無軌膠輪車自動感應防跑系統的設計與應用

李艷非

(同煤集團 雁崖煤業公司， 山西 大同 037003)

0 引言

大同煤礦雁崖煤業公司三盤區，設計生產能力為2.2 Mt/a，回采煤層為山西組4#煤層，礦井采用平硐開拓方式，采用無軌膠輪車進行人員及物料運輸。三盤區副平硐設計長度為3 800 m，設計坡度為7°，平硐每隔500 m設置一個緩沖平段，平段長度為30 m，在平硐1 500 m處緩沖段安裝了兩道風門，主要用于風流控制。

由于三盤區副平硐坡度大、距離長，在采用無軌膠輪車運輸時，長期處于剎車狀態，造成車輛剎車系統損壞嚴重。當車輛速度超過40 km/h時，剎車系統對車輛制動作用小，易發生撞車事故。根據三盤區輔助運輸科統計發現，2018年三盤區副平硐共計發生6起運輸事故，其中4起為車輛剎車系統失效造成的撞車事故，共計造成煤礦經濟損失達57.8萬元，嚴重威脅運輸安全。對此，通過技術研究，設計了一套無軌膠輪車自動感應防跑系統，并于2018年7月在三盤區安裝應用。

1 無軌膠輪車自動感應防跑系統結構及工作原理

1.1 自動感應防跑系統結構

1) 無軌膠輪車自動感應防跑系統主要由PLC控制器、速度感應器、聯鎖開關(80 A)、自動感應阻車器、膠輪車遠程控制剎車系統及遠程操控系統等部分組成[1]，如圖1所示。

圖1 無軌膠輪車自動感應防跑系統結構

2) 遠程操控系統主要由主機系統、工業千兆以太網、井上下網路交換站等部分組成，其主機系統包括上位機、顯示器等，在上位機內安裝專業軟件，并可通過顯示器進行顯示，顯示內容主要包括車輛運行動態、設備運行參數等。

3) PLC控制器主要與聯鎖開關、遠程控制剎車系統中的集中控制器和速度感應器進行連接。該裝置主要用于信號接收、處理、傳輸，是整個系統的核心部分[2]。

4) 速度感應器主要由紅外線發射器、信號處理器、報警器、紅外線接收器等組成。紅外線發射器安裝在距阻車器10 m位置。紅外線發射器可發出連續紅外線光束，當車輛通過時，根據遮擋連續光束的時間計算出車輛速度。

5) 自動感應剎車系統主要包括控制器、液壓泵、液壓伸縮桿、卷閘裝置、阻車簾等，如圖2所示。該系統安裝在平巷段，且與聯鎖開關連接，并同PLC控制器控制實現阻車器保護動作。

圖2 自動感應阻車器結構

6) 遠程控制剎車系統主要包括集中控制器、無線控制剎車裝置等。集中控制器與PLC控制器之間采用線纜連接，集中控制器與無線控制剎車系統之間采用無線信號傳遞[3]。

1.2 工作原理

1) 首先對PLC控制器進行設定，在車輛行駛速度大于40 km/h時進行保護動作。當無軌膠輪車在平硐運輸中出現剎車系統失靈且車輛經過速度感應器時，信號處理器及時將車輛通過感應器的時間上傳至PLC控制器。

2) PLC控制器接收到數據信號后，及時對車輛行駛速度進行計算。當車輛行駛速度大于40 km/h時，PLC控制器發出“自動剎車”指令至集中控制器。集中控制器接收信號后，及時對無軌膠輪車進行無線自動剎車，同時速度感應器發出警報，對巷道施工人員進行警示[4]。

3) 在無軌膠輪車自動剎車的同時，PLC控制器對聯鎖開關發出“開啟”指令。聯鎖開關接收指令后，及時對自動感應阻車器進行供電。自動感應阻車器供電后，在控制器作用下液壓泵對液壓伸縮柱進行高壓供液，液壓伸縮柱升起后帶動卷閘裝置轉動，阻車簾下放進行阻車。

4) 當無軌膠輪車停車后，無線控制剎車裝置復位，及時將停車信號傳遞至PLC控制器。PLC控制器進行信號處理后，對聯鎖開關發出“關閉”指令。聯鎖開關接收指令后，對自動感應阻車器進行斷電處理。在控制器的控制作用下自動感應阻車器的液壓系統停止工作，阻車簾自動收起。

5) 系統在控制過程中PLC控制器將系統中各裝置運行狀態、阻車情況、車輛運行狀態等參數傳送至網絡交換站，然后利用工業以太網傳送至地面主機系統中，并通過顯示器直觀顯示，操控人員可通過界面按鈕進行系統遠程控制。

2 自動感應防跑系統優缺點分析

2.1 主要優點

1) 結構簡單、實用性強。該系統結構相對簡單，便于操作維護，故障率低。整套系統的成本費用為1.42萬元，成本費用低。該系統可用平硐、斜井等巷道內，應用區域廣，且受礦井施工工藝、地質條件影響小，實用性強。

2) 自動化水平高。與傳統人工機械阻車相比，該系統對車輛速度計算、車輛速度控制及阻車動作采用系統自動控制，實現了無人值守的目的，不但降低了勞動作業強度，而且提高了車輛控制自動化水平[5]。

3) 防撞效果好。該系統通過對車輛速度精確計算并進行遠程自動剎車控制，避免了傳統人工剎車時因剎車系統損壞或人工制動不及時而發生重大運輸事故。另外，該系統采用彈性阻車簾進行阻車。與傳統防撞條相比，阻車簾對車輛阻車效果好，且阻車過程中對車輛損壞力度小。

2.2 系統在實際應用中存在的問題

1) 由于巷道敷設的高壓電纜數量多，高壓電纜產生的電磁場對無線系統的影響大，很容易對系統產生干擾。

2) 受巷道內粉塵及淋水影響，自動感應防跑系統很容易出現故障，需定期對系統進行維護。

3 實際應用效果分析

雁崖煤業公司汽車運輸隊與2018年7月對三盤區副平硐780 m、1 740 m處安裝2套自動感應防跑系統。截至2019年1月，通過6個月應用效果觀察發現，該系統在運行期間未發生因膠輪車剎車系統故障而導致的撞車事故，全年可為煤礦節約無軌膠輪車檢修費用達45萬元，有效保證了礦井運輸安全。

4 結論

同煤集團雁崖煤業公司針對副平硐無軌膠輪車運輸過程中出現的事故率高、防撞措施差等技術難題，通過技術研究，設計了一套自動感應防跑系統。實際應用表明，該系統自動化水平高、阻車效果好，有效降低了膠輪車運輸事故率，保證了運輸安全，并在其他煤礦得到了推廣。