斜坡道交通安全管控系統(tǒng)在錦豐金礦的應(yīng)用

張社稷 楊巍巍

摘要：錦豐金礦地下礦山針對主斜坡道存在交通擁堵、運(yùn)輸效率低、安全風(fēng)險高和車輛人員定位精度差等問題，采用數(shù)字化、信息化新技術(shù)設(shè)計(jì)了一套斜坡道交通安全管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的井下大規(guī)模光纖環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)、井下無軌運(yùn)輸設(shè)備高精度定位技術(shù)、井下無軌運(yùn)輸車載終端技術(shù)、井下無軌運(yùn)輸車流管控技術(shù)及井下無軌運(yùn)輸車輛生產(chǎn)調(diào)度技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中效果較好，有效改善了上述問題，使主斜坡道的年通過能力提高5 %，企業(yè)年產(chǎn)值增加約3 898萬元。

關(guān)鍵詞：斜坡道交通安全管控系統(tǒng);主斜坡道;數(shù)字化技術(shù);信息化技術(shù);井下無軌運(yùn)輸

中圖分類號：TD65????????? 文章編號：1001-1277（2021）08-0056-05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20210812

數(shù)字化、自動化交通安全管控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)場交通管制、鐵路、公路、水運(yùn)及城市交通管理，并且日益成熟，但該技術(shù)在礦山井下應(yīng)用的實(shí)例較少。貴州錦豐礦業(yè)有限公司（下稱“錦豐金礦”）位于貴州省黔西南布依族苗族自治州貞豐縣境內(nèi)，地下礦山采用斜坡道開拓方式，引進(jìn)了大量的進(jìn)口采掘、運(yùn)輸、濕噴混凝土設(shè)備，均為無軌輪式行走方式，加上安全、生產(chǎn)、技術(shù)等管理人員的車輛，井下斜坡道交通運(yùn)輸異常繁忙，存在交通擁堵、運(yùn)輸效率低、安全風(fēng)險高和車輛人員定位精度差的問題。斜坡道的通過能力成為制約錦豐金礦生產(chǎn)能力的關(guān)鍵因素，采用數(shù)字化、信息化新技術(shù)設(shè)計(jì)了一套斜坡道交通安全管控系統(tǒng)，擬解決錦豐金礦斜坡道交通擁堵和人員定位不精確的問題。

1 工程背景

錦豐金礦采用斜坡道開拓方式，坑內(nèi)運(yùn)輸采用10臺載質(zhì)量為45 t的AD45B型礦用卡車。主斜坡道凈斷面面積為 23.37 m2（寬5.0 m，高5.5 m），斜坡道口位于礦體中部下盤 560 m 標(biāo)高處，折返式向下延伸，截至2020年末已延伸至30 m中段，主要擔(dān)負(fù)井下礦石和廢石的運(yùn)輸，以及人員、材料、設(shè)備的下放和運(yùn)出工作。采礦方法為上向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法，巷道及采礦進(jìn)路掘進(jìn)、錨網(wǎng)支護(hù)均采用阿特拉斯Boomer 282雙臂鑿巖臺車，Normet噴漿車人工遙控完成噴漿支護(hù)工作，6臺斗容量為6 m3的鏟運(yùn)機(jī)出礦，所有采場實(shí)現(xiàn)了無軌機(jī)械化開采。通風(fēng)方式為機(jī)械抽出式通風(fēng)，新鮮風(fēng)由進(jìn)風(fēng)井、斜坡道進(jìn)入，污風(fēng)從東西回風(fēng)井抽出地表。錦豐金礦已建成完善的地下礦山通訊系統(tǒng)、地下礦山人員定位系統(tǒng)、地下礦山監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、地下礦山緊急避險系統(tǒng)（205 m 中段設(shè)避險硐室）、地下礦山壓風(fēng)自救系統(tǒng)、地下礦山供水施救系統(tǒng)，并通過了當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)管理部門的驗(yàn)收。

