井下平面直線往返式有軌運輸系統遠程自動控制的研究與應用

莊維遜，盧海波，許正輝

（云南馳宏鋅鍺股份有限公司會澤礦業分公司，云南 曲靖 655000）

平面機車有軌運輸系統是地下開采礦山井下運輸重要組成部分，如何降低人員勞動強度、減少安全風險是礦山企業一直探討的問題。井下平面機車無人駕駛系統已先后在瑞典、加拿大等成功應用，國內雖起步較晚但也有成功應用的案列；但井下平面多點裝礦直線往返式有軌運輸系統遠程自動控制的研究仍然是多數礦山企業重點研究的方向之一。有軌運輸系統遠程自動控制是指應用傳感、遙控、網絡、數據庫等技術，將井下機車位置信息、視頻信息、語音通信、自動控制系統所需相關信息集成至地面集控中心，實現平面運輸機車自動控制裝礦、運輸、卸礦及數據統計分析的技術，是實現“無人則安、科技強安”的重大舉措。

1 項目背景

某礦業公司是集探、采、選、冶的企業，礦山采用地下開采，開采深度現已達1500m以上，井下運輸系統主要由平面和提升運輸系統組成，平面運輸系統主要承擔著礦石、渣石的運輸任務，其中，1751運輸平面運輸系統采用10噸電機車牽引直線往返式運輸作業，是最主要的礦石運輸通道，貫穿各豎井、斜井提升運輸系統的大通道，同時還是人員、材料必經巷道。其中2#豎井裝礦站運輸至1#豎井卸礦溜井運輸線全長2公里，3#豎井至1#豎井運輸線全長3.5公里，存在運輸路線長、運輸效率低、人員安全風險低、勞動強度大等不利因素。運輸平面具體如下圖1所示。

2 技術路線

井下平面直線往返式有軌運輸系統遠程自動控制要實現1人監控完成3列（1列2臺）機車的自動運行裝卸在任務，通過長期探索和實踐，結合系統現狀，著手從以下方面進行分析問題：車載系統自身應具備的功能、巷道基本硬件設施的完善、網絡通信架構的搭設、牽引變電系統的功能、電動轉轍機控制系統的設計、門禁系統的設置、自動裝卸載系統需要解決的問題和地表集控中心遠程自動控制及監控系統的思考。

3 技術研究與應用

3.1 車載系統自身應具備的功能

機車本身應能實現電氣遠程控制和雙機同步功能：具體包括氣動型受電弓遠程自動/手動升降；氣動閘遠程自動/手動控制；車門電氣閉鎖；過流、過壓、欠壓、過溫、過載保護；掉道保護；脫節保護；方向切換功能；速度控制和反饋功能；高速/低速段的加減速及零速滑行功能；斷電延時保護功能；雙機無線通訊及同步控制功能；遠程監控和遙控操作功能；故障自動停車功能；定位功能；實時數據傳輸功能、報警提示功能；無線視頻監控功能；語音對講功能等。

3.2 巷道硬件設施的完善

應對軌道調整范圍至：直線段軌道的軌距誤差應不超過+5mm和-2mm，平面誤差應不大于5mm，鋼軌接頭間隙不大于5mm，防止掉道事故的發生；同時受電弓采用氣動（或電動式）失去了拉繩式受電弓的靈活性，在實際運行過程中對架空線高度及連接點的平滑度要求較高，必須對架空線的高度、交叉口、懸吊線進行標準調整；架空線標準高度控制在為2000±10mm范圍，吊線拉緊且懸吊時線夾下口與架空線平齊，對岔道口架空線形成的剪刀口進行調整從而減少夾角并錯位懸吊，降低受電弓在運行過程中的晃動和逆行阻止問題。

3.3 網絡通訊系統

無線網絡是實現機車車載控制系統、巷道設備設施控制系統與主控制器的數據交互和視頻信號傳輸的保障。目前該礦業公司已建有由各個水平到地面生產指揮中心的萬兆主干環網網絡，具有拓展接口。需要在該平面建設井下有軌運輸無人駕駛系統獨立的千兆光纖環網，井下千兆基站網絡匯聚到萬兆光纖環網內，通過光纜到達地面以下交換機，實現地面與井下的互聯互通。同時需要安裝無線基站通信網絡，以滿足該平面WIFI信號全覆蓋，防止信號盲區和信號弱的區域，且基站與現有鋪設井下六大系統通信基站互不干擾，符合視頻和語音通信穩定、連續傳輸需求。環網通訊及無線基站如圖2所示。

