煤礦無軌膠輪車失控防護裝置分析與應用

錢 偉

（晉能控股煤業集團大斗溝煤業公司， 山西 大同 037031）

引言

隨著煤礦生產技術水平的提高，無軌膠輪車已被廣泛應用于中大型煤礦中，無軌膠輪車是煤礦重要的輔助運輸設備之一，它具有運輸速度快、實用性強、安全性好、運輸效率高等優點。目前我國多數無軌膠輪車采用人工制動方式，但是在井下輔助運輸過程中，受巷道坡度、巷道地基以及無軌膠輪車操作維護水平等影響，經常出現膠輪車制動失靈現象，導致發生煤礦重大輔助運輸事故，威脅著煤礦輔助運輸安全。

為了保證無軌膠輪車輔助運輸安全，大斗溝礦通過技術研究對井下無軌膠輪車安裝了一套失控防護裝置，該裝置主要通過工業以太網將膠輪車與定點安裝的跳繩裝置進行互聯，膠輪車內控制器實時采集車速信號，當車速超過規定數值時系統自動提醒司機人工制動，若人工制動失效時，系統自動控制落鉤以及控制跳繩機構跳繩，當膠輪車通過跳繩機構時膠輪車尾跳鉤能夠勾住鋼絲繩，達到減速目前，通過在大斗溝煤礦井下實際應用，大大降低了無軌膠輪車失控事故率。

1 無軌膠輪車失控防護裝置結構與工作原理

1.1 裝置結構

無軌膠輪車失控防護裝置主要安裝的設備主要安裝在輪胎上、巷道及指揮大廳。巷道內安裝監控制器能夠通過總線將監測到的數據傳遞給電腦，每個攝像儀都通過光纖將影像信號傳遞到指揮大廳的錄像機上。膠輪車上安裝的控制器能夠與巷道安裝的控制器進行無線通訊，膠輪車的底部安裝有一套尾鉤機構和控制器。巷道內設備的安裝地點需根據現場的地質條件決定，防止被車輛撞壞。選擇巷道的重要地點安裝攝像頭來對車輛進行視頻監控[1-2]。

1）輪胎上安裝的設備主要由以下部件組成：報警器、測試儀、控制器、電磁鐵、尾鉤機構及脫鉤傳感器。這部分設備的主要作用是用來測量車輛行駛的速度、測量車輛是否超速、對超速的時長進行分析、對超速的車輛進行報警、對車輛實施脫鉤控制、監測車輛是否脫鉤、與巷道內安裝的設備進行通信聯絡，如圖1 所示。

圖1 無軌膠輪車失控防護裝置結構拓撲圖

2）巷道內安裝的設備主要由以下部件組成：視頻顯示器、攝像頭、報警裝置、電磁鐵、跳繩機構、控制器、吸能裝置。這部分設備的主要作用是用來與膠輪車上安裝的設備進行通信聯絡，采集車輛的速度信息，識別車輛的代碼，及時啟動跳繩機構來對超速的車輛進行攔截，實時顯示車輛信息，采集巷道內的視頻數據傳遞給指揮大廳。

3）指揮大廳安裝的設備主要由以下部件組成：電腦、打印機、顯示器、儲存器、錄像機。這部分設備的主要作用是將巷道內安裝的信息顯示在屏幕上，并顯示每個車輛的位置，對超速的車輛進行報警。

1.2 裝置工作原理

1）膠輪車上安裝的控制器能夠實時發出車輛的編碼信號及實際速度。車輛在通電后，測速機構開始供電，在車輛行駛中測速機構能夠將車輛的實際速度、編碼、運行狀態等數據通過無線通信發出；當膠輪車行駛到巷道內安裝控制器的接受范圍后，巷道控制器會及時接收到車輛的相關信息，并將這些信息顯示在巷道控制器的顯示屏上，司機及附近的工作人員可以查看到車輛的信息，此外，指揮大廳的電腦也會接收到這些信息，并通過顯示屏將車輛的位置及車輛顯示在調度大屏上，調度員可以通過調度大屏觀察車輛的運行狀態。

