煤矿井下电机车安全防护系统的优化设计

刘 国

（西山煤电集团西曲矿， 山西 古交 030200）

1项目概况

1.1 矿井概况

西曲矿井田面积60 km2，井田走向长6.5 km，倾向宽6 km，矿区总面积为39.5 km2，是古交矿区第一个利用日本能源贷款建成的第一对大型矿井。设计能力为340 万t/年，地质储量5.3 亿t，可采储量3.43 亿t，服务年限98 年，矿井采用斜井、平硐联合开拓式。西曲矿八水平大巷井下当前共有CDXT2-12（J）防爆特殊型蓄电池式电机车27 台，其它底卸式矿车、人车和运输车辆共有1 250 台。井下运输车辆过多，运输频率过大，运输管理难度较大，安全事故时有发生。

1.2 电机车安全防护系统的现状分析

从西曲矿八水平大巷的运输实践来看，井下常发生电机车司机操作失误导致的误闯红灯、相撞、追尾等安全事故。针对出现的安全事故，西曲矿采取了一系列的安全技术措施：第一，井下安装了电机车运输监控系统；第二，将机车安装防撞系统，降低了撞击危害；第三，在电机车上加装车载瓦斯断电仪；第四，在电机车上安装过电流保护装置。这些电机车安全技术措施的设计与应用在一定程度上降低了电机车安全事故的发生，但是还是无法达到煤矿井下安全运输的目标，需要进一步进行改进。

西曲矿与湘潭市宇通牵引电气有限公司开展技术合作，共同优化设计了电机车安全防护系统，该系统主要是从井下电机车运输信集闭系统、人员定位系统、矿井1000MB 工业以太网主干网三方面来实现。该系统主要利用射频识别技术、超声波检测技术、霍尔检测等对电机车的运行数据进行准确采集，为电机车运行的安全防护提供基础。

2 电机车安全防护系统的设计方案

2.1 系统的设计思路

当前西曲矿的信息化建设较为完善，考虑到该矿地面和井下都已建设有完善的工业以太环网、电机车信集闭系统、人员定位系统。因此对于电机车安全防护系统的设计应该在原有信息系统架构的基础上进行优化、改进、完善。这样有利于降低电机车安全防护系统的设计的难度及相应的成本控制。

2.2 系统的结构分析

电机车安全防护系统的结构示意图如图1 所示。

图1 电机车安全防护系统结构示意图

从图1 可知，煤矿地面主要是由客户端和中心机房组成；客户端由运输队、调度室、机运区三部分组成；中心机房由交换机和服务器组成。地面通过工业以太环网和交换机与井下连接。井下每台电机车安装有电机车控制器，可以实现上位机对电机车运行数据的实时监测，实现对电机车的启动、制动、停止的控制[1-2]。每台电机车安装的多波段射频接收和发射装置可以对大巷信集闭系统的信号进行采集。电机车同时安装有矿车定位卡，来实现电机车及人员的位置数据采集。在八水平大巷的巷道交叉口安装有网络摄像仪，对重要信息进行视频资料的采集。井下信息通过工业以太网传输到地面中心机房服务器，对相应的信息进行处理，并给出相应的处理措施，为地面调度提供参考依据[3]。

3 电机车安全防护系统功能及其实现

3.1 防止闯红灯报警功能的实现

电机车安全防护系统可以实现防止闯红灯报警的功能。系统设计要求，当检测到红灯闭锁状态就会自动输出报警预警的数据和信息。该电机车安全防护系统应用ARM7 芯片，可以实现信息数据同步更新，假定系统检测到电机车司机有闯红灯的行为后，电机车安全防护系统就会立即启动预警并采取对电机车断电停车的处理措施。

3.2 防追尾、防相撞功能的实现

电机车安全防护系统可以实现防追尾、防相撞的功能。ARM7 芯片可通过射频数据通信的远端传输功能来对信号进行连续性的快速检测，当检测到两车车距小于设计的预警值后，系统就会发生安全预警警报，向电机车司机发出并运行刹车减速指令，确保电机车运行的安全性，防止追尾和相撞等安全事故的发生。

3.3 防超速脱轨的功能的实现

电机车安全防护系统可以实现防超速脱轨的功能。该安全防护系统可以对电机车的运行速度进行有效的实时监测，同时按控制输出的相应信号来对报警输出点进行控制，达到调整车速的目的，从而可以有效地实现防超速脱轨的功能。当电机车运行速度接近设定的危险值后，系统就会发出自动警报，从而控制警报信号的输出，通过机械联动机构控制端的气刹制动阀门动作[4]。

3.4 防误倒车系统功能的实现

电机车安全防护系统可以实现防误倒车的功能。根据温度湿度的传感器补偿操作，通过超精度超声波测距传感系统，对距离进行可探测的同步分析，能够保障电机车司机在安全范围内进行倒车作业，不会发生安全事故。在防误倒车追尾系统功能现实中，通过对位置、探头的设定，确定倒车的状况。当电机车启动倒车作业，安全防护系统就会自动起到探测功能，在距离范围内，触及追尾报警器，防撞功能开始探测，探头从45°角进行辐射探测，对相应的信息进行检测，计算车体与障碍物的距离确定追尾防撞情况的发生。同时通过对司机提醒蜂鸣音的强度变化来提醒司机进行安全作业。

4 实践应用及效果分析

将该矿井电机车安全防护系统在西曲矿八水平大巷井下电机车上进行了安装试运行，系统在运行期间稳定运行，有效地减少了闯红灯、追尾、相撞、超速行驶等安全事故的发生，试运行期间电机车的安全事故发生率相比之前减少了95%，达到了设计目的，提高了井下辅助运输系统的安全性，为企业创造了较好的安全经济效益。