煤礦井下交通信號控制系統在神東礦區的應用

神東煤炭集團設備管理中心 李 明

煤礦井下交通信號控制系統在神東礦區的應用

神東煤炭集團設備管理中心 李 明

神東煤炭集團井下運輸采用無軌膠輪車，由于巷道寬度及光線強度的局限性，一旦兩車在巷道內交會，極易產生兩車相撞以及車輛堵塞等情況，造成交通癱瘓，不僅嚴重地影響了車輛的運行效率，而且也存在著較大的安全隱患。為了在一定程度上保障車輛的順暢通行，提高道路運輸效率，減少交通事故發生，滿足煤礦的安全生產需求，針對井下的實際情況設計使用了井下交通信號控制系統，系統具備反應快、性能可靠、操作簡單、現場環境適應性強等特點。

車輛檢測傳感器；PLC控制柜；LED信號燈

1. 前言

神東煤炭集團神東礦區地處陜北、蒙南、晉西三省交界，作為中國神華能源股份有限公司下屬的核心煤炭生產基地，自1998年陜西神府、內蒙東勝兩公司合并以來，神華神東礦區煤炭產量連年以千萬噸速度增長，并于2005年率先成為中國第一個億噸級煤炭生產基地。目前擁有13個礦井，整體產能近2億噸/年。近年來隨著公司高產高效的發展，神東礦區井下綜采工作面距離井口越來越遠，巷道延伸距離加長，巷道復雜多樣，井下運輸車輛數量眾多，對井下人員、材料及設備的運輸提出了更高的要求。

神東煤炭集團井下運輸全部采用無軌膠輪車，包括工程車、材料車、指揮車、運人車、特種設備運輸車等主要類型，車輛總計在用2000余臺，巷道內路面寬度一般為4～6M，且工程車、特種設備運輸車等車輛本身體積較大，車輛無法在巷內進行錯車、掉頭等動作，只能直行；一旦兩車在巷道內交會，極易產生兩車相撞以及車輛堵塞等情況，造成交通癱瘓。不僅嚴重地影響了車輛的運行效率，而且也存在著較大的安全隱患。為了在一定程度上保障車輛的順暢通行，提高道路運輸效率，減少交通事故發生，滿足煤礦的安全生產需求，針對神東礦區井下的實際情況設計使用了井下交通信號控制系統。

2. 井下交通信號控制系統組成及原理

2.1系統組成

本系統由現場車輛檢測傳感器、PLC控制柜、PLC控制柜架子、LED信號燈顯示屏、本安接線盒和電纜等組成，在復雜路口位置安裝交通信號控制系統，用以提示入井及出井車輛的行駛及停止。

1）現場車輛檢測傳感器

主要由地感線圈成套傳感器部件組成，有統一的安裝標準和尺寸比例要求，地感線圈有特殊的繞制方式，將傳感器事先預埋在地面以下，當有大的金屬物如汽車經過時，由于空間介質發生變化引起了振蕩頻率的變化，采集到這個變化，經過處理后送到PLC控制柜。可以根據現場實際情況調節檢測裝置靈敏度，能夠獨立判斷車輛行駛方向，可根據需要設置觸發模式。

2）PLC控制柜

采用可編程控制器，根據來自幾個路口采集器的信號，判斷目前的情況，控制LED交通燈。預留有網絡接口，信號輸入輸出經過有效隔離，防止信號干擾。

3）PLC控制柜架子

用于擺放PLC控制柜。4）LED信號燈顯示屏

采用高亮紅綠燈，亮度鮮艷，100米可見；通行用綠色箭頭型LED燈指示，禁止通行用紅色叉型LED燈指示。

5）本安接線盒

連接車輛檢測傳感器與PLC控制柜。6）電纜

包括電源電纜和通訊電纜。

2.2系統原理

以井下丁字路口交通信號控制系統為例說明。

圖1 丁字路口系統安裝示意圖

如圖1所示：1、2、3各鋪設一個地感線圈，各安裝一套紅綠燈。平常狀態無車時，1、2、3三端均亮綠燈；當有車先壓到1端地感時，2和3端亮紅燈，當該車通過窄通道到達2或3端地感時，2和3端恢復為綠燈；當有車先壓到2端地感時，1和3端亮紅燈，當該車通過窄通道到達1或3端地感時，1和3端恢復為綠燈；當有車先壓到3端地感時，1和2端亮紅燈，當該車通過窄通道到達1或2端地感時，1和2端恢復為綠燈。紅綠燈系統設有自動復位功能。當發生誤觸發1端，2端或3端地感而引起另兩端亮紅燈時，30秒后另兩端均自動恢復為綠燈。

