机车运输监控系统在煤矿生产中的应用与研究
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【摘 要】在煤矿井下煤炭生产运输过程中，需要铺设长距离轨道线路。若运输大巷没有配备机车运输监控系统，将存在较大安全隐患，且降低运输效率。文章以葛泉矿KJ539机车运输监控系统的应用为背景展开研究。并对该系统的结构原理、特点和应急处理等进行了说明。
【关键词】煤矿；井下运输；KJ539；机车运输监控系统
1、引言
井下煤炭运输作业是煤矿安全生产的重要组成部分。传统的煤矿井下机车监控多采用以下两种类型：一是基于轨道传感器的机车监控系统，缺点是为了获取机车位置信息，在轨道上安装大量的位置传感器，采用这种安装形式的传感器易损坏且定位精度差；二是基于射频识别技术的定位方法，但该技术在通信过程中也容易因信息碰撞而丢失。针对井下特殊环境和传统机车监控方法的不足，提出了KJ539型井下机车监控系统的设计方案。该系统具有成本低、功耗低、网络容量大、响应速度快、抗干扰性强、定位范围广且精度高及漏检率低等特点，具有较好的实用性和先进性。
2、KJ539机车运输监控系统主要目标
“KJ539机车运输监控系统”可以建立一个可视化、自动化、信息化、集成化的井下运输监控系统，保证井下运行安全，提高车辆运行效率。同时为矿井环境、人员、设备等安全监测提供扩展应用，形成集成化的综合监测监控平台，实现矿山灾害预警和突发事件救助。通过综合数据传输平台，为安全监控提供网络支撑；通过交通信号灯控制系统，为井下车辆安全行驶提供信号指示；通过车辆定位系统，为井下车提供精确的定位，以及追尾报警灯；通过调度中心管控平台，实现井下实时监控、集中管理，形成一个可视化、自动化、数字化的矿车运输监控系统；通过运输监控系统，为其他系统提供硬件通信接口，形成一个集成化的矿井安全生产综合监测监控系统。
3、KJ539机车运输监控系统的原理
3.1 网关的基本工作原理
监控网关通过网络光缆，一方面接受工控机的访问，将所收集的检测信息整理打包，上传给工控机，同时接受工控机下发的控制指令；另一方面矿用本安型胶轮车运输监控网关自己将不停地对所连接的检测设备进行检测，如接收器胶轮车累计请求信息、显示器和弯道报警器的回测信息等，并下达控制命令，控制显示器。
3.2 基站的基本工作原理
基站通过接收车载机、信号灯、道岔等设备的信号，传输到相应的网关，通过网关上报工控机，检测机车编号、位置、方向、道岔和信号灯的状态等信息。系统运行时，车载机将车号编码及调度、管理所需的其它编码信息键控调制后用无线电的方式发送出去，这些信息被安装在巷道各监测点的基站接收后，传给网关，再由网关通过网络传至上位机监控系统，从而使系统实时显示车号、车类等信息。
3.3 信号灯的基本工作原理
信号灯的基本工作原理是：系统根据路段占用情况和胶轮车位置状况，决定对信号灯发出何种显示信号命令，信号灯接收显示信号命令时，显示所需的信号，如红灯或绿灯。同时信号灯也将自身当前显示模式，回送给系统网关，以告知自身显示状态。若信号灯与系统失去通讯，10秒钟后自动复位。
3.4 道岔装置的工作原理
首先由调度员发出操作命令或计算机自动发出控制命令后，通过网络传到司控道岔所在系统网关，由系统网关再发控制命令，控制命令以编码的形式传送到司控道岔执行器内，执行器执行命令。
4、KJ539机车运输监控系统主要功能分析
4.1 定位功能
4.1.1实时定位跟踪：对井下移动车辆的实时位置、运行轨迹、分布情况等进行定位跟踪，并记录他们在各区域及各监测点的停留时间。
4.1.2定位显示：可在计算机终端或LED显示器设备上，以电子地图、汉子、表格等形式，实时显示井下车辆的定位信息。
4.2 监控功能
4.2.1安全监测监控：对各巷段交通道口的信号灯标识，进行自动切换及联动控制；对井下车辆移动对象安全监测。
4.2.2紧急事件处理：当矿井发生紧急情况时，系统可以提供车辆和驾驶远在各区域的分布信息，系统可以提供井下各区域车辆和人员的最新历史分布信息，辅助指挥人员制订救援方案。
