煤礦井下無軌膠輪車運輸智能控制與管理方法研究

摘要：無軌膠輪車因其結構靈活、高效運輸和環保特性，在現代煤礦中得到了廣泛應用。為確保其安全、高效運行，該文深入探討了無軌膠輪車的智能控制與管理方法。通過自動導航、車輛狀態監測和環境感知等智能控制技術，結合車輛調度管理、數據分析與優化以及故障預警與處理等智能管理方法，可以顯著提高無軌膠輪車的運輸效率和安全性，進而為煤礦的安全生產和運營效率提供有力保障。

關鍵詞：無軌膠輪車；煤礦井下；智能控制；智能管理

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.08.083

中圖分類號：TD 82；TP 2" " " " " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）08-0-04

Research on Intelligent Control and Management Methods for Transportation of Trackless Rubber Wheeled Vehicles in Coal Mines

GUO Shengxin

（Shandong Energy Group Northwest Mining Co.， Ltd.， Xi'an 710000， China）

Abstract： Trackless rubber wheeled vehicles have been widely used in modern coal mines due to their flexible structure， efficient transportation， and environmental characteristics. To ensure its safe and efficient operation， this article delves into the intelligent control and management methods of trackless rubber wheeled vehicles. Through intelligent control technologies such as automatic navigation， vehicle status monitoring， and environmental perception， combined with intelligent management methods such as vehicle scheduling management， data analysis and optimization， and fault warning and processing， the transportation efficiency and safety of trackless rubber wheeled vehicles can be significantly improved， providing strong guarantees for the safety production and operational efficiency of coal mines.

Keywords： trackless rubber tire vehicle; underground coal mines; intelligent control; intelligent management

0" "引言

隨著工業技術的不斷進步和煤礦生產規模的日益擴大，傳統煤礦運輸方式已難以滿足現代煤礦對效率、安全和環保的迫切需求。在這一背景下，無軌膠輪車作為一種新型的、具有高度靈活性和高效運輸能力的運輸工具，逐漸在煤礦井下運輸中嶄露頭角[1]。然而，煤礦井下的復雜環境對無軌膠輪車的運行提出了諸多難題，如何確保其在多變環境中的安全、穩定、高效運行，成為當前亟待解決的問題。因此，研究和探索無軌膠輪車的智能控制與管理方法，對于提高煤礦運輸效率、保障生產安全、推動煤礦智能化轉型具有重要意義。

1" "無軌膠輪車的特點與適用條件

1.1 特點

（1）結構靈活。無軌膠輪車不受軌道限制，可在復雜地形中自由行駛。這一特點使得無軌膠輪車能夠適應煤礦井下的多變環境，如起伏不平的巷道、狹窄的空間等。同時，由于沒有軌道的束縛，無軌膠輪車在轉彎、掉頭等操作時更加靈活便捷。

（2）高效運輸。無軌膠輪車具有較高的運輸效率，能夠快速完成物料和人員的運輸任務。相比傳統的有軌運輸方式，無軌膠輪車的運輸速度更快，且能夠根據實際情況靈活調整運輸路線和計劃。這種高效的運輸能力使得無軌膠輪車在煤礦生產中能夠發揮重要作用，提高生產效率。

（3）節能環保。當前煤礦井下多用電動無軌膠輪車，采用電力驅動減少了對環境的污染，符合綠色礦山建設要求。與傳統的燃油驅動車輛相比，無軌膠輪車在運行過程中產生的噪音和尾氣排放都大大降低，有利于改善煤礦井下的工作環境和減少對外部環境的負面影響。

1.2 適用條件

（1）巷道條件。無軌膠輪車適用于寬度、高度適宜的煤礦巷道，以確保車輛的安全通行。在選擇使用無軌膠輪車時，需要對煤礦巷道的尺寸進行充分評估，確保車輛能夠在巷道內順暢行駛并滿足安全要求。

（2）地質條件。無軌膠輪車適用于地質條件穩定、無明顯地質災害的煤礦區域。在地質條件較差的區域，如存在大量斷層、破碎帶等不良地質現象時，需要謹慎評估無軌膠輪車的適用性，并采取必要的安全措施以保障運輸安全。

（3）運輸需求。無軌膠輪車適用于煤炭產量大、運輸距離長的煤礦，以滿足高效運輸的需求。在選擇使用無軌膠輪車時，需要綜合考慮煤礦的產量、運輸距離以及運輸物料的性質等因素，確保無軌膠輪車能夠滿足煤礦的實際運輸需求并實現經濟效益最大化。

2" "煤礦輔助運輸系統中無軌膠輪車的具體應用

2.1 物料運輸

一是煤炭運輸。傳統的煤炭運輸方式受軌道和地形限制，效率不高。無軌膠輪車不受這些限制，能直接在巷道中自由行駛，快速將煤炭從采煤面運至井口或指定點。其強大的承載力大大提高了運輸效率并降低了損耗[2]。二是設備與材料運輸。無軌膠輪車也能高效運輸采礦設備和支護材料。其強大的承載能力確保了重型設備如油罐的快速搬運。

