礦用斜巷軌道運輸安全閉鎖監控系統的研究

李 龍

（山西馬堡煤業有限公司， 山西 長治 046300）

引言

山西馬堡煤業有限公司在斜井安裝有斜巷軌道運輸設備，軌道運輸是煤礦井下的主要輔助運輸方式。隨著煤礦機械化程度的不斷提升，煤礦的生產能力得到了不斷提高，開采深度也不斷增大，軌道運輸的安全高效顯得尤為重要，不僅直接影響著煤礦井下工作人員的生命安全，而且關系著全礦井的生產經濟效益[1]。由于煤礦井下環境惡劣、運輸條件有限任務繁重和斜巷軌道運輸中行人與運輸作業相互干擾的安全管控難度大[2]，導致斜巷軌道運輸事故在煤礦事故中比例不斷增加，嚴重威脅煤礦井下工作人員的生命安全，因此煤礦井下斜巷軌道運輸安全閉鎖監控已經成為迫切需要解決的難題。

1 軌道運輸安全閉鎖監控系統的組成結構

礦用斜巷軌道運輸安全閉鎖監控系統采用模塊化設計，整個系統分為井上和井下兩個子系統，井上包括上位機監控系統，井下包括巷道監測系統、礦車檢測系統、閉鎖控制系統、顯示系統和數據傳輸系統。軌道運輸安全閉鎖監控系統總體結構框圖如圖1所示。

2 各個系統組成及功能設計

2.1 巷道監測系統

巷道監測系統由礦用本安型紅外熱釋傳感器和礦用本安型視頻攝像頭組成，在煤礦井下斜巷巷道軌道上和各水平車場內安裝有紅外熱釋傳感器和視頻攝像頭，采用紅外熱釋人體和視頻圖像雙重識別技術，實時監測斜巷巷道內行人信息，并通過電纜與隔爆兼本安型電氣控制箱連接，將實時信號傳輸給電控箱內部的PLC。當紅外熱釋傳感器和視頻攝像頭監測到斜巷有行人時，報警裝置進行報警，且軌道運輸輔助設備禁止運行并閉鎖，礦車停止行進。

圖1 軌道運輸安全閉鎖監控系統總體結構框圖

2.2 礦車檢測系統

礦車檢測系統由礦用本安型稱重傳感器、礦用本安型視頻攝像頭和礦用本安型位置傳感器組成，稱重傳感器和視頻攝像頭安裝在礦車車場入口處，位置傳感器安裝在礦車上，以上傳感器通過光纜與電氣控制箱連接，進行數據傳輸。在斜巷軌道運輸礦車行進前，稱重傳感器和視頻攝像頭對礦車進行重量和寬度檢測，與之前預先設定的重量和寬度參數進行對比，若實際礦車重量和寬度符合設定值，則礦車可以行進；若實際礦車重量和寬度超出設定值，報警裝置進行報警，提醒礦車超載超寬，禁止礦車進行，輔助運輸設備閉鎖禁止運行。位置傳感器用來實時監測礦車的運行位置和運行狀態，將數據上傳給監控系統。

2.3 閉鎖控制系統

安全閉鎖控制系統包括礦用隔爆兼本安型電氣控制箱、報警裝置、提示信號設備、輔助運輸設備和跑車防護設備。礦用隔爆兼本安型電氣控制箱內部設置有可編程控制器和本安型電源，內部PLC接收信號傳輸，并根據程序設定來發出相應的控制指令。報警裝置由礦用隔爆型報警燈、LED顯示屏及語音報警器組成，通過光纜與電氣控制箱連接，安裝在斜巷巷道各水平車場和絞車房內，當系統監測到有行人在巷道內或礦車超載超寬時，報警裝置進行聲光報警，LED顯示屏顯示禁止啟動軌道運輸設備；提升信號設備用于礦車提升過程中的信號打點操作和絞車閉鎖，設備主控箱內的PLC通過電纜與電氣控制箱連接進行數據通訊，當系統監測到有行人在巷道內或礦車超載超寬時，提升信號設備停止信號打點操作，禁止運行提升機設備，絞車閉鎖；輔助運輸設備包括道岔裝置、阻車裝置和擋車裝置[3]，各個裝置通過控制光纜與電氣控制箱連接進行數據和控制指令傳輸，當系統監測到有行人在巷道內或礦車超載超寬時，輔助運輸設備禁止運行，各裝置進行閉鎖；跑車防護設備作為礦井斜巷軌道運輸提升和有效防止因跑車和斷繩造成行車事故的重要裝置，設置有一坡三擋，當系統監測到有行人在巷道內或礦車超載超寬時，擋車欄下放，禁止礦車行進通過。