錦豐金礦原設(shè)計(jì)開采方式為“露天+地下”聯(lián)合開采，總設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模120萬t/a。2015年末露天礦開采結(jié)束后，礦山出礦任務(wù)全部集中到地下開采。地下礦山原設(shè)計(jì)的75萬t/a生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到選礦廠的生產(chǎn)需要，為滿足生產(chǎn)，需增加采掘設(shè)備，提高生產(chǎn)能力。隨著井下基建和生產(chǎn)任務(wù)的加重，以及采礦深度的增加，采礦難度不斷增大，運(yùn)輸距離也不斷延長，車輛不斷增多，井下斜坡道交通系統(tǒng)不堪重負(fù)。礦山一部現(xiàn)有各種生產(chǎn)作業(yè)車輛48臺，加上承包商生產(chǎn)及輔助車輛25臺，共計(jì)73臺車輛均需通過主斜坡道進(jìn)出井下，主斜坡道寬為5.0 m，僅允許單車通行。各種生產(chǎn)作業(yè)車輛僅依靠燈光、鳴笛、對講系統(tǒng)進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)避讓，其存在以下問題：①斜坡道經(jīng)常堵車，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率;②如果避讓不及時容易發(fā)生碰撞，存在重大安全隱患;③井上作業(yè)指揮人員無法實(shí)時掌握井下生產(chǎn)作業(yè)情況，只能依靠管理人員下井進(jìn)行生產(chǎn)檢查;④現(xiàn)有6大系統(tǒng)采用區(qū)域性定位，精度低、時效性差。

2 交通安全管控系統(tǒng)

為解決主斜坡道存在的安全生產(chǎn)問題，有效提高井下主斜坡道的利用效率，提高運(yùn)礦能力，滿足日益增加的井下生產(chǎn)任務(wù)和基建需求，錦豐金礦與丹東東方測控技術(shù)股份有限公司合作，采用數(shù)字化、信息化新技術(shù)對主斜坡道及井下各種生產(chǎn)車輛進(jìn)行升級改造，為主斜坡道設(shè)計(jì)了一套先進(jìn)的井下交通安全管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了先進(jìn)的井下大規(guī)模光纖環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)、井下無軌運(yùn)輸設(shè)備高精度定位技術(shù)、井下無軌運(yùn)輸車載終端技術(shù)、井下無軌運(yùn)輸車流管控技術(shù)及井下無軌運(yùn)輸車輛生產(chǎn)調(diào)度技術(shù)，建立了井下綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺、井下無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)、井下采運(yùn)安全管理系統(tǒng)、信號燈自動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了人員和車輛的精確定位、信號燈自主控制，達(dá)到了改善井下交通狀況、保障運(yùn)輸安全、提高主斜坡道利用效率和運(yùn)輸能力的目的。

2.1 井下綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺

井下綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺由千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)和千兆接入子網(wǎng)系統(tǒng)[1]組成。千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)及接入子網(wǎng)考慮環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，確保網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺的穩(wěn)定可靠性，其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)平臺采用完全開放的、國際公認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)IEC61158，具備成熟的第三方連接能力。

系統(tǒng)通過光纜環(huán)網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)連接，即骨干網(wǎng)上任何一點(diǎn)的光纜連接意外斷開，系統(tǒng)都能通過反向環(huán)的方式提供后備以太網(wǎng)鏈路，保證系統(tǒng)可用性的同時兼顧經(jīng)濟(jì)性。

2.2 井下無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)

井下無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)[2]是在礦區(qū)井下建立無線網(wǎng)絡(luò)通訊覆蓋，并將井下無線網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)連接起來，使用者通過無線方式可以在井下任何地方和任何時間接入網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)既要滿足井下安全生產(chǎn)的需要，又要滿足地面生產(chǎn)、指揮、管理及人們生活等各方面的通信需求。

2021年第8期/第42卷? 機(jī)電與自動控制機(jī)電與自動控制? 黃 金

無線傳感網(wǎng)和光纖環(huán)網(wǎng)均有各自的缺點(diǎn)，在井下部署無線通訊系統(tǒng)時，無線設(shè)備掛接于光纖環(huán)網(wǎng)的多個節(jié)點(diǎn)上，每個無線傳感設(shè)備相互橋接的同時還對井下工作面進(jìn)行無線覆蓋。當(dāng)光纖環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)故障時，無線傳感網(wǎng)絡(luò)依靠其健壯性和多跳性，利用其自身的路由及橋接功能，自動彌補(bǔ)光纖斷點(diǎn)。各生產(chǎn)平硐光纖環(huán)網(wǎng)通過錦豐金礦主干光纖網(wǎng)絡(luò)接入數(shù)據(jù)中心，使井下井上數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