2.2 人員運輸

一是人員通勤。無軌膠輪車為井下人員通勤提供了便利。每次能運送10～30人，明顯縮短了通勤時間[3]。其舒適的乘車環境和安全性能確保了員工的通勤安全和舒適感。二是緊急撤離。在煤礦的緊急情況下，如瓦斯泄露，無軌膠輪車能迅速將人員撤離至安全區。其靈活的行駛性能確保了在復雜地形和惡劣環境中的穩定性。

3" "煤礦井下無軌膠輪車運輸智能控制與管理方法

3.1 智能控制技術

3.1.1 自動導航技術

隨著技術的發展，自動導航技術已經成為無軌膠輪車在煤礦井下運輸領域的重要應用。結合高精度地圖和先進的定位技術，無軌膠輪車能夠實現精確的自動導航。這種技術不僅可以確保車輛在復雜的巷道環境中穩定、準確地行駛，還能有效地避免與障礙物或其他車輛的碰撞，從而確保運輸的安全和效率。

一方面，高精度地圖為無軌膠輪車提供了詳細的環境信息，包括巷道的寬度、高度、曲率、坡度等，以及可能存在的障礙物。通過這些信息，車輛可以預先規劃出最優的行駛路徑，確保在各種條件下都能實現高效、安全的運輸。另一方面，先進的定位技術，如激光雷達、超聲波傳感器等，使得無軌膠輪車能夠實時感知周圍環境的變化，并根據這些變化及時調整行駛路徑和速度，確保在各種動態環境中都能保持穩定、可靠的運輸性能。

3.1.2 車輛狀態監測技術

車輛狀態監測技術是確保無軌膠輪車在煤礦井下安全運行的關鍵。這種技術通過實時采集和處理車輛的各種狀態信息，為操作人員和智能管理系統提供全面、準確的數據支持，以確保車輛的穩定運行和及時維護。具體來說，車輛狀態監測技術主要包括以下幾個方面：

（1）速度監測。通過安裝在車輛上的速度傳感器，實時監測車輛的行駛速度。這不僅可以確保車輛在安全的速度范圍內行駛，防止超速導致的安全事故，還有助于優化運輸效率。

（2）位置監測。利用先進的定位技術，如GPS、GLONASS或井下專用的定位系統，實時監測車輛的位置。這對于調度管理、路徑規劃和避免碰撞至關重要，確保車輛始終在預定的路線上行駛。

（3）電量監測。通過電池管理系統（BMS）實時監測車輛的電量狀態。這可以確保車輛在電量不足時及時返回充電，避免因電量耗盡而導致的運輸中斷或安全事故[4]。通過車輛狀態監測技術，煤礦管理人員可以更加有效地監控和管理無軌膠輪車的運行狀態，確保它們在復雜的井下環境中安全、高效地運行，從而為煤礦的安全生產和運輸效率提供有力保障。

3.1.3 環境感知技術

環境感知技術是無軌膠輪車在煤礦井下實現智能化和自主駕駛的關鍵技術之一。該技術利用多種傳感器和設備，實時感知巷道環境中的各種信息，為車輛提供全面、準確的環境數據，從而確保車輛在復雜的井下環境中能夠安全、高效地運行。具體來說，環境感知技術主要包括以下幾個方面：

（1）氣體檢測。煤礦井下的有害氣體是一個嚴重的安全隱患。通過安裝氣體傳感器，無軌膠輪車可以實時監測巷道中的甲烷、一氧化碳等有害氣體的濃度，并在濃度超標時發出警報，確保車輛和人員的安全。

（2）光照感知。巷道內的光照條件直接影響駕駛員的視線和車輛的行駛安全。通過光照傳感器，車輛可以實時監測巷道內的光照強度，并自動調節車燈的亮度，確保在各種光照條件下都能保持良好的視線和照明效果。

（3）溫度與濕度監測。巷道內的溫度和濕度變化可能對車輛的性能和安全性產生影響。溫度和濕度傳感器可以實時監測巷道內的溫度和濕度變化，為車輛提供必要的數據支持，以確保車輛在各種環境條件下都能穩定運行。

（4）障礙物檢測與避讓。通過超聲波、紅外或激光雷達等傳感器，無軌膠輪車可以實時感知巷道內的障礙物，如突出的巖石、設備或其他車輛。當檢測到障礙物時，車輛會自動進行避讓或減速，確保行駛過程中的安全。

（5）地形識別。巷道地形的復雜多變對車輛的行駛穩定性和安全性提出挑戰。通過地形識別技術，如地形高度傳感器或車載攝像頭等，無軌膠輪車可以實時感知巷道的坡度、起伏等地形信息，并調整行駛策略，以確保在各種地形條件下的安全、高效行駛。

