三交河煤礦無軌膠輪車調度系統應用

楊 麗

（霍州煤電集團汾河焦煤公司三交河煤礦，山西 洪洞 041600）

軌道運輸存在運輸環節多、適應性差的問題，對礦井高效生產有一定制約[1]。無軌膠輪車運輸具有運行速度高、運輸環節少等優點[2]，符合煤礦高效生產需求。無軌膠輪車在運輸過程中，需要高效的調度指揮系統，以確保該運輸系統實現真正的安全、高效運輸。三交河煤礦針對無軌膠輪車運輸存在的人工調度效率低問題，進行調度指揮系統研發與應用，有效實現無軌膠輪車運輸效率的最大化。

1 工程概況

三交河煤礦原輔助運輸方式為軌道運輸，主要負責人員及物料運輸，存在運輸效率低、物料轉運環節多等問題。三交河煤礦對輔助運輸系統進行改造，改造后，輔助運輸全部采用無軌膠輪車運輸，有效提高運輸效率。但在使用無軌膠輪車運輸過程中，存在以下幾個方面問題：（1）原有軌運輸巷道寬度不滿足兩輛無軌膠輪車并列運行，因此，改造后的無軌膠輪車運輸只能分段單車運行；（2）沿用原有軌運輸的方式進行人工調度無軌膠輪車，調度效率低下；（3）沿用對講機聯絡傳話的人工調度方式存在信號差、信息轉述有誤等問題，影響運輸效率，導致安全問題。因此，需利用電子和通信技術，研發一套針對三交河煤礦無軌膠輪車運輸的自動高效調度指揮系統，以保證無軌膠輪車運輸效率的最大化，并保證安全運輸，為礦井高效生產奠定基礎。

2 車輛調度系統整體方案

2.1 系統設計的整體要求

無軌膠輪車調度指揮系統的設計能夠實現地面車輛調度指揮中心集中統一調度，要滿足井下工作環境以及長期連續、穩定工作的要求，系統能夠利用無線4G 網絡通訊實現車輛定位與調度，地面軟件監控界面能夠直觀顯示，操作簡便，具備車載視頻實時監控功能，并具備車輛防追尾預警、信號燈控制、車輛調度自動控制及司機管理等功能[2-6]，同時具備數據存儲與查詢功能，能夠不斷優化車輛調度控制邏輯，確保運輸效率實現最大化。

2.2 系統整體功能設計

根據系統設計的整體要求，無軌膠輪車調度系統主要包含無線4G 通訊網絡系統、車輛定位系統、調度指揮系統和車載視頻監控系統。在各系統布置前，先根據礦井巷道布置、巷道長度、交叉點分布等基本參數進行統計，然后對礦井原有運輸調度指揮系統進行測試分析，查找存在的不足，對比現場運輸大巷的實際情況，通過理論分析、現場試驗、電腦模擬試驗相結合的方法，將調度指揮系統進行優化。三交河煤礦無軌膠輪車調度系統整體功能設計如圖1。

圖1 膠輪車調度系統整體功能設計

2.3 車輛運行安全程序設計

車輛運行安全主要需解決車輛防碰撞、防追尾問題，安全程序設計采用定制的區間閉鎖裝置，對每臺無軌膠輪車安裝該閉鎖裝置后，采用抗干擾、控制距離遠的無線數據傳輸方式進行控制。該裝置具備倒車影像、運行線路標識等功能，當車輛與障礙物之間距離較近時，車輛自動發出報警信號，當車輛與車輛間距離過近時，兩車雙方均能收到預警信號。在車輛發出預警信號后，進入程序處理流程，處理程序經識別處理后，送入閉鎖裝置的邏輯控制電路，安全控制程序繼電器吸合啟動，此時車輛喇叭發出報警，同時按照處理流程進行減速或剎車，防止車輛發生碰撞。車輛防撞處理流程如圖2。

2.4 無線網絡通訊覆蓋設計

采用KT319 礦用4G 無線通信系統，對礦井地面辦公區域及井下輔助運輸巷道進行無線網絡覆蓋。該系統由eSCN230 核心網、KT319-Z 光電轉換器、大功率基站、礦用隔爆兼本安型基站、礦用隔爆兼本安型不間斷電源、融合通信調度系統、交換機、接入網關和礦用本安型手機等設備組成。覆蓋設計包括地面及井下兩個部分。

（1）地面無線網絡通訊覆蓋設計

地面無線網絡通訊主要實現對地面辦公區域進行無線網絡覆蓋，接入網絡為礦用本安型網絡終端系統，由融合通信調度系統、交換機、接入網關、地面用大功率基站、地面用光電轉換器等設備組成。