2）當車輛的行駛速度大于控制器內的設定值后，車輛上的控制器會自動發出報警信號來提醒駕駛人員車輛超速。如車輛的剎車系統失效，駕駛人員可以按脫鉤按鈕來發出信號，脫鉤機構的尾鉤落下，脫鉤傳感器還能夠檢測脫鉤機構是否動作，同時發出脫鉤跳繩信號，巷道的控制器在接收到信號后實施跳繩。當車輛的行駛速度大于控制器內的設定值后，車輛的控制器自動控制車輛尾鉤機構落下，安裝在巷道內的控制器接收到車輛發出的跳繩信號后，及時發出跳繩指令并控制跳繩機構動作，車輛下方的所有跳繩機構彈起鋼絲繩。

3）超速的車輛在經過彈起鋼絲繩處時會勾住鋼絲繩，車輛在吸能裝置的作用下將失控的車輛攔截，從而確保了車輛及巷道內設備、人員的安全。即使最近的跳繩機構失效無法攔截失控的車輛，下級的跳繩機構也會對失控的車輛進行攔截。

4）當車輛失控后，膠輪車的脫鉤機構落下，巷道內的跳繩機構動作，此外巷道內安裝的聲光報警裝置會發出“車輛失控，及時避讓”的信號，巷道內的工作人員聽到報警后會及時撤離到附近的避難硐室，避免對工作人員的生命造成威脅。當車輛失控后，巷道內的控制器會自動收集失控車輛的編碼、車速、故障類型等信息并通過光纖傳遞到指揮大廳的顯示大屏上，調度員可以根據影像顯示采取措施[3-5]。

2 無軌膠輪車失控防護裝置功能及優點

2.1 裝置主要功能

1）攔截功能：當車輛在失控或超速的狀態時，駕駛人員可以自動啟動或控制器根據之前設定的參數自行起動脫鉤機構，車輛落下的尾鉤鉤住巷道內的鋼絲繩后，吸能器將失控車輛的動能吸收，這樣就達到了攔截目的。

2）聲光報警功能：車輛在失控后，巷道內的聲光報警裝置及時發出報警信號，提醒駕駛人員采取制動措施減速慢行，同時提醒巷道內的工作人員緊急避讓。

3）速度及設定功能：車輛在行駛時，控制器能夠對車輛的行駛信息進行全程跟蹤，并在車速超過設定值后及時報警。

4）交通管理：調度大廳的工作人員可以根據顯示屏上的信息及時了解車輛的各項信息，通過統一指揮來對特殊狀況進行處理。

5）運輸記錄。指揮大廳安裝的儲存裝置能夠對兩個月內各車輛的編號、速度、行駛軌跡、超速區域、超速時間等信息進行收集并儲存。

6）視頻監視。在巷道內重要位置安裝的攝像頭能夠將失控車輛的視頻畫面進行傳遞并收集，便于指揮人員觀看。

2.2 裝置應用優點

1）控制器的雙向通信采用無線技術，能夠將膠輪車、巷道設備及指揮大廳的設備緊密聯系在一起，同時高靈敏度的傳感器能夠及時捕捉車輛的信息，準確把握車輛的行駛狀態。

2）吸能器能夠有效緩解車輛失控時的動能，將車輛在失控狀態下的沖擊力降低到最小。自動識別裝置能夠在駕駛人員失去意識的狀態下自動啟動攔截程序，駕駛人員還可以通過手動控制來啟動攔截程序。

3）通過光纖將車輛、巷道控制器與指揮大廳的設備相連，及時準確地將車輛位置信息提供給調度人員，便于調度人員統一指揮。

3 應用效果

2020 年2 月大斗溝煤礦運輸區在井下安裝一套無軌膠輪車失控防護裝置，截止2020 年10 月，運行8 個月，共計檢測到無軌膠輪車5 次失控現象，大大提高了煤礦無軌輔助運輸的安全性，可見，該裝置自動化水平高可實現無軌絞輪車失控時自動防護的目的，降低了運輸事故率，取得了顯著應用成效。