礦用電機車運輸安全防護技術研究

梅 東

（平煤股份八礦 河南 平頂山 467012）

1 基本概況

井下運輸大巷是礦井運輸的大動脈，大巷運輸安全是煤礦安全生產的前提和基礎。 八礦井下運輸大巷全長為19400米，分為東、西兩翼運輸大巷。 東翼主要包括丁一、己三、己三擴大采區；西翼主要包括戊二、戊一、己二、戊四、己四下延采區。 除戊二、丁一采區由膠帶機輸送原煤以外，其他采區出煤系統都依賴電機車往返式輸送。

目前，八礦大巷運輸主要依賴于泄露電纜語音通訊系統和KJ15A 礦井機車運輸監控系統。泄露電纜語音通訊系統是由地面敷設一根泄露電纜， 在井下沿運輸大巷分為東西兩段，組成專用語音通訊線路。 KJ15A 礦井機車運輸監控系統是2003 年由合肥工大負責調試安裝， 它是集散式工業控制系統，系統以二級計算機網絡為核心，該系統由地面敷設一根四芯通信電纜，用于掛接井下分站，每根最多可以掛接16臺分站，目前八礦井下分為三個區域，共計安裝分站20 臺。

2 現狀分析

近年來，隨著煤炭市場的持續高漲，井下大巷運輸越來越繁重，通常采取增加運輸車輛和車次的方式，但是井下礦車的滯留、損壞礦車數量的不確定等因素，直接導致礦車利用率低，運輸原煤量下降；或者采用提高車速等措施來應對，但是，也帶來了許多不利因素和安全隱患。 最嚴重的是因為電機車司機注意力不集中，反應遲鈍，觀察判斷失誤或疲勞瞌睡，不負責任以及道岔錯位、誤打道岔等原因，大巷軌道運輸電機車迎面相撞和追尾事故時有發生，特別是迎面相撞事故由于極大的動力和慣性，造成的后果非常嚴重，可能會損毀軌道、路基、車輛和運送的設備，甚至造成冒頂、塌方、火災等事故，若運送人員的車輛相撞后果更為嚴重，將造成大量人員受傷。

3 總體設計與研究

3.1 總體設計

整套系統由地面中心站、無線射頻卡、防爆兼本安電源、傳輸電纜、防追尾聲光報警器、測速傳感器、超聲波傳感器、電壓電流互感器、工業以太環網等組成。

地面中心站主要由系統主機、UPS 電源、 監視器或大屏幕、數據服務器等構成。 系統主機負責數據采集、分析、處理、記錄、顯示及打印，對系統的參數、功能進行設置；系統采用雙機熱備份結構、配置UPS 電源，從而實現不間斷工作，監視器或大屏幕用于顯示網絡攝像儀接收到的圖像，數據服務器用于存儲視頻和數據。 同時，系統提供網絡功能，在調度室、總工程師室、礦領導辦公室等地的客戶端計算機可通過局域網接入系統查詢實時數據，檢索、打印歷史數據；同時，系統可以通過網絡將系統信息傳送到上一級管理機構。

系統井下部分主要包括、防爆兼本安電源、傳輸電纜、防追尾聲光報警器、測速傳感器、超聲波傳感器、電壓電流互感器、工業以太環網。 防追尾聲光報警器安裝在機車控制室，當遇到紅燈、與其他機車過近、速度過快時，報警器能發出報警并采取相應的制動措施； 無線射頻卡負責接受井下人員，礦車的數據交換、協議轉換；測速傳感器、超聲波傳感器、電壓電流互感器具體安裝位置應根據實際情況決定。 系統工作過程中，無線射頻卡將接收到的車輛標識卡ID 號碼、機車防追尾報警器發送的數據經工業環網上傳至調度室地面中心站，數據服務器將接收的數據信息寫入統一SQL 數據庫，并進行統計、分析，為管理人員查詢與管理提供服務。

1）設計的指導思想：本設計方案力求在現有的人員定位系統、信集閉系統條件下，將礦機車的監測、防相撞、防闖紅燈、防追尾、防倒車誤行、防超速脫軌等功能融合進來，形成一個礦井大巷軌道運輸安全綜合保障系統，達到資源共享的目的。 使八礦大巷軌道運輸的安全提高一個層次，能有效防止一些事故的發生，以及事故發生后能及時得到當時的機車運行狀態和相關參數，對找出事故原因及經驗教訓提供數據支持。

2）設計的目的：針對八礦大巷軌道機車、礦車數量多，流量大，人員相對密集和乘車點分散等特點，設計出礦井大巷軌道運輸安全綜合保障系統，保障大巷軌道運輸的安全。

3）系統的設計原則：

（1）簡便性，在不需要鋪設大量的線纜的情況下，保證數據的有效傳輸；

（2）靈活性和適應性，外界的環境和需求是在不斷的變化的，系統要能盡快適應這種改變，而不需要重新在開發；

（3）一致性和完整性，一致性是指系統中信息編碼、采集、信息通信具備一致的標準；完整性是指系統作為一個統一的整體而存在，系統功能盡量完整；

（4）可靠性，保證系統硬件軟件的正常運行；

（5）經濟性，最大限度的節約系統開發的開支。 將能利用的資源都盡量用上，組織協調好各個部門的職責，共同配合完成。

3.2 實現功能

1）防闖紅燈

與信集閉系統相結合， 當紅燈閉鎖時可以輸出報警，在司機強行闖紅燈時控制機車斷電停車， 實現防闖紅燈功能。采用紅綠燈檢測傳感器作為防闖紅燈的信號采集部分，數據處理的核心采用嵌入式ARM7 處理器，采用數據遠傳模塊與信集閉系統分站通信。 當機車接近紅燈位置時信集閉系統分站發出控制信號經數據遠傳模塊接收，接收后的數據信號經ARM7 處理器數據運算處理得出的結果與紅綠燈傳感器采集的紅綠燈信號比較。 如果是可以允許機車通過的綠燈信號，輸出控制信號為低電平信號。 如果是禁止機車通過的紅燈信號，輸出控制信號為高電平，輸出的高電平控制信號再控制開關量或者電壓、電流器件使機車斷電剎車。

