新型智能矿井行车安全防护系统研究_卫琛浩.pdf

煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.2023050150引言矿井辅助运输是煤矿运输系统的重要组成部分，无轨胶轮车是矿井副斜井最常见的辅助运输设备，具有运载量大、运输速度快、爬坡性能强等优点。然而矿井中巷道狭窄、路面颠簸、光线昏暗、且无轨胶轮车自身也会出现车轮打滑、刹车失灵等现象，因此矿井副斜井辅助运输事故大多都是由无轨胶轮车失去控制而导致的。因此，开发一种智能矿井行车安全防护系统具有非常重要的现实意义。针对煤矿井下安全事故多发的现象，已有研究人员对煤矿智能化管理平台进行了研究和开发。目前应用较好的是纳米吸能（NEA）行车防护系统。该系统是陕西煤业化工技术研究院针对矿井副斜井的行车安全问题，结合纳米吸能材料自主研发的一套行车安全防护系统。该系统采用多级耗能、各级之间协同作用的理念，通过弯道安装的NEA智能防撞装置、直道安装的NEA智能缓冲装置、硐室安装的NEA智能阻车装置，能够对失速车辆进行有效防护，并在国内首次实施了针对井下行车安全防护设施的第三方实车碰撞权威认证。本文以纳米吸能矿井行车安全防护装置为基础，设计了一种智能矿井行车安全防护系统。在原有设备基础上添加功能性的硬件、控制系统、数据传输系统、软件系统等，以期形成一种集车辆调度、运行状态监测、交通指挥、事故预警等功能于一体的智能化防护系统。1智能矿井行车安全防护系统架构针对矿井副斜井行车安全目前存在的对事故定位不准确、井下信息化程度不高、监控系统传输功能易受制约等问题，自主研发出了一套智能矿井行车安全防护系统，是一套集数据采集、存储、分析和监控预警功能于一体的系统，系统框架图如图1所示，平台操作界面如图2所示。整个智能矿井行车安全防护系统分为总控平台、通信传输系统和终端设备三部分。（1）总控平台总控平台是整个系统的核心部分，包括安全监测、人员管控和数据整合三部分功能。安全监测功能能够将矿井中所有车辆进行实时新型智能矿井行车安全防护系统研究卫琛浩，党文龙，景欣瑞，刘彦军，史雅娜，高一可，赵君慧，李茂庆（陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，西安710100）摘要：矿井下环境复杂，情况多变，安全事故多发，其中大多数事故由井下车辆辅助运输引起。而现今我国智能矿山行车安全建设正处于起步阶段，存在系统之间协调性较差、信息传递效率过低、自动化程度不高等现象。针对这一问题，将纳米吸能（NEA）行车安全防护系统中的安全防撞装置、行车缓冲装置和阻车装置进行智能化升级改造，通过与5G通信技术的结合，开发出一套集车辆调度、运行状态监测、交通指挥、事故预警等功能于一体的智能化矿井行车安全防护系统，提高了矿井下的行车安全。关键词：煤矿安全；行车安全；安全防护系统；自动化控制中图分类号：TD52文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0049 03Research on New Intelligent Mine Driving Safety Protection SystemWei Chenhao,Dang Wenlong,Jing Xinrui,Liu Yanjun,Shi Yana,Gao Yike,Zhao Junhui,Li Maoqing（Shaanxi Coal Chemical Industry Technology Research Institute Co.,Ltd.,Xian 710100，China）Abstract:The environment under ground mine is complex,the situation is changeable,and the safetyaccidents are frequent,most of which are caused by the underground vehicle assisted transportation.But nowadays,the construction of intelligent mine driving safety is in its infancy stage,and there existsthe phenomenon of poor coordination between the systems,low information transmission efficiency andlow degree of automation.Aiming at this problem,in the nano energy absorbing（NEA）safety protectionsystem,the safe anti-collision device,driving buffer device and resistance device were carried out forintelligent upgrading,through the combination with 5G communication technology,developed a set ofintelligent mine safety protection system in the integration of wheels,running state monitoring,trafficcontrol,accident prevention and other functionss,which improves the driving safety factor under the mine.Key words:coal mine safety；driving safety；safety protection system；automation control49定位，通过传输系统接收到失控车辆的信息之后，第一时间对失控车辆可能造成的影响进行预警分析，并提示驾驶员采取适当的防护措施，同时启动防护系统该路段设置的装置，主动对失控车辆进行防护。