單軌吊無人駕駛系統(tǒng)在朱集東礦的應(yīng)用

趙 軍 李海一 付衍斌

（1.尤洛卡（山東）礦業(yè)科技有限公司,山東 泰安 271000；2.淮河能源(集團(tuán))股份有限公司朱集東礦,安徽 淮南 232000）

朱集東煤礦隸屬于淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，于2007 年7 月1 日開工建設(shè)，2013 年6 月正式投入生產(chǎn)，礦井屬煤與瓦斯突出礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為400 萬t/a，系統(tǒng)具備800 萬t 生產(chǎn)能力，設(shè)計(jì)服務(wù)年限為80.2 a。礦井于2021 年安裝尤洛卡（山東）礦業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的DC260/160Y 防爆柴油機(jī)單軌吊，極大地提高礦井運(yùn)輸物料的效率，但有人駕駛具有需要配置多人保障機(jī)車運(yùn)行、無法適應(yīng)更為復(fù)雜的運(yùn)輸條件等缺點(diǎn)。朱集東煤礦東翼南盤區(qū)提料斜巷是運(yùn)輸區(qū)主要運(yùn)輸斜巷之一，該巷道傾角較大，單軌吊在該段巷道行駛時(shí)除司機(jī)操作單軌吊機(jī)車外，為保障機(jī)車的安全運(yùn)行還需配備多人跟隨，但由于該巷道傾角較大，運(yùn)輸條件復(fù)雜，機(jī)車運(yùn)行時(shí)，人員跟隨較為困難且危險(xiǎn)性大?；谀壳皢诬壍鯔C(jī)車在該巷道運(yùn)行的難點(diǎn)和問題，通過單軌吊無人駕駛的項(xiàng)目建設(shè)，可以大幅提升物料運(yùn)輸效率和安全性。

1 無人駕駛系統(tǒng)簡介

煤礦智能化[1-2]是煤礦機(jī)械化發(fā)展的新方向，隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，礦井系統(tǒng)先后經(jīng)歷了機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化等階段，現(xiàn)如今正處于智能化初級(jí)階段[3-5],煤礦輔助運(yùn)輸[6]的智能化是礦井智能化發(fā)展的重要組成部分。無人駕駛系統(tǒng)是基于井下UWB 精確定位和信標(biāo)定位相結(jié)合、無線網(wǎng)絡(luò)和GIS 高精度地圖，利用激光雷達(dá)和視頻監(jiān)控等各類傳感器進(jìn)行感知探測，可實(shí)現(xiàn)機(jī)車在運(yùn)行線路自動(dòng)運(yùn)行到目的地,實(shí)現(xiàn)機(jī)車自動(dòng)停車和障礙物移出后自動(dòng)運(yùn)行功能。

系統(tǒng)中單軌吊與UWB 和WIFI 基站使用無線橋接，基站與基站之間用光纖傳輸?shù)耐ㄐ磐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，方便單軌吊自由移動(dòng)并且確保長距離大數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定。機(jī)車前后安裝有激光雷達(dá)傳感器，實(shí)時(shí)探測50 m 范圍內(nèi)的障礙物，能及時(shí)發(fā)出預(yù)警并控制機(jī)車減速制動(dòng)，避障運(yùn)行。無人駕駛系統(tǒng)通過機(jī)車信息終端，與機(jī)車CAN 網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器互聯(lián)通信，實(shí)現(xiàn)對單軌吊機(jī)車的無人駕駛。單軌吊機(jī)車遠(yuǎn)程駕駛網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接圖如圖1。

安裝在單軌吊機(jī)車前后兩個(gè)駕駛室中的機(jī)車信息終端，外接WIFI 天線或5G 天線和UWB 天線。機(jī)車信息終端與發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)儀（CAN 網(wǎng)關(guān)）通過CAN 口通信。當(dāng)需要對單軌吊機(jī)車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，由井上控制室內(nèi)的工作站主機(jī)在上位機(jī)軟件界面發(fā)出控制指令，經(jīng)服務(wù)器，井上以太網(wǎng)交換機(jī)傳輸?shù)骄乱蕴W(wǎng)交換機(jī)，繼而傳輸?shù)桨惭b在巷道中的WIFI 基站，WIFI 基站經(jīng)全向玻璃鋼天線將指令無線傳輸給機(jī)車信息終端，再通過CAN 通信經(jīng)CAN網(wǎng)關(guān)，連接機(jī)車控制系統(tǒng)，從而完成單軌吊機(jī)車的前進(jìn)、后退和停止等動(dòng)作。單軌吊機(jī)車本身的各種傳感器參數(shù)，經(jīng)CAN 網(wǎng)關(guān)、機(jī)車信息終端、WIFI基站、井下以太網(wǎng)交換機(jī)、井上以太網(wǎng)交換機(jī)、服務(wù)器傳輸?shù)焦ぷ髡?，最終在工作站的上位機(jī)軟件窗口中顯示。機(jī)車信息終端的5G 功能和WIFI 功能不同時(shí)使用，根據(jù)礦井中已布局或?qū)⒁季值臒o線網(wǎng)絡(luò)形式，配置不同無線傳輸形式的機(jī)車信息終端。

