矿井无人驾驶电机车系统升级改造
发布时间：2023-01-19 07:41:55
２０１７年第６期 煤矿机 电 ・３３・ 李竹年．矿井无人驾驶电机车系统升级改造［Ｊ］．煤矿机电，２０１７（６）：３３－３５．ｄｏｉ：１０．１６５４５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｅｍｅｔ ２０１７．０６．０１０ 矿井无人驾驶电机车系统升级改造 李竹年 （中煤新集能源股份有限公司刘庄煤矿，安徽阜阳２３６０００） 摘 要： 目前刘庄煤矿已建立了矿井综合信息化管理系统，用于对井下的通风、瓦斯、采掘、排水、 提升等各个系统进行综合管理，在地面部分也建立了完善的企业流程管理、运输管理等系统，为生 产经营发挥了重要的作用。但矿井的机车运输管理、配料运送管理却仍停留在人工管理阶段，生产 效率低，安全隐患多，成为信息化建设的一个盲区，制约了煤矿的管理效率提升。为此，将原系统升 级改造为电机车无人驾驶系统。重点介绍了系统特点、模式和基本功能。该系统改造取得了良好 的使用效果。 关键词： 辅助运输；无人驾驶；电机车；智能化监控模式 中图分类号：ＴＤ６４ １；ＴＮ９２６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—０８７４（２０１７）０６—００３３－０３ Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｉｌｏｔｌｅｓｓ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｌｉ Ｚｈｕｎｉａｎ （Ｌｉｕｚｈｕａｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，Ｚｈｏｎｇｍｅｉ Ｘｉｎｊｉ Ｃｏａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｆｕｙａｎｇ ２３６０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，Ｌｉｕｚｈｕａｎｇ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｈａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａ ｍｉｎｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ｇａｓ，ｍｉｎｉｎｇ，ｄｒａｉｎａｇｅ，ｌｉｆｔｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｐａｒｔ，ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｐｌａｙｅｄ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｂａｔｃｈｉｎｇ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｓｔｉｌｌ ｓｔａｙ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｔａｇｅ，ｌｏｗ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ａｎｄ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ ｈａｖｅ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｂｌｉｎｄ ｓｐｏｔ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｔｉｒｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ．Ｔｏ ｔｈｉｓ ｅｎｄ，ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｕｐｇｒａｄｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｐｉｌｏｔｌｅｓｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｍｏｔｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｓｙｓｔｅｍ ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｐａｔｔｅｒｎｓ ａｎｄ ｂａｓｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｕｐｇｒａｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ；ｐｉｌｏｔｌｅｓｓ ｄｒｉｖｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｏｄｅ ０ 引言 规律性差，多为物料车、矸石车、空车、空机头作业任 务，通常无明显的时间限制，行车路线不固定，每列 车司机单点作业，经常会随意停放物料空车，造成运 输轨道区段被长时间占用，其他车辆经过时需人工 矿山企业（尤其是井下开采的矿山企业）的生 产效率很大程度上取决于生产物流的效率，生产物 流管理的落后已成为制约矿山企业整体经济效益的 重要因素。 判断，临时避让，现有技术手段又无法实现规则化、 程序化的可统筹调度有机整体 。自动化减人是 当前，煤矿井下运输方式发展以带式输送机运 输方式为主，原有轨道机车运输成为矿井生产的辅 助运输。辅助运输系统的移动目标分散，机车行车 煤矿发展的必然趋势，从经济效益和环境效益看，无 人驾驶的电机车运输技术是一种好的解决方案。