图1智能矿井行车安全防护系统框架图图2智能矿井行车安全防护系统平台操作界面（2）通信传输系统通信传输系统主要保障智能矿井行车安全防护系统中各种信号的传输。针对井下信息化技术不高、存在电磁干扰、粉尘严重等情况，对设备和传感器采用抗电磁干扰的外壳进行保护，延长传感器的使用寿命。采用多种网络信号进行传输，保证数据传输的及时和稳定，包括5G信号、WiFi、工业环网、光纤传输、内部局域网和蓝牙等。5G信号拥有高传输速率、低功耗、低时延等优点，且能够将摄像头、警示灯、传感器等监控设备接入网络，及时地将采集到的数据上传到总控平台，并将总控平台的警示信号和命令第一时间传输给警示灯、指示信号灯和警示屏幕等设备，配合终端设备采取合适的防护措施。（3）终端设备终端设备安装在事故多发地段，是整个系统的前沿部分，包括NEA智能防撞装置、NEA智能缓冲装置和NEA智能阻车装置。通过装置上安装的矿用本安型振动传感模块、本安型雷达测速模块、本安型摄像头、本安型警示模块，并通过传输系统与总控平台相连接，能够更好地监控煤矿井下的施工情况，并及时地传送给总控制室，对事故的发生起到预警作用。同时这3种设备中都内置有压力传感器，当发生撞击事故时，总控平台会根据撞击压力的大小来判断车辆撞击位置和设备受损情况，便于作业人员对设备进行及时更换。2智能化NEA行车安全系统NEA行车安全系统是由陕西煤业化工技术研究院针对矿井副斜井运输下各种行车事故类型独立研发的一套井下车辆防护装置，包括NEA安全防撞装置、NEA行车缓冲装置、NEA阻车装置等。将其进行智能化升级改造，开发出一套集车辆调度、运行状态监测、交通指挥、事故预警等功能于一体的智能矿井行车安全防护系统。（1）NEA智能防撞装置NEA智能防撞装置结构如图3所示，工作流程如图4所示。当车辆进入NEA智能防撞装置检测范围之中时，矿用本安摄像模块会对车辆信息进行识别，并利用雷达测速仪检测车辆速度；当车辆速度大于25 km/h时，由声光报警灯提醒超速；若车辆速度过快或车辆失控，由NEA智能防撞装置箱体内的内置本安型压力传感器将碰撞位置标记，进而将碰撞位置信息反馈给总控制室。若车辆失控但未撞上NEA智能防撞装置，信息会传输到附近的NEA智能阻车装置或NEA智能缓冲装置，提前做好对失控车辆的拦截。在弯道出入口也安置有矿用本安型红绿灯和警示灯，通过红绿灯变换来提醒有无车辆经过；弯道内也安置有矿用本安型摄像头，对井下弯道环境进行实时监控，降低了行车事故发生的频率。图3NEA智能防撞装置结构图1.内置压力传感器2.声光报警灯3.防撞转柱4.雷达测速仪图4NEA智能防撞装置工作流程图（2）NEA智能缓冲装置NEA智能缓冲装置结构如图5所示，工作流程如图6所示。在实际应用中，NEA智能缓冲装置可以在测量范围内进行车辆识别和车速检测，当行进车速大于25 km/h时，由矿用本安型声光报警器进第44卷第5期Vol.44 No.5新型智能矿井行车安全防护系统研究卫琛浩，等1234安全监测数据整合人员管控车辆监测总控平台通信传输终端设备设备联动数据采集提出预警人员定位智能报警智能预警预警分析数据分析数据存储安全防控全局调配工业环网、5G传输、WiFi、内部局域网、光纤传输、蓝牙连接摄像头警示灯警示屏速度传感器方向指示灯巡检车辆NEA智能防撞装置交通信号引导NEA智能缓冲装置NEA智能阻车装置车辆识别声光报警车辆识别声光报警车辆识别箱体故障识别车速测定弯道设施监控速度显示自动弹出车速测定自动折叠速度显示自动弹出车速测定位置记录速度显示车辆进入检测范围交通信号引导是否车辆识别车辆安全通过声光报警箱体是否受损车辆未碰撞车速测定车速是否大于25km/h车辆碰撞护栏弯道实时监控下一位置拦截车辆反馈总控制室是否超速提醒50行超速提醒。这期间安置的矿用本安型雷达测速传感器会持续监测行车速度，若车速没有降低，则会将信号传输到NEA智能缓冲装置上的矿用本安型电机控制系统，令NEA智能缓冲装置从墙壁内侧在60 s内迅速伸出，拦截超速车辆。超速车辆与智能缓冲装置相撞停下之后，NEA智能缓冲装置内部的本安型压力传感器受到感应，信号传送到声光报警器，报警的同时将信号反馈到总控制室。图5NEA智能缓冲装置结构图1.防爆电柜2.液压站3.防撞体4.推拉油缸5.速度显示屏6.雷达测速仪图6NEA智能缓冲装置工作流程图（3）NEA智能阻车装置NEA智能阻车装置通常安置在矿道内的硐室里，其结构如图7所示，工作流程如图8所示。一旦有信号传入，或是矿道外的本安型摄像头和雷达测速仪监测到超速车辆，矿道周围的本安型报警器就会发出报警，同时智能阻车装置由硐室内伸出，将超速或失控车辆拦截住。若是因车速过快导致NEA智能阻车装置未能拦截车辆，信号便会传回至总控制室，由总控制室对附近的其他NEA智能阻车装置或NEA智能缓冲装置发出信号，提前做好阻截车辆的准备。在最短的时间内将失控车辆控制住，最大限度地降低煤矿井下的财产损失。图7NEA智能阻车装置结构图1.雷达测速仪2.内置压力传感器3.速度显示屏4.信号传送器5.伸缩支架图8NEA智能阻车装置工作流程图3结语智能矿井行车安全防护系统集数据采集、存储、分析和监控预警功能于一体，利用光 纤 传 输 和5G通信技术，能够及时地监测到矿井下可能存在的矿道安全隐患，最大限度地降低煤矿井下的安全风险和经济损失。在实际应用中，由于煤矿井下环境复杂，情况多变，智能矿井行车安全防护系统的应用仍存在一定的局限性，部分功能仍需要不断的完善，以进一步提高煤矿井下本质安全水平和生产效率。参考文献：1李峥嵘.大罐笼内胶轮车用自动阻车器开发及应用J.煤矿机械，2022,43(1):156-157.2罗寅.煤矿井下巷道巡检机器人行走装置的设计D.淮南：安徽理工大学,2021.3苏锋.提高煤矿采煤安全管理水平的措施探讨J.能源与节能,2022(4):158-160.4李盟洁