2.3 井下采運(yùn)安全管理系統(tǒng)

井下采運(yùn)安全管理系統(tǒng)依托井下綜合傳輸平臺，由車載終端、定位基站、信號燈、RFID激勵器輔助定位系統(tǒng)及管理軟件系統(tǒng)組成，其組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.4 信號燈自動控制系統(tǒng)

信號燈自動控制系統(tǒng)在卡車行駛過程中的定位精度可高達(dá)3 m。定位系統(tǒng)采用當(dāng)前先進(jìn)的Zigbee TOF技術(shù)（飛行時間測距法），可精確定位井下人員及車輛位置，對車輛工作狀態(tài)、車輛種類及優(yōu)先級別、巷道車輛狀態(tài)、岔路口車輛行駛狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。基于飛行時間定位算法實(shí)現(xiàn)移動車輛定位，采取特殊的碰撞避免策略及靈活的隨機(jī)算法保證高速不漏卡[3]。信號燈自動控制系統(tǒng)根據(jù)上述各種狀態(tài)進(jìn)行自動分析，根據(jù)制定的設(shè)備優(yōu)先行駛級別自動管控行駛信號燈，避免設(shè)備發(fā)生碰撞，提高生產(chǎn)運(yùn)輸能力。信號燈自動控制系統(tǒng)工作原理如圖3所示。

該系統(tǒng)布設(shè)覆蓋了整個井下斜坡道、大部分聯(lián)巷及主要生產(chǎn)穿脈的綜合基站，信號覆蓋良好，有線與無線網(wǎng)絡(luò)通訊流暢。綜合基站由各功能板卡集合而成，綜合基站通過光纖聯(lián)通，并組成了井下光纖環(huán)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)組建環(huán)網(wǎng)、井下定位、WiFi覆蓋、監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集等功能。單基站可覆蓋雙向各400 m的定位信號和各300 m的WiFi信號。

3 工程應(yīng)用

3.1 交通管控原則及工作原理

3.1.1 管控原則

交通管控根據(jù)優(yōu)先級原則、行駛權(quán)裁判原則和預(yù)授權(quán)原則來設(shè)計(jì)。優(yōu)先級原則是輔助車輛避讓生產(chǎn)車輛（優(yōu)先級別高）;行駛權(quán)裁判原則是后進(jìn)入（路段）避讓先進(jìn)入、下行車輛避讓上行車輛、車少方向避讓車多方向、空載避讓滿載;預(yù)授權(quán)原則是車輛下井前在井口位置由車載終端電腦輸入本次下井的首站目的地，終端將目的地信息發(fā)送至上位機(jī)，系統(tǒng)接收到車輛目的地信息后自動規(guī)劃本次下井路線，并使規(guī)劃后的路線結(jié)果參與車流管控算法。

3.1.2 工作原理

井下交通管控系統(tǒng)由車載終端、上位機(jī)運(yùn)算控制端、信號燈指示端3大部分組成。車載終端包括車輛搭載的定位標(biāo)識卡與終端電腦，定位標(biāo)識卡具有移動定位與定點(diǎn)定位2項(xiàng)功能。移動定位功能是針對移動車輛的實(shí)時定位有延時誤差設(shè)計(jì)的，是交通管控系統(tǒng)中應(yīng)用的主要定位功能;定點(diǎn)定位功能需搭配激勵器使用，激勵器由激勵線圈和射頻讀卡器組成，當(dāng)裝有定位標(biāo)識卡的車輛進(jìn)入激勵器識別范圍后，定位標(biāo)識卡被激勵，定位標(biāo)識卡將自身的特征信息及激勵（位置）信息通過無線傳輸至綜合分站，綜合分站將信息上傳至控制中心，從而獲取車輛準(zhǔn)確的位置信息[4]。激勵器安裝在井下斜坡道各三岔口距路口中心點(diǎn)15 m處，如圖4所示。

激勵器將井下整體路徑劃分成多個相互關(guān)聯(lián)的控制路段，激勵器的激勵信息則反饋路段的車流情況，實(shí)現(xiàn)對路段車流的控制，如圖5所示，圖5中A、B兩點(diǎn)即為一條控制路段。