・３４・ 煤矿机电 ２０１７年第６期 １ 刘庄煤矿运输管理的现状 刘庄煤矿已建设了电机车运输监控系统，目前 基本上只对有轨电机车的动力车头进行监控，但对 １）手动模式 Ｊ。该模式由司机在驾驶室内驾 驶电机车，电机车驾驶室为本地控制状态，此时远地 控制中心处于对电机车的监测状态，系统根据派车 指令信息，发送至电机车驾驶室显示装置面板，由电 机车驾驶室司机按照指令起止点轨道线路，观察巷 道信号机红绿灯，驾驶电机车运行，红灯停绿灯行。 ２）遥控驾驶模式。该模式运行于矿车装卸摘 运输中空车的监控管理还非常薄弱，主要存在的问 题为： １）空车使用管理不当 。各生产区队为了不 影响自身的生产，经常提前装运物料，物料到达后， 因暂不需要就不着急卸车，造成矿车积压；同时该运 出的物料又得不到及时升井，造成了矿车积压；而调 进的未卸净的空车皮却弃之不用，积压在一边。于 是，便会出现空车调拨紧张的局面。 ２）缺乏有效的技术手段。空车在运送过程中， 往往容易送错目的地，且因井下物料交接手续过于 简单，只能反映装载物料的空车数量，不能反映交接 物料的具体信息。 ２ 电机车无人驾驶系统方案特点和模式 ２．１主要特点 １）系统以信号安全监控为基础，通信网络为传 输平台。矿井电机车无人驾驶系统可以将井下电机 车运输环节规则化、程序化，系统以信号安全监控为 基础，通信网络为传输平台，在物料装运卸环节实现 信息化管理，实施电机车智能化控制，减少司机和押 车工岗位，提升矿井物料生产转运效率，缩减使用成 本，杜绝矿车无故积压现象，减少或避免矿井重大生 产运输安全事故，提高矿井生产运输管理无人化、自 动化和信息化水平。 ２）系统实现信号联锁，根据控制权限进行。矿 井电机车无人驾驶系统的受控目标为轨道运输信号 道岔装备和电机车，系统以工业千兆环网为主干通 信平台，在井下运输巷道通过Ｗｉ－Ｆｉ通信基站构建 通信无线网络。系统通过现有“信、集、闭”系统实 现轨道运输区间信号联锁，敌对进路联锁，信号机、 计轴器和转辙机联锁控制，实现对多台电机车运行 的安全有序调度；配置的调度管理计算机和信号联 锁计算机，可实现对多台电机车的区间闭塞、信号控 制、调度计划和运行授权管理；电机车装配车载通信 控制器，根据控制权限要求，接收远程测控指令，实 现对电机车的安全驾驶。 ２．２主要模式 改造后的电机车能够实现自动驾驶模式、遥控 驾驶模式和手动驾驶模式。 挂钩作业区，在必需由人工参与的运输环节，设置遥 控驾驶模式，将指定编号的手持式遥控器与电机车 编组授权关联，电机车处于远程遥控状态，此时手持 式遥控器与电机车车载通信控制器传输测控指令， 遥控电机车实现前进、后退、停车等驾驶操作，装卸 摘挂钩作业完成后（遥控操作人员也可通过车载控 制器或手持式遥控器将确认结果发送至控制中心， 将控制权限转移到控制中心自动运行模式），通过 遥控器按照指令起止点轨道线路，结合调度信号系 统传来时信号指示状态，红灯停绿灯行，遥控控制电 机车运行至指定位置，实现对电机车的遥控驾驶。 ３）自动驾驶模式。对于确定了起点和终点且 已编组完成，运输沿途不需要人工参与的列车，电机 车在“确认可以发车”至“到达目的地”之间的运输 区域可以设置为自动驾驶模式，控制中心计算机监 控软件与电机车编组授权关联，电机车处于远程自 动控制状态，此时控制中心向电机车车载通信控制 器传输测控指令，结合调度信号系统传来的信号指 示状态，红灯停绿灯行，自动控制电机车实现前进、 后退、停车等驾驶操作，计算机按照指令起止点轨道 线路，控制电机车运行到指定位置，实现对电机车的 自动驾驶。在该作业模式下，仅需两人即可实现对 井下所有受控电机车的自动驾驶。 使用人员可根据现场情况选择相应模式，各种 监控模式下的机车控制流程如图１所示。 ３ 系统改造后达到的基本功能 １）网络通信。系统通过构建有线、无线通信网 络，能实时上传井下监控执行设备状态、电机车行进 路况视频及车况信息到调度中心，能实时下发机车 控制指令和调度指令至机车室。 ２）联锁控制。系统通过构建运输系统，实现对 运输区间联锁，敌对进路联锁，信号机、计轴器和转 辙机联锁控制，实现对多台电机车运行的安全有序 调度。
２０１７年第６期 煤矿机电 ・３５・ 图１ 各种监控模式下的机车控制流程示意图 ３）状态监测。控制中心显示屏能远程监测井 下运输巷道移动视频、定点视频，以及电机车的速 １２人，现减至６人。 表１ 系统改造前后的对比表 现有人工系统 无人驾驶系统 度、电流、电压状态信息，同时还能以大巷缩略图的 形式显示电机车的动态位置、轨线设备工作状态。 ４）远程驾驶。系统通过构建的车地通信网络， 传输电机车安全驾驶指令，在控制中心实现对电机 车的启／停、加／减速、点动／半速／全速运行、方向选 择、撒砂、鸣笛、照明等驾驶操作。 拉矸石和散煤作业，作业时 电机车操作驾驶由计算 每列电机车需要配备１名司机， 机远程监控，不需要司机；车 