煤礦井下車輛定位與信號控制技術

張慧文，田多寶

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 延安 727307)

0 引言

隨著技術的不斷革新，我國目前煤礦井下作業(yè)的相關技術已經處于世界前列。車輛運輸作為煤炭生產過程中重要的組成部分，由于井下作業(yè)空間有限且環(huán)境較差，巷道較窄，光線不佳，并且井下情況較為復雜，因此車輛運行難度較大。首先要保證的就是車輛在行進的過程中不會發(fā)生撞車的現象，井下車輛定位就顯得尤為重要。

1 煤礦井下作業(yè)車輛定位

傳統(tǒng)的無軌膠輪車雖然大大提升了運輸效率并且降低了成本。但在正常使用的過程中仍然存在許多問題，比如在正常的運輸過程中煤礦井下整個軌道路線沒有安放交通指示燈。在行駛的過程中需要完全依靠司機本身的靈敏度以及高超的駕駛技術，出現任何問題卻不能及時將井下情況反饋給調度室，完全依靠司機自身的處理能力，維修效率較低。尤其是井下環(huán)境較為惡劣時，無軌膠輪車的運輸過程較難。而現階段大部分煤礦所使用的煤礦井下4G車輛調度指揮系統(tǒng)，調度員在地面就可看到井下車輛運行現場，了解每個機車的具體位置、運行狀況及駕駛司機狀況等。機車在信號燈指揮下有序運行，遇道岔時司機可用遙控器扳道岔，遇危險時自動停車避免掉道。同時系統(tǒng)自帶機車維修、保養(yǎng)提醒功能，自動提醒司機充電，機車故障時幫助維修人員快速解析原因，指導維修。同時視頻具備視頻會議、微信功能，多名技術人員可集中遠程診斷、排查問題，提高維修效率等。隨著4G指揮系統(tǒng)的推廣，讓無軌膠輪車運輸更加高效、安全和可靠，向著智能化、無人化的方向更進一步。

目前處于現代化技術水平較高的時代。井下作業(yè)已經實現了智能化，尤其是現階段大力推廣的煤礦無軌膠輪車智能管理系統(tǒng)，這種系統(tǒng)運行后可全面提高膠輪車輛調配效率，確保輔助運輸安全，使煤礦井下輔助運輸管理邁上了一個新的臺階。無軌膠輪車智能管理系統(tǒng)基于井下4G無線通信系統(tǒng)建設，系統(tǒng)所提供車載終端與4G無線通信系統(tǒng)無縫接入。主要滿足較多數量人車的語音通訊、車輛定位、車門開閉監(jiān)控、倒車雷達探測、地圖顯示以及司機考勤識別功能，同時滿足較多數量料車的車輛定位需求。該系統(tǒng)由車輛管理用讀卡器、車輛識別卡及輔材等組成，車輛管理用讀卡器與礦用行車信息記錄儀總線連接，借助4G無線傳回至上位機處。通過智能交通管理平臺軟件進行顯示和分析，可以采集井下車輛動態(tài)運行數據，包括車型、車號、駕駛司機、車隊、具體運行位置、路徑等。通過大巷內識別卡、車輛上讀卡器的配套，結合上位機平臺軟件，可以生成車輛運行軌跡，對車輛行駛速度和運行位置進行實時監(jiān)控，還可以適時監(jiān)控司機的行為規(guī)范。

無軌膠輪車智能管理系統(tǒng)能夠及時、準確的將井下各個區(qū)域車輛數量、車輛定位、車輛進出井時間、運行路線等動態(tài)分布情況及時反映到地面計算機系統(tǒng)，可以對每個路口出入車輛數據進行統(tǒng)計，根據各路線的繁忙程度合理調整優(yōu)化行車路線，使車輛調度管理員能夠隨時掌握井下車輛等多種運行信息，同時也可在煤礦井下險情發(fā)生時為搶險救援提供準確的井下車輛位置、車輛求救信息和語音廣播指令，最大限度地提高救援、撤離效率。該套系統(tǒng)正式運行后，將大幅提高輔助運輸環(huán)節(jié)的運行效率和安全性，規(guī)范司機操作行為，提升礦井安全管理水平，為全面建設智慧礦山創(chuàng)造了有利條件。