3.2 智能管理方法

3.2.1 車輛調度管理

在煤礦井下的復雜環境中，無軌膠輪車的調度管理對于提高運輸效率和安全性至關重要。通過智能調度管理，可以實現對無軌膠輪車的優化配置和高效利用，滿足不斷變化的運輸需求。

智能調度管理系統的核心在于根據實時數據和先進算法進行決策。系統首先收集運輸需求信息，包括煤炭、設備、材料等的運輸量、目的地和優先級。同時，結合車輛狀態監測技術，系統實時評估每輛無軌膠輪車的狀態，包括電量、維護狀況、位置等。

基于這些信息，智能調度管理系統利用優化算法進行決策，確定最佳的車輛配置和調度方案。這樣可以確保在滿足運輸需求的同時，實現車輛的高效利用和資源的優化配置。系統還可以實時監控運輸進度和車輛狀態，并根據實際情況進行動態調整，確保運輸的順利進行。通過智能調度管理，煤礦可以提高無軌膠輪車的運輸效率，減少空駛和等待時間，降低運營成本。

3.2.2 數據分析與優化

在煤礦井下的無軌膠輪車運輸過程中，會產生大量的運行數據。通過對這些數據進行深入挖掘和分析，可以發現潛在的問題并提出優化建議，顯著提高運輸效率和安全性。數據分析與優化方法主要包括以下幾個步驟：

（1）數據收集與存儲。建立專門的數據收集系統，實時收集無軌膠輪車的運行數據，并進行分類存儲。這些數據可能包括行駛軌跡、速度、電量消耗、故障記錄等。

（2）數據預處理。對收集的數據進行清洗、去噪和標準化等預處理操作，以確保數據的質量和一致性。

（3）數據挖掘與分析。利用大數據分析和機器學習技術，對處理后的數據進行深入挖掘和分析。這可以幫助識別出運輸過程中的瓶頸和問題，如車輛故障、電量不足、路徑規劃不合理等[5]。

（4）問題診斷與優化建議。基于分析結果，對發現的問題進行診斷，并提出針對性的優化建議。這些建議可能涉及改進車輛設計、調整運輸策略、完善維護計劃等方面。

（5）持續改進。將優化建議轉化為實際行動，持續改進無軌膠輪車的運輸管理和維護保養。通過不斷迭代和優化，可以逐步提高運輸效率和質量，降低運營成本和安全風險。

3.2.3 故障預警與處理

故障預警與處理在無軌膠輪車運輸中扮演著至關重要的角色，它有助于確保車輛的安全運行并減少因故障導致的運輸中斷：

（1）建立故障預警機制。利用安裝在車輛上的傳感器和監控系統，實時收集車輛的運行數據。通過對這些數據的分析，可以識別出潛在的故障跡象。當數據出現異常時系統可以自動觸發預警機制，向管理人員發送警報信息。

（2）故障診斷。一旦收到故障預警，管理人員可以通過遠程訪問車輛數據，進行更詳細的故障診斷。這有助于準確識別故障原因和范圍，為快速有效地處理提供依據。

（3）及時處理。根據故障診斷結果，管理人員可以迅速采取措施。這可能包括遠程重置系統、調整運行參數或派遣維修人員前往現場進行修理。及時地處理不僅可以減少故障對運輸的影響，還有助于防止更嚴重的安全問題。

（4）故障記錄與分析。每次故障處理后，相關信息應被詳細記錄并存儲。通過對這些數據的分析，可以發現故障發生的規律和潛在原因，為預防性維護和車輛設計改進提供有價值的信息。

4" "結束語

綜上所述，無軌膠輪車在煤礦井下運輸中具有顯著的優勢，其靈活性、高效性和環保性使得它成為現代煤礦不可或缺的運輸工具。通過應用智能控制技術和智能管理方法，可以進一步提高無軌膠輪車的運輸效率和安全性，實現煤礦井下運輸的智能化和精細化管理。然而，為了確保無軌膠輪車在煤礦井下的安全運行，需要充分考慮其適用條件，并結合實際情況采取相應的安全措施。未來，隨著技術的不斷進步和創新，無軌膠輪車將在煤礦井下運輸中發揮更大的作用，為煤礦的安全生產和高效運營做出更大的貢獻。

參考文獻

[1] 劉曉偉．煤礦無軌膠輪車智能調度管理技術探究[J]．產品可靠性報告，2023（11）：94-96．

[2] 郭向東．礦用無軌膠輪車智能管理系統的設計及應用研究[J]．礦業裝備，2023（11）：186-188．

[3] 楊利文．無軌膠輪車在煤礦輔助運輸中的應用研究[J]．能源與節能，2023（10）：167-169．

[4] 馮欣．煤礦無軌膠輪車運輸管理中存在的問題及對策[J]．內蒙古煤炭經濟，2023（12）：184-186．

[5] 張亞威．煤礦無軌膠輪車運行調度優化研究[J]．內蒙古煤炭經濟，2023（05）：42-44．

作者簡介：郭勝鑫（1988—），男，漢族，山東膠州人，工程師，本科，研究方向為自動化、采礦。