圖2 丁字路口系統原理圖

2.3系統特點

該系統利用現場車輛檢測傳感器實現車輛的位置測量，采集器采集數據后傳輸給PLC，利用PLC控制交通信號燈的執行機構。

系統留有以太網接口，可通過局域網與全礦的一體化監控系統主機相連，從而使該系統做為一體化監控系統的一個具有相對獨立職能的子系統，既可以單獨使用，也可以連起網來統一規劃使用，還可以通過以太網接入綜合自動化網絡，進行統一調度規劃。

系統反應快、性能可靠、操作簡單、現場環境適應性強。

2.4主要技術參數

1）車輛檢測傳感器

額定電壓：DC12/24V；頻率范圍：20KHz—170KHz；反應時間：100毫秒；信號傳輸距離：600米；可承載壓強：40N/㎜2；溫度適應范圍：-40℃～105℃；防護等級：IP68。

2）PLC控制柜

額定電壓：AC127V；頻率：50Hz；輸入輸出：24點輸入，16點輸出，且有擴展功能；防護等級：IP55。

3）LED信號燈

額定電壓：DC15V；供電電流：200mA。

3. 井下交通信號控制系統典型配置

3.1十字路口配置（見圖3）

圖3 十字路口配置圖

3.2丁字路口配置（見圖4）

圖4 丁字路口配置圖

4. 井下交通信號控制系統主要功能

目前神東礦區井下巷道中主要在十字路口、丁字路口和彎道處設置井下交通信號控制系統，其中設置最多的是丁字路口。

4.1十字路口控制功能

十字路口車輛較多且是車輛交匯處，也是安全隱患較為嚴重的地方，為了避免事故的發生，在十字路口位置安裝交通控制系統，用以提示入井及出井車輛的行駛及停止。

4.2丁字路口控制功能

在丁字路口設置三組紅綠信號燈，用于對不同方向來車進行提示。避免車輛搶道通行，造成交通事故。

4.3彎道控制功能

由于在巷道彎度較大，來往車輛無法預知是否有對頭車輛，目前只能根據車輛的燈光進行判斷，這就造成了兩方車輛搶道通行的問題，極易造成安全隱患，為了有效的避免類似情況的發生，在彎道兩側安裝交通控制系統，執行先到先行原則。

井下交通信號控制系統主要功能要求如下：1）系統實行先到路口先觸發的車優先通行原則。2）系統實行優先上行原則，兩輛不同方向的車同時觸發優先上行原則。 3）特殊情況下可實現交通管制，固定一方車輛優先通行。 4）系統具備現場控制和遠程控制功能，現場控制方式為自動就地控制；遠程控制方式由調度室統一控制。 5）系統具有闖紅燈記錄與報警功能。 6）系統預留以太網和無線通訊接口，可與礦方環網連接。 7）系統具有對設備運行狀態的采集和顯示功能。 8）系統具備實時顯示車輛闖紅燈、傳感器故障功能。 9）系統具備自動復位功能。

5. 井下交通信號控制系統主要規定

神東煤炭集團礦井輔助運輸車輛管理辦法中對井下交通信號控制系統有如下規定：

1）各礦井井下主要行車的特殊路段，如：交叉路口、T型路口應安裝紅緑燈裝置，在井下巷道拐彎處、變坡處應安裝限速設施。

2）在交叉路口車輛必須遵守防爆信號燈的指示，紅燈停、綠燈行。綠燈信號是準許通行信號，綠燈亮時，準許車輛通行。紅燈信號絕對禁止通行信號，紅燈亮時，禁止車輛通行。

各礦井根據自身井下巷道及運行車輛的實際情況進行井下交通信號控制系統的設置。

6. 結語

井下交通信號控制系統自2012年開始在神東礦區使用以來，在井下復雜路口實現了自動交通管制，促使車輛操作人員嚴格按照正常有序的行車規則進行工作，正真有效地解決了車輛避讓問題，徹底消除了復雜路口撞車、追尾等帶來的人員傷亡及嚴重影響生產的安全隱患，大大提高了車輛的生產效率，為井下車輛高效安全作業發揮了積極作用。目前井下交通信號控制系統已在神東礦區取得良好的使用效果，并先后在神東礦區所有礦井進行了推廣使用。