隨著煤礦企業(yè)的快速發(fā)展，煤礦安全高效生產越來越受到重視，在此形勢下，煤礦井下車輛管理系統(tǒng)的應用越來越廣泛，其技術也越來越成熟。井下機車管理系統(tǒng)是保障井下行車安全、提高運輸效率和運營管理水平的重要設施。為確保行車安全，系統(tǒng)設有岔口語音提示功能，岔路口時語音提示“車輛通過，請行人注意”；系統(tǒng)設有防碰撞報警功能，兩車距離較近時，系統(tǒng)會提示，前方或后方約多少米處有車輛，請司機注意；設有同步監(jiān)控功能，機車運行信息同步上傳調度室，可以同步監(jiān)控機車運行狀況，車輛調度系統(tǒng)通過優(yōu)化的閉鎖邏輯，控制井下交通燈，引導井下車輛有序運行，杜絕了車輛堵死、追尾等現象，很大程度地提高了運輸效率。

2 煤礦當中的信號控制技術

煤礦信息化面臨著諸多挑戰(zhàn)，井下地質條件復雜、惡劣，大量在地面已獲廣泛應用的成熟信息技術在井下無法使用，適用于煤礦井下的信息技術、信息產品和信息系統(tǒng)的研發(fā)及產業(yè)化水平非常滯后。目前煤炭行業(yè)應用的無線通信技術解決方案相對薄弱，安全生產調度技術落后，難以滿足建設現代化數字智能礦井的要求，亟待業(yè)內領先的大型通信企業(yè)針對煤礦實際生產環(huán)境需求進行技術定制，將先進的技術引入礦井信息化建設中。因此，目前煤礦上所使用的信號控制技術是集齊了語音、數據、集群三大業(yè)務功能，既滿足現有的礦用通信需求，也符合數字煤礦、智慧礦山的未來發(fā)展方向。提供統(tǒng)一的通信平臺，實現調度通信和行政通信一體化、井下通信和井上通信一體化、有線無線一體化、通信定位一體化以及語音和數據通信一體化。

信號控制系統(tǒng)是以CDMA技術為基礎，集成了公網通信的主體功能，此外還集成了專業(yè)數字集群GoTa，以專網專建為思路，結合專網特點，用低成本、高質量滿足煤礦行業(yè)用戶生產管理與生活需要，是一種小型化的CDMA專網系統(tǒng)，其設備滿足了井上、井下一體化設計，可實現有線、無線電話統(tǒng)一調度，通過調度臺同時解決煤礦井上、井下的通信問題，達到縱向調度，靈活可靠，礦區(qū)內外通信暢通無阻，并可提供EVDO3G數據業(yè)務，實現移動語音、專業(yè)集群、生產調度、視頻監(jiān)控多網合一。并且其煤礦井下無線通信解決方案充分考慮井下通信的安全需求，所有井下設備均經過隔爆和本安防爆處理，通過國家的防爆認證。

井下多為狹長型通道，因此采用礦用毫瓦級Gecko基站加定向天線方式進行覆蓋。井下主巷道主要用作運輸，直徑寬、長度比較長，基站覆蓋距離比較長，輔巷道主要用于采煤，輔巷道多彎道，有阻隔鐵門，基站覆蓋距離比較短。同時配備專業(yè)數字集群的礦用系統(tǒng)，生產調度更為迅捷便利，生產效率能得到極大提升。并且可提供專業(yè)管理臺，管理人員可通過管理臺管理本集團的群組和用戶，以及用戶和群組的隸屬關系，分組信息通過無線自動同步到終端上，大大降低了管理難度。