（2）井下無線網絡通訊覆蓋設計

采用礦用隔爆兼本安型基站，以及礦用隔爆兼本安型電源不間斷供電。基站布置位置要求在巷道較平直、坡度變化較小的巷道內，以確保每個基站都能覆蓋較大范圍。基站天線向巷道走向方向安設，根據基站的發射與接收半徑，直巷內基站間距按1000 m/臺進行布設，在巷道拐彎處增設一個基站，基站天線指向巷道變向前后的兩個方向。基站安設后要在每兩臺基站中部測試基站信號情況，當發現信號弱、無信號現象時需根據情況增加基站。

針對三交河煤礦主要輔助運輸大巷布置情況，井下現場在平硐運輸大巷、平硐配風大巷、三采區運輸巷等巷道內安設6 臺無線網絡通訊基站，各基站通過光纖傳輸，地面采用光電轉換器接收，并將數據導入地面無線網絡通訊系統。

3 車輛調度系統軟件設計

3.1 軟件控制設計

系統控制軟件包含服務端和客戶端，軟件運行過程中，通過井下通訊設備的數據采集，并將數據傳輸到服務端的讀卡器上，從采集的數據計算各巷道內的車輛分布情況，然后通過車輛運行要求和控制邏輯，發送控制井下車輛通行的紅綠燈，從而控制車輛有序運行。軟件控制邏輯程序架構如圖3。

3.2 軟件各項功能

（1）巷道分類監控。將輸入標識層的各巷道標識為不同的顏色，并顯示井下各巷道的布置及相對位置關系，同時顯示各巷道內的人員情況、現有車輛及運行或停滯時間。對停滯時間過長或運行異常的車輛設置為針對性問題的符號閃爍，并自動生成各巷道內車輛運行的詳細報表。通過查看報表，即可掌握各巷道內車輛運行情況。

（2）車輛定位與追蹤。通過使用RFID 無線檢測技術，在地面車輛調度指揮中心監測井下各巷道內車輛的位置、運行方向、運行速度等參數，為井下車輛調度提供依據。地面車輛調度指揮中心可通過選定車輛號碼發送調車指令，發送的調車指令能夠立即顯示到車輛顯示屏上并發出信息提示。

（3）行車信號控制。車輛在巷道內行駛過程中，系統主機通過各車輛位置信息有序控制紅綠燈，通過紅綠燈指揮車輛有序駛入設定區域或控制在錯車區會車，確保人員運輸及車輛的高效通行。在遇到人員緊急運輸或物資緊急運送情況時，可設定運輸車輛具有優先通行權，其他車輛通過地面監控主機進行調度避讓，保障應急運輸能力。

（4）車輛運行信息統計。為實現車輛運行信息的實時統計，利用RFID 及讀卡器將實時運輸數據傳送至地面監控主機，可通過地面監控主機隨時查詢車輛是否存在異常運輸、是否存在車輛違章，也可查詢車輛檢修、維護、行駛路線、里程、運行速度、運行時間等信息。可通過車載甲烷檢測報警儀，隨時查詢車輛通過各巷道內的瓦斯含量。根據該信息統計，監督各車輛的加油及維護保養工作，防止車輛帶病運輸，保障車輛的安全運行。

（5）高效運輸管理。通過調度指揮系統軟件，可查詢車輛的行駛記錄、維護保養記錄、故障及維修記錄以及司機的檔案等詳細信息，并通過軟件科學、合理地調配車輛、匹配司機，同時可查詢車輛庫存及使用情況，實現高效派車。

4 效果分析

通過對三交河煤礦車輛調度指揮系統的研發與現場安裝，系統控制范圍覆蓋三交河煤礦的平硐運輸大巷、平硐配風大巷、三采區運輸巷等主要輔助運輸巷道，并對地面調度指揮中心、井下紅綠燈、各類讀卡器、信號基站、車載影像以及通訊手機等設備進行了逐一現場試驗檢測。試驗檢測結果均符合要求，各軟件測試結果也符合設計需要，系統運行穩定，車輛調度指揮系統運行正常，達到了車輛高效調度的預期目標。投入使用后的前1 個月內，通過不斷優化車輛調度控制邏輯，逐步實現運輸效率最大化。

5 結語

根據三交河煤礦井下無軌膠輪車高效運輸的需要，研發一套針對三交河煤礦無軌膠輪車運輸的自動高效調度指揮系統，系統具備自動調度、實時監控、信息查詢、車輛定位、安全閉鎖等功能。在系統試運行過程中對車輛調度控制邏輯進行不斷優化，確保車輛有序、高效運行，實現了運輸效率最大化，并保證安全運輸。