郭屯煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳 順 康傳山

（山東能源集團(tuán)魯西礦業(yè)有限公司）

煤礦的開拓方式?jīng)Q定了礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)方式的選擇［1-3］，目前礦井的輔助運(yùn)輸方式主要分為有軌輔助運(yùn)輸和無軌輔助運(yùn)輸［4-6］，當(dāng)前有軌運(yùn)輸是礦井輔助運(yùn)輸?shù)闹饕\(yùn)輸方式，近年新礦井設(shè)計(jì)建設(shè)中無軌輔助運(yùn)輸?shù)玫街匾暫桶l(fā)展，取得了更好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益［7-8］。本文以郭屯煤礦為背景，原有輔助系統(tǒng)存在工藝復(fù)雜、安全性差、運(yùn)輸效率低等問題，對(duì)單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以期提高運(yùn)輸效率、安全性能、智能化水平。

1 工程概況

郭屯煤礦原有提升運(yùn)輸系統(tǒng)為地面斜井提升機(jī)→井下各車場(chǎng)電機(jī)車運(yùn)輸→井下采區(qū)軌道下山提升機(jī)→采區(qū)一煤組軌道下山雙速絞車→采掘工作面無極繩連續(xù)牽引絞車。副斜井安裝1 臺(tái)JK-3×2.5E 型纏繞式提升機(jī)，最大提升速度3.69 m/s；采區(qū)軌道下山安裝1 臺(tái)JKB-3×2.5P 型纏繞式提升機(jī)，最大提升速度3.7 m/s；采區(qū)一煤組軌道下山安裝1 臺(tái)JSDB-25AY 型雙速多用絞車；井下各車場(chǎng)均采用電機(jī)車運(yùn)輸。這種傳統(tǒng)接力提升運(yùn)輸模式，存在占用人員多，設(shè)備安全性能較低，運(yùn)輸效率低，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，轉(zhuǎn)載倒車環(huán)節(jié)多、安全隱患多、運(yùn)維投入大、管理難度大等因素，多數(shù)安全事故均與落后的運(yùn)輸方式有關(guān)，這一問題，長(zhǎng)期困擾著提升運(yùn)輸。

原有輔助運(yùn)輸系統(tǒng)不能應(yīng)對(duì)郭屯煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件，無法實(shí)現(xiàn)智能實(shí)時(shí)監(jiān)控和定位。為了優(yōu)化運(yùn)輸系統(tǒng)，采用單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)與井下智能監(jiān)控設(shè)備相結(jié)合的方法。

2 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 單軌吊運(yùn)輸優(yōu)化方案

郭屯煤礦在礦井智能輔助系統(tǒng)的基礎(chǔ)上升級(jí)輔助運(yùn)輸子系統(tǒng)，對(duì)礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)及輔助運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，采用車輛定位卡，對(duì)井下運(yùn)輸車輛進(jìn)行精確定位，通過調(diào)度指揮中心上位機(jī)軟件模擬顯示，基于運(yùn)輸狀態(tài)大數(shù)據(jù)分析運(yùn)輸狀況，精準(zhǔn)調(diào)度物料及人員運(yùn)輸［9-10］，實(shí)現(xiàn)安全有序且精準(zhǔn)調(diào)度運(yùn)輸。

（1）運(yùn)輸系統(tǒng)升級(jí)改造。地面調(diào)度中心安裝數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)（PPC Center）與自助服務(wù)系統(tǒng)（Biz Center）緊密相接實(shí)現(xiàn)高頻通信，單軌吊安裝車載基站、車載交換機(jī)、車輛定位卡、機(jī)車視距遙控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)。單軌吊機(jī)車電控系統(tǒng)具備車輛方向控制、啟停調(diào)速控制、照明、急停、甩驅(qū)、遙控控制以及參數(shù)監(jiān)控保護(hù)與車載視頻監(jiān)控等功能，并與地面控制中心服務(wù)器進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸交互，地面控制中心顯示單軌吊運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，按照運(yùn)輸情況實(shí)時(shí)調(diào)度控制物料運(yùn)輸，同時(shí)，具備單車智能運(yùn)行與遙控駕駛、無人駕駛等功能。