圖2 環網通訊圖

3.4 牽引變電控制系統

牽引變電控制系統本身應具備：過流保護、過壓保護、超溫保護，自動跳閘保護；且能實現能耗數據、電壓、電流、溫度、報警數據傳輸。將牽引變電所控制系統引入機車無人駕駛遠程自動化控制中，實現對該平面牽引變電所內設備的數據、狀態實時遠程監控采集。當牽引整流變出現故障時，控制中心發出指令，控制該水平的電機車減速停車；當電機車出現問題無法停車時，可以遠程切斷滑線電源，讓電機車失去動力源，防止事故擴大。

3.5 轉轍機系統

將手動道岔更改為電動轉轍機并安裝信號燈，控制箱應具有本地手動、遠程自動/手動模式，遠程自動控制可以實時通過派配礦系統指令對地下運輸軌道的電動道岔自動控制輸出，為正常生產使用。遠程手動控制即人工派車，下發派車指令后系統手動控制轉轍機，供零時調整作業計劃使用；遠程自動控制，即下發派車指令后，系統根據設定條件，轉轍機自動運行至相應位置，形成閉鎖關系；同時道路信號燈與其匹配使用。

3.6 門禁系統

按照該平面巷道人員入口實際情況安裝門禁系統，系統主要由現場電動門、紅外光柵、聲光報警器、控制室上位檢測控制等系統構成，電動門控制系統含手動、檢修，遠程手動/自動控制功能。其原理是電動門控制系統接收由控制室上位系統發過來的信號，門禁系統控制電動門的開啟或關閉；當有運輸巷道內有機車正在作業時，門禁系統需全部關閉，不允許有人闖入，一旦紅外光柵對射傳感器檢測到信號中斷，則說明有人員闖入，通過揚聲器進行聲光報警，觸發電機車自動停車，防止事故發生，在故障解除后電機車才能繼續進行自動裝礦、放礦、卸載工作。如果電機車停止運行。

3.7 裝卸載系統

裝載系統應包含溜礦井料位檢測、電動放礦閘門開閉檢測、機車礦車定位檢測、礦車料位檢測、視頻監控系統、自動控制單元等組成。當2#豎井溜礦井料位滿足裝載要求，集控發出派車指令，自動運行模式下（1#-2#豎井），機車自動減速運行至指定裝載站溜礦井振動臺位置（視頻自動切換為裝礦點），實現第一節礦車準確對位到放礦臺板下部裝礦點，振動閘板打開，啟動裝礦；當檢測系統檢測到礦石裝滿時，停止振動放礦機，機車礦車自動運行對正第二節礦車裝礦；直至最后一節車廂裝滿時，停止振動放礦機并關閉閘門，機車自動運行至1#豎井卸載站，當機車接近卸載站時減速運行通過卸載溜礦井卸礦。所選擇的卸載站均應有料位檢測裝置，當檢測到裝載站或卸載溜礦井低料位時，機車自動停止運行。

3.8 集控中心遠程自動控制系統

集控中心遠程自動控制系統是整個平面井下有軌運輸無人駕駛的核心，肩負整個平面直線往返式有軌運輸系統統籌協調，集控中心遠程自動控制系統應包括自動調度系統、視頻監控系統及語音對講系統。通過自動調度系統實現信集閉系統、機車權限分配、機車任務分配、網絡狀態監視、稱重數據查詢等，同時包括對現場溜井料位信號、裝礦站的信號、現場轉轍機信號、變電所信號和門禁系統信號、牽引變電所、機車運行的數據采集與控制，通過系統設計實現平面直線往返式有軌運輸系統機車在裝卸載站往返自動運行。視頻監控系統能采集到裝卸載系統、機車運輸無線傳輸視頻信號、轉轍機監控信號、門禁信號及各關鍵點視頻信息，采用多畫面顯示和畫面輪巡顯示：多畫面顯示能將視頻顯示區域進行全屏顯示，排列各個畫面的顯示位置等操作；畫面輪巡可根據平面機車運行位置和狀態，自動到切換到重點關注畫面。

3.9 預期應用效果

通過以上設計思路，系統集成完畢后，能實現所屬平面的設備遠程/就地控制，且在地表控制中心自動運行模式下，系統能根據現場料位在線監測情況，在選擇時間段，在系統滿足運行的條件下，自動計算運行軌跡并分配調度和運行列車機組及相關設備設施（包括電動道岔、電動安全隔離門等），通過列車機組運行至裝載系統，精確定位后，自動完成平面直線往返式自動運行裝卸載任務，并實現各類數據存儲和發布。

4 結語

本文通過對井下平面直線往返式有軌運輸系統遠程自動控制的研究，論述了對應的設計思路和解決方案，其成功運用，對應用推廣具有良好的借鑒意義，能有效解決有軌運輸平面機車運輸效率低、安全風險高、勞動強度大的問題，對井下平面直線往返式有軌運輸系統遠程自動控制提供一種系統解決思路。