖入報警、低電壓報警、求救報警等。
(4)信號燈自動控制:系統(tǒng)能夠按照礦井車輛運行方式、礦井條件和車輛的定位信息,自動控制井下交叉路口、錯車硐室設(shè)置的信號燈。信號自動控制時,可實現(xiàn)車輛接近優(yōu)先閉鎖、區(qū)間占用閉鎖、區(qū)間車輛超限閉鎖,閉鎖可區(qū)分車輛類型(重型車、輕型車)控制。地面系統(tǒng)主備機、傳輸網(wǎng)絡(luò)故障時,不影響井下信號控制功能。
(5)人工調(diào)度優(yōu)先功能:系統(tǒng)具備人工調(diào)度優(yōu)先的功能。特殊情況下,可通過地面主機的系統(tǒng)軟件發(fā)送調(diào)度命令,指定區(qū)間車輛上行或下行的優(yōu)先順序,井下控制箱按照接收的控制命令對信號燈進行控制,實現(xiàn)地面人工調(diào)度。
(6)數(shù)據(jù)管理功能:系統(tǒng)軟件監(jiān)聽并存儲總線數(shù)據(jù),能夠?qū)\行過程數(shù)據(jù)、系統(tǒng)操作記錄等信息進行存儲、查詢,可以對車輛歷史軌跡進行回放、重演,還可對車輛運行、司機違章、車輛出現(xiàn)的故障信息等建立數(shù)據(jù)庫管理。
(7)遠程聯(lián)網(wǎng)管理功能:系統(tǒng)軟件提供標準的通訊協(xié)議,可方便地與全礦井平臺或其他系統(tǒng)平臺匯接。
(8)車輛運行信息管理:可實時記錄、顯示井下車輛運行情況,及車速、里程、水溫、油溫等車輛運行信息。
(9)車輛運維信息管理:對礦上使用的各種型號車輛進行全生命周期管理,記錄從到礦后的維修信息,包括維修時間、配件更換情況、維修費用等信息,建立數(shù)據(jù)庫管理,依托于維修信息的記錄分析,可以實現(xiàn)針對各種型號車輛的年/月/周維修費用統(tǒng)計、易損壞部件統(tǒng)計、易損壞部件計劃性維修等功能。
(10)車載智能化管理:具備車輛運行數(shù)據(jù)顯示、車輛運行視頻顯示、語音交互、司乘對講等功能;具備撥號、語音通話、視頻通話等功能,通過井下的通信網(wǎng)絡(luò)和調(diào)度系統(tǒng),實現(xiàn)調(diào)度通話功能;通過采集、判斷車輛運行信息,具備超速報警、車輛故障判斷功能;具備數(shù)據(jù)上傳功能,可借助井下通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)視頻、車輛運行信息上傳功能。
防爆膠輪車輔助運輸智能化應(yīng)用改造可以基本實現(xiàn)井下車輛調(diào)度、定位、報警、信息傳送的信息自動化,但仍然沒有實現(xiàn)膠輪車輔助運輸?shù)闹悄芑举|(zhì)安全運行,沒有徹底解決人車互聯(lián)、人車三維識別以及人體感溫傳感熱成像的智能化要求,與當前以至今后煤礦的本質(zhì)安全發(fā)展仍有差距,需要進一步將理論研究和實踐應(yīng)用相結(jié)合,推廣使用井下5G 系統(tǒng)的智能化研究和升級,實現(xiàn)快速、精準的礦山智能數(shù)字化管理,以實現(xiàn)防爆膠輪車輔助運輸?shù)谋举|(zhì)安全。