硯北煤礦南進風井提升運輸自動控制系統的應用

包彥明，程建勝

(華亭煤業集團硯北煤礦，甘肅 平涼 744100)

0 引言

斜巷提升運輸事故在煤礦安全生產事故中一直占有較大的比例，經研究發現：斜巷安全設施不完善、工人誤操作安全設施、安全設施的防護效果差等是造成斜巷提升運輸事故的主要原因。硯北煤礦南進風井原有的斜井軌道提升運輸系統中，絞車的電控裝置、阻車器、擋車器、跑車防護裝置、行人監測定位裝置、道岔控制裝置、提升信號裝置、監視裝置等安全設施均由專職崗位人員操作，各裝置獨立工作，且多數為不同廠家生產，運輸過程中不具備系統性的集中狀態檢測和自動聯鎖控制等功能，無法有效實現“行人不行車，行車不行人”，無法有效保障提升運輸安全。應用提升運輸自動化控制系統是解決這一難題的有效途徑。

1 自動化的控制對象及控制結構

1.1 自動化控制對象

硯北煤礦南進風井斜長1 050 m，傾角16°，設計有1 187車場、105車場和106車場3個中部車場及上部車場、下部車場共5個水平，配有JD-3.5/2.8P型變頻絞車單鉤提升裝備。斜巷軌道安裝有井口道岔2付(其中1付道岔用于存放人車)、3個中部車場和井底下部車場各有道岔1付，有跑車防護裝置1套3檔，有2套提升運輸信號裝置(一用一備)。原來6付道岔采用手動扳道操作，除井底車場擋車器為電動控制方式外，其余各擋車器均為手動機械操作方式，各車場無人員監測定位設備和阻車器，提升運輸安全對操作人的依賴性很大。采用的提升運輸自動化控制系統主要包括有提升運輸自動控制裝置、電動司控道岔、阻車裝置、行人監測和和電視監視裝置，并將現有提升運輸信號裝置，井底車場電動擋車器、跑車防護裝置通過數據通訊接入監控系統計算機內，增加人員定位設備并接入監控計算機，實現人機閉鎖功能。

1.2 自動化控制系統結構

提升運輸自動控制系統結構原理圖如圖1所示。

在絞車房放置礦用隔爆兼本安型計算機、監視器、編碼器和隔爆兼本質安全型聲光報警器，用于監控和顯示斜巷輔助運輸防護設備和斜巷內行人滯留斜巷情況、并對這些信息進行存儲和查詢。在各水平車場信號硐室安裝光電式接近傳感器和聲光報警箱，用于對進入斜巷行人的監測報警，并將行人報警信息傳送到計算機進行監控畫面的顯示和報警；礦用隔爆兼本安型控制器、操作箱和液壓站，用于本車場的阻車器的控制和操作。監控裝置采用主從式體系結構，采用主從分布式管理模式。監控系統計算機采用工業控制用計算機，配有USB和以太網接口，RS485通信模塊，通過通訊模塊，監控系統計算機實現對各個設備的統一管理和數據交換，在各分設備(控制器)中所用的可編程控制器具有RS485通訊接口，支持數據傳輸與通信。

圖1 提升運輸自動控制系統結構圖

2 自動化控制系統的實施及功能

2.1 自動化控制系統的實施

絞車房安裝主設備：在絞車房內安裝報警器、監視器、信號轉換器、顯示箱、提升信號控制箱、編碼器；對設備運行狀態、礦車運行位置、故障信息、巷道人員出入報警信息、操作情況等進行監測和顯示。

人員定位系統設施：在每個水平安裝人員定位讀卡分站，對進出車場人員信息進行讀取，將該斜巷內人員進出信息傳至計算機，當檢測到有行人進入斜巷行車區域時，經數據處理，通過控制器控制本地報警箱發出聲光報警信號，提醒絞車司機、信號工注意，絞車自動進行閉鎖操作，實現“行人不行車，行車不行人”功能；信號工可通過網絡語音設備對斜巷內進行喊話，提醒闖入人員撤離，確保人員安全。

視頻監視系統設施：在各車場和斜巷內重要位置點設置攝像儀，對車場行人和設備運行狀態進行視頻圖像采集，在上井口主信號硐室和絞車房內進行視頻圖像的畫面顯示，提高系統操作的及時性和安全性，保證人員安全和設備的可靠運行。

原有設施改造：對各水平道岔、阻車裝置進行改造，實現道岔自動扳道、阻車裝置自動控制、道岔位置監測，當扳道不到位時進行聲光故障報警，提醒信號工和絞車司機注意設備故障狀態，進行及時的維修處理，并對絞車進行閉鎖。

