機車運輸監控系統在煤礦生產中的應用與研究

王曉明

【摘 要】在煤礦井下煤炭生產運輸過程中，需要鋪設長距離軌道線路。若運輸大巷沒有配備機車運輸監控系統，將存在較大安全隱患，且降低運輸效率。文章以葛泉礦KJ539機車運輸監控系統的應用為背景展開研究。并對該系統的結構原理、特點和應急處理等進行了說明。

【關鍵詞】煤礦；井下運輸；KJ539；機車運輸監控系統

1、引言

井下煤炭運輸作業是煤礦安全生產的重要組成部分。傳統的煤礦井下機車監控多采用以下兩種類型：一是基于軌道傳感器的機車監控系統，缺點是為了獲取機車位置信息，在軌道上安裝大量的位置傳感器，采用這種安裝形式的傳感器易損壞且定位精度差；二是基于射頻識別技術的定位方法，但該技術在通信過程中也容易因信息碰撞而丟失。針對井下特殊環境和傳統機車監控方法的不足，提出了KJ539型井下機車監控系統的設計方案。該系統具有成本低、功耗低、網絡容量大、響應速度快、抗干擾性強、定位范圍廣且精度高及漏檢率低等特點，具有較好的實用性和先進性。

2、KJ539機車運輸監控系統主要目標

“KJ539機車運輸監控系統”可以建立一個可視化、自動化、信息化、集成化的井下運輸監控系統，保證井下運行安全，提高車輛運行效率。同時為礦井環境、人員、設備等安全監測提供擴展應用，形成集成化的綜合監測監控平臺，實現礦山災害預警和突發事件救助。通過綜合數據傳輸平臺，為安全監控提供網絡支撐；通過交通信號燈控制系統，為井下車輛安全行駛提供信號指示；通過車輛定位系統，為井下車提供精確的定位，以及追尾報警燈；通過調度中心管控平臺，實現井下實時監控、集中管理，形成一個可視化、自動化、數字化的礦車運輸監控系統；通過運輸監控系統，為其他系統提供硬件通信接口，形成一個集成化的礦井安全生產綜合監測監控系統。

3、KJ539機車運輸監控系統的原理

3.1 網關的基本工作原理

監控網關通過網絡光纜，一方面接受工控機的訪問，將所收集的檢測信息整理打包，上傳給工控機，同時接受工控機下發的控制指令；另一方面礦用本安型膠輪車運輸監控網關自己將不停地對所連接的檢測設備進行檢測，如接收器膠輪車累計請求信息、顯示器和彎道報警器的回測信息等，并下達控制命令，控制顯示器。

3.2 基站的基本工作原理

基站通過接收車載機、信號燈、道岔等設備的信號，傳輸到相應的網關，通過網關上報工控機，檢測機車編號、位置、方向、道岔和信號燈的狀態等信息。系統運行時，車載機將車號編碼及調度、管理所需的其它編碼信息鍵控調制后用無線電的方式發送出去，這些信息被安裝在巷道各監測點的基站接收后，傳給網關，再由網關通過網絡傳至上位機監控系統，從而使系統實時顯示車號、車類等信息。

3.3 信號燈的基本工作原理

信號燈的基本工作原理是：系統根據路段占用情況和膠輪車位置狀況，決定對信號燈發出何種顯示信號命令，信號燈接收顯示信號命令時，顯示所需的信號，如紅燈或綠燈。同時信號燈也將自身當前顯示模式，回送給系統網關，以告知自身顯示狀態。若信號燈與系統失去通訊，10秒鐘后自動復位。

3.4 道岔裝置的工作原理

首先由調度員發出操作命令或計算機自動發出控制命令后，通過網絡傳到司控道岔所在系統網關，由系統網關再發控制命令，控制命令以編碼的形式傳送到司控道岔執行器內，執行器執行命令。

4、KJ539機車運輸監控系統主要功能分析

4.1 定位功能

4.1.1實時定位跟蹤：對井下移動車輛的實時位置、運行軌跡、分布情況等進行定位跟蹤，并記錄他們在各區域及各監測點的停留時間。

4.1.2定位顯示：可在計算機終端或LED顯示器設備上，以電子地圖、漢子、表格等形式，實時顯示井下車輛的定位信息。

4.2 監控功能

4.2.1安全監測監控：對各巷段交通道口的信號燈標識，進行自動切換及聯動控制；對井下車輛移動對象安全監測。

4.2.2緊急事件處理：當礦井發生緊急情況時，系統可以提供車輛和駕駛遠在各區域的分布信息，系統可以提供井下各區域車輛和人員的最新歷史分布信息，輔助指揮人員制訂救援方案。