（2）單軌吊遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要由服務(wù)器、整車控制系統(tǒng)、KJ602-K1 車輛標(biāo)識(shí)卡、UWB 精確定位站、本安型LCD 彩色圖形化界面液晶顯示屏、KJJ660 系列礦用防爆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、礦用機(jī)車視頻監(jiān)控裝置、具有2路車載本安攝像儀等構(gòu)成（圖1）。通過井下覆蓋的WIFI6 信號(hào)，執(zhí)行TCP/IP 通信協(xié)議。WIFI6 基站通過光纜級(jí)聯(lián)接方式接入環(huán)網(wǎng)，傳輸至多功能分站中，實(shí)現(xiàn)車載視頻、語音通話、機(jī)車運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)的智能監(jiān)測(cè)功能。運(yùn)輸機(jī)車具備無線移動(dòng)通信功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的精準(zhǔn)定位（靜態(tài)定位精度0.3 m、動(dòng)態(tài)定位精度7.3 m）。

2.2 井下智能監(jiān)測(cè)優(yōu)化方案

在南翼集中裝載點(diǎn)、三采區(qū)單軌吊檢修硐室、三采區(qū)上下人站點(diǎn)、一中車場(chǎng)三岔口、副井三岔口交叉點(diǎn)、檢修硐室等集中裝載點(diǎn)，安裝KBA12R 礦用本安型360°攝像儀，用于采集機(jī)車行駛過程中需要監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像信號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)測(cè)監(jiān)控（圖2）。

機(jī)車通過風(fēng)門可實(shí)現(xiàn)司機(jī)遙控或自動(dòng)控制。通訊部分使用信號(hào)轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)，通過CAN 信號(hào)傳輸?shù)降孛姝h(huán)網(wǎng)。主要運(yùn)輸線路的道岔、阻車器等安全設(shè)施實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控、司控遙控，機(jī)車通過風(fēng)門可實(shí)現(xiàn)司機(jī)遙控或自動(dòng)控制，巷道口、硐室口、彎道處實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，主要軌道運(yùn)輸提升斜巷具有防跑車裝置，與提升絞車連鎖自動(dòng)控制、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)停車。絞車房、各車場(chǎng)和跑車防護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控，連續(xù)牽引絞車具備斷繩自動(dòng)阻車功能，其保護(hù)設(shè)施實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)停車，具有運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、異常報(bào)警、停車等功能。

2.3 單軌吊安裝

根據(jù)頂板完整性，使用錨桿對(duì)單軌吊進(jìn)行安裝。在巷道頂板上拉好線繩，每隔2 000 mm 在巷道頂板錨固點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，便于打頂板吊掛錨桿，采用雙錨鏈、四錨索懸掛，為保證錨固強(qiáng)度，采用?21.6 mm×6 m 規(guī)格錨桿，單點(diǎn)錨荷要求不低于190 kN，確保施工質(zhì)量。根據(jù)頂板完整程度分為以下3種：一是在平整堅(jiān)硬的巷道頂板上橫向打2 個(gè)眼，并安裝2 根?22 mm×2 400 mm 全螺紋鋼高強(qiáng)度金屬螺紋錨桿，每根錨桿配合使用2根樹脂錨固劑；二是在頂板不完整破碎地段打設(shè)3 300 mm 高強(qiáng)金屬螺紋錨桿，每根錨桿配合使用2 根MSK 2570 型樹脂錨固劑，錨固力不小于190 kN；三是錨索應(yīng)固定在特殊地段，錨索的預(yù)緊力不得小于270 kN。

軌道是單軌吊重要組成部分，根據(jù)軌道的重量可分為輕型軌道（每米質(zhì)量小于30 kg）和重型軌道（每米質(zhì)量不小于30 kg）。

（1）輕型軌道吊掛方式：可采用高強(qiáng)度全螺紋（高強(qiáng)）錨桿，直徑不小于20 mm，長(zhǎng)度不小于2 m，單根錨桿錨固力不得小于190 kN，通過卸扣、吊掛鏈、吊座連接在錨桿上將軌道吊起，專用吊掛鏈采用?18 mm×64 mm規(guī)格，吊鏈鉛垂偏角低于60°。