2.2 自動化控制系統功能

片口道岔的監控功能：對片口道岔實現狀態監控，對道岔到位信號進行可靠檢測，明確指示道岔目前所處位置，不能可靠到位時進行聲光故障報警，具有道岔遠程控制和就地手動按鈕操作功能。在自動模式下根據信號點路徑和礦車運行位置進行道岔的自動扳道操作。

阻車裝置監控功能：對巷道內擋車器和阻車器運行狀況進行檢測與控制，在自動模式下當絞車下放時根據運輸路線和礦車運行的位置情況自動打開、關閉上部車場和井底車場的擋車器。為了安全起見，中部車場擋車器采用本地按鈕手動控制操作，各車場阻車器采用就地手動按鈕控制操作。

行人檢測、報警和閉鎖功能：在每個片口位置安裝光電式接近傳感器，通過該傳感器對進出斜巷人員進行檢測，當檢測到有人進入斜巷行車區域時，通過控制器控制本地報警箱發出聲光報警信號，同時將檢測到的人員數據通過通訊傳輸至計算機，經數據處理發出聲光報警信號，提醒絞車司機、主信號工和行人注意安全，對絞車進行閉鎖操作，實現“行人不行車，行車不行人”功能。系統內計算機與礦上人員定位系統進行通訊，讀取各車場闖入斜巷人員信息，將闖入人員信息在計算機上顯示，提醒主信號工或絞車司機對闖入人員進行喊話提醒。斜巷內各車場均需安裝人員定位讀卡分站1臺，對進出車場人員信息進行讀取，并將該斜巷內人員進出信息傳至計算機或提供人員定位接口和數據供系統讀取。

礦車鉤頭位置檢測和校準：通過旋轉編碼器對絞車的旋轉進行檢測，將檢測信號送至計算機用于礦車鉤頭的位置和方向顯示，在各車場固定位置安裝校準傳感器對旋轉編碼器數據進行校準，減少礦車運行中的位置偏差。礦車運行位置用上位組態軟件顯示在監視器上，方便直觀查看。

喊話和故障報警功能：提升運輸過程中當系統監測到有行人闖入斜巷時，井口和車房聲光報警器進行報警并在計算機監控畫面進行顯示闖入人員信息，主信號工可通過網絡語音設備對斜巷內進行喊話，提醒闖入人員請撤離。當系統檢測到設備故障時，報警器立即進行聲光報警輸出，提醒主信號工和絞車司機注意設備故障狀態，進行及時的維修處理。

顯示功能：在上井口、絞車房和各車場信號硐室安裝隔爆監視器，顯示計算機的模擬監控畫面，顯示內容有：設備運行狀態、礦車運行位置、故障信息、巷道人員進入時的報警信息、操作記錄等內容，可通過鼠標鍵盤對系統參數進行設置調節。便于操作人員及時了解運輸巷道內各設備運行和人員情況。

與提升信號的連鎖打點和設備的自動控制：監控系統與提升信號裝置通過數據通訊方式進行數據交換，根據提升信號裝置所發出的運輸路線和打點信號指令對系統內相應設備進行自動控制操作，根據設備的動作狀態與提升信號進行信號的連鎖打點操作，在保證安全運輸條件下提高軌道運輸效率。系統在自動運行模式下根據運輸路線和礦車的行駛位置進行道岔的自動扳道操作和運輸線路內防護設備的自動控制操作，使礦車順利運行。

信息存儲和查詢功能：系統可記錄存儲系統內設備操作信息和報警信息。系統內設備的運行狀態和操作信息可以通過硬盤進行長期存儲，以便對系統的運行狀態和故障信息進行跟蹤分析查詢。

數據遠傳和網絡接口：系統具有標準RJ45通訊網口，便于通過網絡傳輸方式將系統運行狀態信息上傳至遠端服務器進行遠端畫面顯示和管理。

視頻監視功能：在各車場和斜巷內重要位置點設置攝像儀，對車場行人和設備運行狀態進行視頻圖像采集，井口道岔和井口車場設置2臺攝像儀，中部每車場和井底車場各設置1臺攝像儀，斜巷內井口和井底擋車器上各設置1臺攝像儀，將原有每檔擋車欄處設置的攝像儀(3臺攝像儀)接入統一的視頻監控畫面，共計11臺攝像儀。在上井口主信號硐室和絞車房內進行視頻圖像的畫面顯示。視頻監視功能可提高系統操作的及時性和安全性，保證人員安全和設備的可靠運行。

3 結語

硯北煤礦南進風井提升運輸自動控制系統的應用，提高了煤礦裝備自動化水平，實現了“行人不行車，行車不行人”功能，有效預防了誤操作和跑車事故，確保了斜巷運輸和人員安全。