目前信號控制技術可提供專業(yè)調度臺，調度人員可通過臺席實時指揮地面和井下的工作群組或者用戶。調度臺臺席還可以和定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合，通過一機多屏將煤礦調度操作更立體的呈現在調度員和領導面前，形成煤礦指揮調度駕駛艙。調度人員通過視頻監(jiān)控窗口，可以實時查看井上/井下各視頻監(jiān)控點的視頻信息，也可以通過室外GPS定位觀察到地面運煤車輛的運行情況，還可以選擇攝像頭或者在地圖上框選用戶，直接進行集群群組呼叫，呼叫過程中，視頻信息和定位信息的上傳不受任何影響，可并發(fā)進行。煤礦井下通信系統(tǒng)采用EVDO技術支持無線數據傳輸，三載波捆綁可達下行可達14.7 M，上行可達5.4 M。

煤礦井下作業(yè)遠離地面，地形復雜，環(huán)境惡劣，采用無線傳輸，承載視頻監(jiān)控、傳感器信息等，可大大節(jié)省井下布線難度，設備也可隨著工作區(qū)的變化靈活部署，并且可以和現有設備互聯互通。支持和礦區(qū)現有PBX系統(tǒng)、固話系統(tǒng)間的互聯互通，新建無線通訊系統(tǒng)可以和舊設備融合，節(jié)省礦區(qū)前期投入。交換控制器主要由核心網模塊(CN)、GoTa調度服務器模塊(DSS)和基站控制器模塊(BSC)構成。其中，核心網集成了公網核心網的主要功能，主要包括語音、短信、數據業(yè)務、互聯互通等，GoTa調度服務器集成了專業(yè)數字集群功能，基站控制器負責連接井上和井下基站并進行控制處理。使用BBU+RRU分布式基站進行組網，完成無線信號的地面覆蓋。使用公文包大小的Gecko防爆基站，用于井下的無線網絡覆蓋。配備專業(yè)調度臺、管理臺，專門用于礦區(qū)的管理和調度。井下防爆終端、井上普通終端、車載臺、智能機等一應俱全，終端一機多用，既支持普通語音調度，也同時支持專業(yè)數字集群業(yè)務。

3 目前煤礦信號控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

綠色語音，專用信道傳輸語音，語音清晰，抗干擾強，適合復雜環(huán)境通信。高速數傳和無線承載，GoTa 3G三載波捆綁可達14.7 M，高速無線數據傳輸能力不僅支持地面、井下語音調度，還可以成為無線數據傳輸的承載網絡，支持視頻監(jiān)控和傳感器信息傳輸、以及基于地面GPS定位信息的指揮調度，還可以將集群對講和定位、視頻監(jiān)控融合，煤礦領導可以結合地圖和視頻監(jiān)控畫面，進行可視化調度。

互聯互通，不僅實現井下井上一體，系統(tǒng)還支持多礦區(qū)間互聯互通和已建設的PBX系統(tǒng)的互聯互通，此外，系統(tǒng)還需要具備和運營商網絡互聯互通的能力，最大程度的擴展數字礦山業(yè)務覆蓋區(qū)域外延。專業(yè)數字集群，除了傳統(tǒng)的語音調度外，支持專業(yè)數字集群、依靠快速接入、一呼百應的數字集群技術，使得群組呼叫成為井下、地面溝通的利器，群組式的工作模式進一步提升煤礦工作效率；通過系統(tǒng)提供的管理臺，煤礦管理人員可以輕松的劃分群組，通過系統(tǒng)提供的調度臺，煤礦調度人員可以實時向井下和地面群組或者人員發(fā)布調度指令助力建設煤礦高效生產與安全巡查無線指揮調度系統(tǒng)。

4 結語

煤礦井下車輛定位與信號控制技術已經在部分礦井推廣使用，無論是煤礦井下的定位系統(tǒng)還是煤礦地面的信號控制技術都取得了較大發(fā)展，隨著4G時代和智能化開采的到來，中國煤礦井下車輛定位以及信號控制技術會加速向無人機、智慧礦山邁進。