車輛出入路段的定位信息經(jīng)激勵器激勵后發(fā)送至系統(tǒng)后臺服務(wù)器運(yùn)算中心，運(yùn)算中心根據(jù)車輛的優(yōu)先級，預(yù)先計(jì)算出每臺車輛的下一步動作，包括前行通過、原地等待和擇地避讓3種，并通過信號燈提示給司機(jī)，其工作原理示意圖如圖6所示。

3.2 應(yīng)用效果

實(shí)際應(yīng)用過程中，系統(tǒng)給每段控制路段規(guī)劃的車流均為單向車流，不會出現(xiàn)路段中相遇的情況，系統(tǒng)根據(jù)車輛優(yōu)先級合理為每臺車輛分配前方預(yù)占用路段，同時設(shè)定每條路段的合理跟車極限數(shù)值。司機(jī)按照信號燈的指示行駛，紅燈停、綠燈行、黃燈避讓，井下交通運(yùn)行有序，高優(yōu)先級車輛通過率高，系統(tǒng)運(yùn)行安全高效。

優(yōu)先級別控制規(guī)則允許車輛同向進(jìn)入某一路段而互不影響，同時可以確保救援車輛等特殊車輛優(yōu)先通行[5]，如應(yīng)急救險的救援車、物料車，需要往井下某水平緊急運(yùn)輸重要物料，可以將運(yùn)輸車輛的優(yōu)先級調(diào)整成最高，然后該運(yùn)輸車（急救車）就可以一路綠燈到達(dá)該水平，在最大限度保障運(yùn)輸行駛安全的情況下，以最快速度到達(dá)目的地，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

錦豐金礦井下交通安全管控系統(tǒng)工作情況如圖7所示，該系統(tǒng)應(yīng)用前經(jīng)常發(fā)生堵車現(xiàn)象，安全風(fēng)險較高，升級改造后，堵車現(xiàn)象大大減少，井下生產(chǎn)運(yùn)輸安全性得到保證。新系統(tǒng)應(yīng)用前斜坡道運(yùn)輸效率低，投入使用后，運(yùn)輸效率明顯提高。經(jīng)測算，在2019年、2020年的實(shí)際運(yùn)行中，主斜坡道平均運(yùn)輸通過能力達(dá)到4 000 t/d，比改造前2018年的3 818 t/d高出182 t/d，通過能力提高5 %。按照每年生產(chǎn)300 d，礦石品位3 g/t，綜合回收率85 %，黃金價格280元/g估算，2019年、2020年每年黃金產(chǎn)量提高0.139 t，產(chǎn)值增加約3 898萬元。

4 結(jié) 語

錦豐金礦主斜坡道從560 m井口至150 m中段之間各個分段聯(lián)巷、各個路口安裝交通安全管控系統(tǒng)終端（信號燈）后，極大地解決了主斜坡道存在的交通擁堵、運(yùn)輸效率低、安全風(fēng)險高和車輛、人員定位精度差等諸多問題，實(shí)踐證明主斜坡道的通過能力提高了5 %，年產(chǎn)值增加約3 898萬元。從2020年底開始，錦豐金礦將該系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)一步推廣到主斜坡道150 m～30 m及西斜坡道全部分段路口，全面改善了錦豐金礦的井下運(yùn)輸管控系統(tǒng)，使錦豐金礦斜坡道交通安全管控水平上了一個新臺階，對同類型礦山具有積極的借鑒意義，值得推廣。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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Application of ramp transportation security control system in Jinfeng Gold Mine

Zhang Sheji，Yang Weiwei

（Guizhou Jinfeng Mining Limited）

Abstract：Traffic jam，low transportation efficiency，high safety risks and poor location precision of vehicles and personnel take place in the main ramp in the underground mine of Jinfeng Gold Mine.In light of that，new digitalized and informationized technology is used to design a set of ramp transportation security control system.The system uses advanced underground large-scale optical fiber ring network technology，high-precision locating technology for underground trackless transportation vehicles，vehicle-mounted terminal technology for underground trackless transportation vehicles，fleet flow control technology for underground trackless transportation vehicles，and production assignment technology of underground trackless transportation vehicles，and performs well in actual application，effectively improves the problems above，increases the annual pass capacity on the main ramp by 5 %，and creates 38.98 million yuan more profits for the enterprise annually.

Keywords：ramp transportation security control system;main ramp;digitalized technology;informationized technology;underground trackless transportation