4.2.3無線視頻監控：通過在大型膠輪車上安裝無線攝像機，可實現對膠輪車經過的巷道進行監控，實時了解巷道內的人員、車輛的情況。

4.3 調度功能

調度員可通過監控主機，根據井下車輛位置、交通狀況等信息，編組分配車輛運輸任務；也可根據緊急調度的需要，控制信號指示燈。

4.4 報警功能

4.4.1異常行駛報警：系統可以自動診斷車輛闖紅燈、車輛滯留巷道內等異常情況，并且通過地面調度中心的監控終端，以聲光等模式報警模式給予報警提示。

4.4.2故障診斷報警：當系統和設備出現故障后，地面調度中心的監控終端可發出聲響告警，并顯示故障的種類和地點，以便維護人員采取應急措施。

4.4.3追尾報警功能：當膠輪車距離過近時，車載機發出語音報警、提示駕駛員注意行車安全，避免事故的發生。

4.5 查詢功能

4.5.1綜合信息查詢：系統可對井下車輛、人員流動、安全檢測點、設備和系統運行等信息進行查詢；還可以根據管理需要、以部門、班次、人員等屬性查詢車輛信息。

4.5.2實時信息查詢：可在電子地圖上按監控路徑，查詢此范圍內所有車輛實時信息。

4.5.3歷史信息查詢：可以按時間段對車輛歷史行程軌跡（路徑、故障、次數等）進行查詢，并可以通過電子地圖可視化再現，或通過文本，報表等形式顯示。

4.6 管理功能

4.6.1系統管理功能：用戶管理、設備管理、網絡管理等。

4.6.2GIS管理：電子地圖管理、編輯等操作功能維護等。

4.6.3監控管理：監控規則管理、報警規則管理、聯動控制管理等。

4.6.4信息管理：統計、分析、顯示、查詢、報表、打印等。

4.7 聯網功能

4.7.1通過綜合信息管理平臺的接口，可實現與礦山安全信息管理系統和“感知礦山物聯網系統”的信息集成、資源共享，為礦山安全生產監督、管理、指揮、決策等提供重要的信息依據。

4.7.2根據用戶屬性和權限，可實現多用戶、多地點查看以及遠程訪問。

5、KJ539機車運輸監控系統主要優點研究

5.1無線參數優化組合

無線通信技術在井下封閉環境中的應用與地面自由空間的應用差別很大，很多技術參數需要根據井下現場環境來配置，沒有可借鑒的成功案例。其關鍵在于：需要根據井下運輸巷道的物理環境、車輛類型和車速、道口特點等，確定主要參數的最佳組合，確保無線通信的可靠性和適用性。

5.2 靈活的組網方式

井下已巷道為主，其道路呈帶狀線性結構，長距離的無線傳輸不僅路徑損耗大、延時大，而且存在信號傳輸不穩定、檢測誤差大、電池能耗不均勻、能量供應和維護困難等技術難題。但是井下具有動態部署、流動作業的需要和有些場所難以布線的特點，要求系統采用有線和無線相結合的組網方式，即可接入礦山現有的工業環網，又可獨立組網，形成靈活可靠的組網模式，以適應井下特定環境，方便擴展，同時保證井下通信的可靠性。

5.3可靠的信號控制

系統需根據運輸巷的道口特點，建立自適應控制模型和算法定義，為多方向行駛車輛提供信號指示，同時還需避免因多標簽沖突、多基站沖撞以及車輛違章行駛等異常情況，造成交通信號錯報和系統紊亂。

5.4 準確的定位跟蹤

系統需建立符合井下線性巷道結構特點的定位算法定義，保證車輛準確定位、實時跟蹤。

5.5 適應性控制策略

系統需根據各類礦山（煤礦山、非煤礦山）、各種車輛（有軌膠輪車、無軌膠輪車）、井下道路特點和車輛管理模式，建立適應性的信號控制邏輯。

6、小結

綜上所述，葛泉礦通過運用KJ539機車運輸監控系統，充分發揮了該系統技術先進、性能可靠、操作簡單、易于維護等優點，它的安裝，為葛泉礦安全生產發揮了重要作用。

參考文獻：

[1] 李心平.基于射頻識別的煤礦井下人員跟蹤系統監控子系統[D].山東：山東科技大學，2007.

[2] 李英建.煤礦井下機車運輸監控系統關鍵技術的研究[D].山東：山東科技大學，2009.

（作者單位：冀中能源股份有限公司葛泉礦）