2.4 顯示系統

顯示系統由礦用本安型顯示控制臺組成，安裝于各水平車場和絞車房內，顯示控制臺通過RS485總線與電氣控制箱內部PLC連接進行數據通訊，實時顯示巷道內行人信息、礦車重量寬度信息、礦車運行情況和各設備的狀態信息，而且可以通過顯示控制臺上的按鍵進行礦車規定重量和允許尺寸輸入，同時可以通過控制臺對各軌道運輸設備進行手動按鈕操作。

2.5 數據傳輸系統

在煤礦井下構建礦用隔爆兼本安型工業以太網，將礦用斜巷軌道超載超寬安全閉鎖監測系統的各個系統內的設備通過工業以太網連接起來，保證斜巷軌道和礦車監測信息、視頻圖像信息、礦車運行情況、各運輸設備狀態和PLC控制指令可靠及時的傳輸，保證顯示控制臺和上位機的實時監控，進而可以保障斜巷軌道運輸安全高效運行。

2.6 上位機系統

上位機系統由計算機組成，系統采用組態軟件對斜巷軌道運輸安全閉鎖監控系統進行人機界面設計，采用多參數、多畫面、多窗口和多按鈕模式，以實現斜巷軌道運輸過程中巷道行人信息、礦車重量寬度運行情況的實時顯示，系統各軌道運輸設備的控制、報警輸出和報警歷史記錄存儲等功能。

3 系統可實現功能

3.1 巷道人員監測和礦車檢測功能

監控系統采用紅外熱釋傳感器、視頻攝像頭、稱重傳感器和位置傳感器等多傳感器多參數檢測技術，實現了巷道人員監測和礦車檢測功能，當傳感器監測系統監測到有行人在巷道內或礦車超載超寬時，可以通過光纜將報警信號傳輸給電氣控制箱，從而進行聲光語音報警。

3.2 多機聯動安全閉鎖功能

閉鎖控制系統基于智能控制技術，通過可編程控制器將軌道運輸礦車、提升信號設備、輔助運輸設備和跑車防護設備等多機聯動起來，當系統監測到有行人在巷道內或礦車超載超寬時，電氣控制箱內部PLC發出控制指令，多機進行安全閉鎖操作，禁止提升機和絞車啟動，礦車停止行進。

3.3 遠程監控顯示功能

監控系統在各水平車場和絞車房內安裝有顯示控制臺及在井上安裝有上位機系統，通過工業以太網將各個系統連接進行數據通訊，通過顯示控制臺和上位機系統進行遠程監控，畫面實時顯示巷道內行人信息、礦車重量寬度信息、礦車運行情況和各設備的狀態信息，而且可以通過顯示控制臺上或上位機系統人機界面按鈕進行礦車規定重量和允許尺寸輸入，同時可以通過按鈕對各軌道運輸設備進行手動按鈕操作。

4 結語

礦用斜巷軌道運輸安全閉鎖監控系統采用模塊化系統設計，基于紅外人體識別、視頻圖像識別、多傳感器檢測和可編程智能控制技術等，對系統進行全面的功能設計，實現了對斜巷軌道運輸的實時監測報警、多機聯動安全閉鎖和遠程監控功能，達到了煤礦井下斜巷軌道運輸的“行車不行人、行人不行車”的安全管理規定要求[4]，而且在此基礎上，提出了超載超寬不行車的更高要求。安全閉鎖監控系統的設計及應用，實現了斜巷軌道運輸安全高效可靠地運行，從根本上保障運輸過程中煤礦工人的生命安全，有效降低了斜巷軌道運輸事故的發生率，并很好地保證礦井的生產經濟效益，加快了煤礦信息化、智能化和數字化綠色安全礦山的建設進程。