單軌吊機(jī)車無人駕駛功能的設(shè)備配置主要有以下4 種類別：遠(yuǎn)程駕駛、UWB 定位、語音對講和視頻顯示功能，可滿足不同的現(xiàn)場條件，如井下為WIFI 環(huán)網(wǎng)、井下為5G 網(wǎng)絡(luò)、井下只有UWB 基站、井下無任何網(wǎng)絡(luò)和基站等。

2 無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用

朱集東煤礦根據(jù)生產(chǎn)需要，為保證支架與其他物料的運(yùn)輸安全，杜絕人員在斜巷跟車上下，計(jì)劃對在用的單軌吊進(jìn)行無人駕駛升級(jí)改造，從而實(shí)現(xiàn)單軌吊機(jī)車無人化自動(dòng)運(yùn)行功能。該技術(shù)首先應(yīng)用于東翼南盤區(qū)提料斜巷。東翼南盤區(qū)提料斜巷示意圖如圖2，該巷道是運(yùn)輸區(qū)主要運(yùn)輸斜巷之一，斜巷角度為20°,長度為180 m，承擔(dān)著-906 m 水平到-965 m 水平的物料供應(yīng)。該斜巷聲光信號(hào)、一坡三擋等安全設(shè)施配置齊全且各項(xiàng)閉鎖有效，監(jiān)控視頻、警戒位置等均按要求設(shè)置到位。

無人駕駛的實(shí)現(xiàn)是在原單軌吊系統(tǒng)基礎(chǔ)上安裝必要的設(shè)備，無人駕駛系統(tǒng)主要包含四個(gè)部分：一是在地面控制平臺(tái)安裝無人駕駛控制系統(tǒng)，該部分主要包含遠(yuǎn)程服務(wù)器、遠(yuǎn)程遙控平臺(tái)、機(jī)車自動(dòng)駕駛軟件等，其中遠(yuǎn)程服務(wù)器是自動(dòng)控制系統(tǒng)核心服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了單軌吊無人駕駛時(shí)的路徑規(guī)劃、路況信息監(jiān)測匯總等功能；二是在單軌吊機(jī)車上安裝控制系統(tǒng)車載部分，該部分主要包含機(jī)車視頻輔助駕駛系統(tǒng)、機(jī)車防撞與語音告警系統(tǒng)、機(jī)車自主定位系統(tǒng)等，其中機(jī)車視頻輔助駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多畫面顯示、視頻上傳、語音通話等功能；三是安裝控制系統(tǒng)道岔控制部分，該部分主要包含ZKC127Q 礦用氣動(dòng)司控道岔控制裝置等，該裝置實(shí)現(xiàn)了單軌吊無人駕駛時(shí)道岔就地控制、遙控、檢測、聲光報(bào)警等功能；四是安裝控制系統(tǒng)風(fēng)門控制部分，該部分主要包含礦用風(fēng)門控制裝置等，該裝置根據(jù)風(fēng)門數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)單軌吊無人駕駛時(shí)風(fēng)門就地控制、遙控、檢測、聲光報(bào)警等功能。

無人駕駛系統(tǒng)的安裝，解決了單軌吊在東翼南盤區(qū)提料斜巷中有人駕駛存在的難題，一是單軌吊機(jī)車無人駕駛在斜巷運(yùn)輸過程中，無需工作人員跟車保障機(jī)車的安全運(yùn)行，保障了人員的安全；二是相比傳統(tǒng)有人駕駛機(jī)車，單輛機(jī)車運(yùn)行可減員6 人，減少風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)與隱患近15 個(gè)，提高運(yùn)輸效率35%以上；三是礦用單軌吊無人駕駛遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可更好地適應(yīng)斜巷特殊環(huán)境下的運(yùn)輸任務(wù)。

3 結(jié)語

1）單軌吊無人駕駛系統(tǒng)基于UWB 精確定位技術(shù)、WIFI6 無線通信技術(shù)、視頻識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單軌吊車輛無人駕駛功能，大幅提高單軌吊車輛運(yùn)行效率，保證單軌吊車輛運(yùn)行安全。

2）該系統(tǒng)首先在朱集東礦東翼南盤區(qū)提料斜巷中進(jìn)行了安裝，解決了單軌吊在該巷道有人駕駛中存在的難題。

3）無人駕駛系統(tǒng)后續(xù)將會(huì)覆蓋礦井其他區(qū)域，單軌吊無人駕駛標(biāo)志著單軌吊機(jī)車啟動(dòng)了由“人控”到“智控”的全面升級(jí)，為“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”邁出了堅(jiān)實(shí)一步。