煤礦井下電機車安全防護系統的優化設計

劉 國

（西山煤電集團西曲礦， 山西 古交 030200）

1項目概況

1.1 礦井概況

西曲礦井田面積60 km2，井田走向長6.5 km，傾向寬6 km，礦區總面積為39.5 km2，是古交礦區第一個利用日本能源貸款建成的第一對大型礦井。設計能力為340 萬t/年，地質儲量5.3 億t，可采儲量3.43 億t，服務年限98 年，礦井采用斜井、平硐聯合開拓式。西曲礦八水平大巷井下當前共有CDXT2-12（J）防爆特殊型蓄電池式電機車27 臺，其它底卸式礦車、人車和運輸車輛共有1 250 臺。井下運輸車輛過多，運輸頻率過大，運輸管理難度較大，安全事故時有發生。

1.2 電機車安全防護系統的現狀分析

從西曲礦八水平大巷的運輸實踐來看，井下常發生電機車司機操作失誤導致的誤闖紅燈、相撞、追尾等安全事故。針對出現的安全事故，西曲礦采取了一系列的安全技術措施：第一，井下安裝了電機車運輸監控系統；第二，將機車安裝防撞系統，降低了撞擊危害；第三，在電機車上加裝車載瓦斯斷電儀；第四，在電機車上安裝過電流保護裝置。這些電機車安全技術措施的設計與應用在一定程度上降低了電機車安全事故的發生，但是還是無法達到煤礦井下安全運輸的目標，需要進一步進行改進。

西曲礦與湘潭市宇通牽引電氣有限公司開展技術合作，共同優化設計了電機車安全防護系統，該系統主要是從井下電機車運輸信集閉系統、人員定位系統、礦井1000MB 工業以太網主干網三方面來實現。該系統主要利用射頻識別技術、超聲波檢測技術、霍爾檢測等對電機車的運行數據進行準確采集，為電機車運行的安全防護提供基礎。

2 電機車安全防護系統的設計方案

2.1 系統的設計思路

當前西曲礦的信息化建設較為完善，考慮到該礦地面和井下都已建設有完善的工業以太環網、電機車信集閉系統、人員定位系統。因此對于電機車安全防護系統的設計應該在原有信息系統架構的基礎上進行優化、改進、完善。這樣有利于降低電機車安全防護系統的設計的難度及相應的成本控制。

2.2 系統的結構分析

電機車安全防護系統的結構示意圖如圖1 所示。

圖1 電機車安全防護系統結構示意圖

從圖1 可知，煤礦地面主要是由客戶端和中心機房組成；客戶端由運輸隊、調度室、機運區三部分組成；中心機房由交換機和服務器組成。地面通過工業以太環網和交換機與井下連接。井下每臺電機車安裝有電機車控制器，可以實現上位機對電機車運行數據的實時監測，實現對電機車的啟動、制動、停止的控制[1-2]。每臺電機車安裝的多波段射頻接收和發射裝置可以對大巷信集閉系統的信號進行采集。電機車同時安裝有礦車定位卡，來實現電機車及人員的位置數據采集。在八水平大巷的巷道交叉口安裝有網絡攝像儀，對重要信息進行視頻資料的采集。井下信息通過工業以太網傳輸到地面中心機房服務器，對相應的信息進行處理，并給出相應的處理措施，為地面調度提供參考依據[3]。

3 電機車安全防護系統功能及其實現

3.1 防止闖紅燈報警功能的實現

電機車安全防護系統可以實現防止闖紅燈報警的功能。系統設計要求，當檢測到紅燈閉鎖狀態就會自動輸出報警預警的數據和信息。該電機車安全防護系統應用ARM7 芯片，可以實現信息數據同步更新，假定系統檢測到電機車司機有闖紅燈的行為后，電機車安全防護系統就會立即啟動預警并采取對電機車斷電停車的處理措施。

3.2 防追尾、防相撞功能的實現

電機車安全防護系統可以實現防追尾、防相撞的功能。ARM7 芯片可通過射頻數據通信的遠端傳輸功能來對信號進行連續性的快速檢測，當檢測到兩車車距小于設計的預警值后，系統就會發生安全預警警報，向電機車司機發出并運行剎車減速指令，確保電機車運行的安全性，防止追尾和相撞等安全事故的發生。

3.3 防超速脫軌的功能的實現

電機車安全防護系統可以實現防超速脫軌的功能。該安全防護系統可以對電機車的運行速度進行有效的實時監測，同時按控制輸出的相應信號來對報警輸出點進行控制，達到調整車速的目的，從而可以有效地實現防超速脫軌的功能。當電機車運行速度接近設定的危險值后，系統就會發出自動警報，從而控制警報信號的輸出，通過機械聯動機構控制端的氣剎制動閥門動作[4]。

3.4 防誤倒車系統功能的實現

電機車安全防護系統可以實現防誤倒車的功能。根據溫度濕度的傳感器補償操作，通過超精度超聲波測距傳感系統，對距離進行可探測的同步分析，能夠保障電機車司機在安全范圍內進行倒車作業，不會發生安全事故。在防誤倒車追尾系統功能現實中，通過對位置、探頭的設定，確定倒車的狀況。當電機車啟動倒車作業，安全防護系統就會自動起到探測功能，在距離范圍內，觸及追尾報警器，防撞功能開始探測，探頭從45°角進行輻射探測，對相應的信息進行檢測，計算車體與障礙物的距離確定追尾防撞情況的發生。同時通過對司機提醒蜂鳴音的強度變化來提醒司機進行安全作業。

4 實踐應用及效果分析

將該礦井電機車安全防護系統在西曲礦八水平大巷井下電機車上進行了安裝試運行，系統在運行期間穩定運行，有效地減少了闖紅燈、追尾、相撞、超速行駛等安全事故的發生，試運行期間電機車的安全事故發生率相比之前減少了95%，達到了設計目的，提高了井下輔助運輸系統的安全性，為企業創造了較好的安全經濟效益。