2）防追尾、防相撞

用嵌入式ARM7 通過射頻通訊模塊對周邊機車的運行狀態進行連續的、快速的檢測，在距離判別后進行輸出報警，從而為機車的安全運行提供了安全保障。 報警器單車時，可以顯示本車的車號。 當機車在同一巷道中有其他車輛靠近時，循環顯示其它車輛的車號，報警器紅燈閃爍,并自動發出“機車靠近，注意安全”的語音提示；當同軌道的兩輛機車靠近時射頻模塊在發射信號的同時也接收到一組信號數據。 處理器將這組數據經運算處理后輸出兩路控制信號，一路控制語音電路發出報警提示，另一路經光耦隔離后輸出隨電機車速度快慢變化的頻率信號來控制電機車變頻器。 當同軌道的機車靠近后迫使電機車減速防止電機車追尾。 行駛在兩條軌道上的電機車、 電機車上的防追尾信號通訊頻率是不一樣的，是不報警的。 當行駛在兩條軌道上的電機車轉向同一條軌道的道岔位置時、電機車防追尾信號的光電傳感器被安裝在道岔位置的發射器觸發。 光電傳感器接收的的信號經濾波、隔離、整形后送給ARM7 處理器。 處理器處理后輸出一路控制信號、 控制射頻模塊改變成同一軌道上的頻率信號，實現雙軌機車在單軌上的防追尾、防相撞功能。 達到人車安全的目的。

3）防超速脫軌

報警器采用高性能霍爾傳感器可對機車的運行速度進行連續快速的檢測，速度超過設定值時，控制輸出信號實現報警且輸出點控制機車調速器以達到降低車速。 當機車繼續靠近行駛至危險距離時報警器可自動觸發，報警器有多組報警觸點輸出，外加一機械聯動機構用以控制帶動氣剎制動閥拉臂動作，使制動閥上、下兩腔的進氣口分別與本腔的出氣口相通，使儲氣筒前、后腔的空氣分別通過制動閥的上、下腔進入后、前制動氣室，從而促進制動器進入工作，此可做為電機車氣剎控制，控制機車在危險距離實施剎車的目的。

電機車行駛時安裝在電機車輪上的高強磁鐵不斷掃過霍爾傳感器。 霍爾傳感器接收的脈沖信號經濾波、隔離、整形后送給ARM7 處理器。 處理器計算處理后輸出一路頻率信號和多路報警電壓信號，報警信號可接繼電器蜂鳴器，頻率信號可控制電機車調速。

4）防倒車誤行

采用溫濕度傳感器補償的高精度超聲波測距傳感器，距離可調,可同步顯示周邊物體距離，讓機車司機可放心安全倒車。 防追尾報警器防撞功能顯示器裝在機車司機可看到的位置，探頭安裝在機車尾部及周圍，當機車一進入倒車狀態，防追尾報警器自動觸發，防撞功能模塊開始工作，機車周圍各探頭以45 度角輻射，上下左右搜尋目標，同時模塊自動發送8 個40khz 的方波，自動檢測處理返回的信號，從而計算出車體與障礙物之間的距離，以數字形式顯示在防追尾報警器防撞功能顯示器上，它不停地提醒司機車距后面物體還有多少距離，到危險距離時，蜂鳴器就開始鳴叫，讓司機停車。

5）機車定位及軌跡跟蹤

能夠對井下機車的分布情況、分布區域實時監測，實時監測全礦井井下機車總數、各個工作地點機車總數、其他區域機車總數；

能夠對井下機車行進路線進行跟蹤記錄，生成歷史行進軌跡。

6）機車統計

能夠精確統計機車運行過程中的車速、車號、司機姓名、運行時間、電壓、電流等數據，并可按各種條件生成多種靈活的統計報表。 同時，將依據系統報警信息，生成闖紅燈和機車違章報表，使管理人員對井下車輛的運行情況有更全面的了解，通過管理頁面還可以直觀的看到車輛運行狀態，是否違章行車等信息。

4 結論

隨著井下機械化不斷的提高， 巷道的延伸越來越長，不可避免的要鋪設軌道來運輸人力、物力，對礦機車的運輸安全保障提出了更高的要求。 根據目前八礦大巷軌道運輸的現狀、 運輸危險地段和人員相對密集的乘車點分散的特點，對礦井大巷運輸安全進行研究，以確保生產正常進行，提高生產效率，給八礦帶來更好的經濟效益。 因此本項目的各項研究預期成果在目前和未來具有廣闊的市場前景。

礦機車運輸安全防護技術研究借助人員定位無線通訊技術，實現機車定位、計數、軌跡追蹤等管理功能；將數據上傳存儲進行統計分析，為管理者提供全面服務。 同時，防護技術對現有信集閉系統進行了補充，真正實現了智能化和自動化，極大地提高系統的可靠性、穩定性和智能化水平，使礦井大巷軌道運輸獲得更安全的保證。