4.2.3无线视频监控：通过在大型胶轮车上安装无线摄像机，可实现对胶轮车经过的巷道进行监控，实时了解巷道内的人员、车辆的情况。
4.3 调度功能
调度员可通过监控主机，根据井下车辆位置、交通状況等信息，编组分配车辆运输任务；也可根据紧急调度的需要，控制信号指示灯。
4.4 报警功能
4.4.1异常行驶报警：系统可以自动诊断车辆闯红灯、车辆滞留巷道内等异常情况，并且通过地面调度中心的监控终端，以声光等模式报警模式给予报警提示。
4.4.2故障诊断报警：当系统和设备出现故障后，地面调度中心的监控终端可发出声响告警，并显示故障的种类和地点，以便维护人员采取应急措施。
4.4.3追尾报警功能：当胶轮车距离过近时，车载机发出语音报警、提示驾驶员注意行车安全，避免事故的发生。
4.5 查询功能
4.5.1综合信息查询：系统可对井下车辆、人员流动、安全检测点、设备和系统运行等信息进行查询；还可以根据管理需要、以部门、班次、人员等属性查询车辆信息。
4.5.2实时信息查询：可在电子地图上按监控路径，查询此范围内所有车辆实时信息。
4.5.3历史信息查询：可以按时间段对车辆历史行程轨迹（路径、故障、次数等）进行查询，并可以通过电子地图可视化再现，或通过文本，报表等形式显示。
4.6 管理功能
4.6.1系统管理功能：用户管理、设备管理、网络管理等。 4.6.2GIS管理：电子地图管理、编辑等操作功能维护等。
4.6.3监控管理：监控规则管理、报警规则管理、联动控制管理等。
4.6.4信息管理：统计、分析、显示、查询、报表、打印等。
4.7 联网功能
4.7.1通过综合信息管理平台的接口，可实现与矿山安全信息管理系统和“感知矿山物联网系统”的信息集成、资源共享，为矿山安全生产监督、管理、指挥、决策等提供重要的信息依据。
4.7.2根据用户属性和权限，可实现多用户、多地点查看以及远程访问。
5、KJ539机车运输监控系统主要优点研究
5.1无线参数优化组合
无线通信技术在井下封闭环境中的应用与地面自由空间的应用差别很大，很多技术参数需要根据井下现场环境来配置，没有可借鉴的成功案例。其关键在于：需要根据井下运输巷道的物理环境、车辆类型和车速、道口特点等，确定主要参数的最佳组合，确保无线通信的可靠性和适用性。
5.2 灵活的组网方式
井下已巷道为主，其道路呈带状线性结构，长距离的无线传输不仅路径损耗大、延时大，而且存在信号传输不稳定、检测误差大、电池能耗不均匀、能量供应和维护困难等技术难题。但是井下具有动态部署、流动作业的需要和有些场所难以布线的特点，要求系统采用有线和无线相结合的组网方式，即可接入矿山现有的工业环网，又可独立组网，形成灵活可靠的组网模式，以适应井下特定环境，方便扩展，同时保证井下通信的可靠性。
5.3可靠的信号控制
系统需根据运输巷的道口特点，建立自适应控制模型和算法定义，为多方向行驶车辆提供信号指示，同时还需避免因多标签冲突、多基站冲撞以及车辆违章行驶等异常情况，造成交通信号错报和系统紊乱。
5.4 准确的定位跟踪
系统需建立符合井下线性巷道结构特点的定位算法定义，保证车辆准确定位、实时跟踪。
5.5 适应性控制策略
系统需根据各类矿山（煤矿山、非煤矿山）、各种车辆（有轨胶轮车、无轨胶轮车）、井下道路特点和车辆管理模式，建立適应性的信号控制逻辑。
6、小结
综上所述，葛泉矿通过运用KJ539机车运输监控系统，充分发挥了该系统技术先进、性能可靠、操作简单、易于维护等优点，它的安装，为葛泉矿安全生产发挥了重要作用。
参考文献：
[1] 李心平.基于射频识别的煤矿井下人员跟踪系统监控子系统[D].山东：山东科技大学，2007.
[2] 李英建.煤矿井下机车运输监控系统关键技术的研究[D].山东：山东科技大学，2009.
（作者单位：冀中能源股份有限公司葛泉矿）
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