（2）重型軌道吊掛方式：采用高強(qiáng)錨桿，直徑不小于22 mm，長(zhǎng)度不小于2.2 m，單根錨桿錨固力不得小于190 kN，2 根錨桿通過專用卸扣和吊掛鏈將軌道平衡板吊起，采用規(guī)格?18 mm×90 mm 專用起吊鏈，吊鏈夾角不得大于60°。特殊地點(diǎn)施工選用吊掛板、錨索、40 t鏈環(huán)及架棚等方式吊掛。

3 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果

郭屯煤礦現(xiàn)有5臺(tái)CTL8/6GB 型防爆特殊型蓄電池 電 機(jī) 車、3 臺(tái)DLZ130F-8P/200 柴 油 單 軌 吊、2 臺(tái)DC160/129.5Y 型柴油單軌吊、4 臺(tái)DL100/60P 型鋰電單軌吊，共敷設(shè)單軌吊梁38 160 m、單軌吊道岔36組，形成了電機(jī)車、單軌吊機(jī)車分段連續(xù)運(yùn)輸模式，實(shí)現(xiàn)單軌吊采區(qū)網(wǎng)絡(luò)化“無地軌運(yùn)輸”，優(yōu)化了運(yùn)輸環(huán)節(jié)，提高了運(yùn)輸效率。

采用WIFI 無線通信技術(shù)、UWB 精確定位技術(shù)、車輛信號(hào)安全處理技術(shù)和移動(dòng)視頻監(jiān)控技術(shù)，建設(shè)了電機(jī)車、單軌吊智能調(diào)度與物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，如圖3 所示，配合地面監(jiān)控中心服務(wù)器及軟件，實(shí)現(xiàn)輔助運(yùn)輸智能調(diào)度監(jiān)控、車輛精準(zhǔn)定位、車輛物料自動(dòng)跟蹤、視頻錄制、語音通話、移動(dòng)視頻無線傳輸、應(yīng)急群呼等多項(xiàng)功能。該基站組建的WIFI6無線網(wǎng)絡(luò)，在覆蓋范圍內(nèi)形成開放式的WIFI6網(wǎng)絡(luò)通道，用以傳輸圖像、數(shù)據(jù)。該基站配備UWB精準(zhǔn)定位模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的精確定位。

4 結(jié)論及建議

（1）按照現(xiàn)代礦井設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)規(guī)范及郭屯煤礦的實(shí)際條件，在滿足巷道設(shè)計(jì)規(guī)定條件的前提下，郭屯煤礦采用單軌吊輔助運(yùn)輸具有科學(xué)性合理性。通過WIFI6 信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并顯示交通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配送。同時(shí)井下工作人員配備KJ602-K4 應(yīng)急呼救卡片，能夠隨時(shí)進(jìn)行緊急呼救。單軌吊運(yùn)輸適用于高邊坡的輔助運(yùn)輸。在使用提升機(jī)和無極繩牽引車進(jìn)行軌道運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)礦井中，如果頂板和支架滿足要求，可以使用單列篩網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)運(yùn)輸，這可以提高運(yùn)輸效率，工程的重新設(shè)計(jì)量小，過渡期短。

（2）在施工前所有器具都必須經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)，經(jīng)確認(rèn)沒有問題方能使用。施工期間注意好行人安全，做好防護(hù)措施。高空作業(yè)必須佩戴和使用好保險(xiǎn)帶，保險(xiǎn)帶要高掛低用，人要站穩(wěn)，注意防滑，現(xiàn)場(chǎng)安全負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)監(jiān)督。工作中明確互保聯(lián)保，必須做到三不傷害和人員站位。在單軌吊梁裝、卸點(diǎn)必須派專人監(jiān)護(hù)安全工作，嚴(yán)禁吊裝物下方和起吊點(diǎn)下及側(cè)面停留人員。單軌吊梁安裝后，進(jìn)行全面排查鏈接螺栓、鏈子和防脫銷，鏈接螺栓、鏈子必須緊固，嚴(yán)禁不使用防脫銷。