矿用防爆胶轮车安全监测系统的设计

尹文强

（大同煤矿集团朔州煤电有限公司辅助运输管理处， 山西 朔州 038300）

引言

随着煤矿自动化水平不断提高，无轨胶轮车在我国多数大中型煤矿井下辅助运输系统中得到了应用。与传统电机车相比，具有灵活性强、运输速度快、受环境限制小以及对运输道路要求低等优点。目前，井下主要采用隔爆型无轨胶轮车，且采用柴油作为动力来源，胶轮车在运输过程中作为独立运输单元予以管理[1-2]。但是随着煤矿不断开拓延伸，受矿井温度、湿度、粉尘浓度以及运输线路坡度等影响，无轨胶轮车在使用过程中经常出现故障，主要表现在油温高、刹车失灵、防爆性能失效等，严重影响矿井辅助运输效率，若对每一辆无轨胶轮车进行独立管理时，不仅劳动强大、管理效率低，而且安全检查失误率高。基于这种情况，大同煤矿集团朔州煤电有限公司辅助运输管理处设计了一套防爆胶轮车安全监测系统，并进行实际应用。

1 无轨胶轮车安全运输监测系统总体方案的设计

1.1 安全运行要素

1）由于无轨胶轮车长期在井下潮湿的环境中行驶，其发动机表面由于散热不佳常常出现温度过热。当发动机温度较热而巷道内瓦斯浓度过高时，很有可能引起井下瓦斯爆炸，给矿井带来巨大的安全隐患。因此，在车辆行驶时要实时对发动机表面的温度进行监测。

2）无轨胶轮车在长时间运行后，尾气温度随着排放量的增多逐渐升高，按照《煤矿安全规程规定》相关规定，无轨胶轮车的尾气温度必须小于77℃，高于77℃的尾气很可能引起尾气中的残油燃烧爆炸。

3）无轨胶轮车在长时间行驶时，要定期为胶轮车填补冷却水。冷却水主要起到为胶轮车各个部件降温的作用。司机在车辆行驶中，不仅要时刻观察胶轮车水温及水位变化，发现温度较高或水位较低时，及时填补，还要在行驶途中利用冷却水对路面进行喷雾，防止巷道内浮动的粉尘遇到高温发生爆炸。

1.2 监测系统整体结构

由于无轨胶轮车常处于动态轨迹，因此需安装一套能够实时监测胶轮车轨迹的系统。地面调度中心可以通过监控设备实时对胶轮车进行监控。监控分站利用各类监控设备将收集的影像资料传递到调度大厅，调度大厅的处理器根据胶轮车行驶的数据及状态，将车辆信息投到电脑屏幕上，同时为井下各巷道的胶轮车提供行驶指令，控制各盘区的车辆的运行，防止发生碰撞事故。井下实际辅助运输工作中，监控系统还可以将车速、运行轨迹、运动状态、发动机温度、巷道瓦斯浓度、油压以及尾气排放量等信息进行实时收集，并将收集到的数据经过微机系统处理，处理后的信号再经数据传输线传递到通信分站，最后所有信号统一传递到调度大厅，并显示大屏幕上，方便调度员对胶轮车的指挥。

2 井下监测系统硬件的设计

2.1 系统硬件结构框图

监控系统主要由地面操控系统、PLC、通讯模块、微机处理器、数据收集器、工业以太网、传感器等部分组成，这些传感器在收集到数据后将数据传递到中央处理器后，经过数据分析将各车的运行相关数据实时显示，如下页图1所示。

2.2 处理器的选型

该系统采用先进的数据处理器，可以迅速地将各类数据经过逻辑处理，多路输入处理速度快且体积较小，完全能够适用于井下实际生产。现将该处理器的优点汇总如下：

1）该处理器拥有多集成资源及两种存储器，可以实时在线远程更新，同时有55个接口，非常适用于多路数据采集。

2）运行电量低。芯片在全速工作状态下会以72 MHz运行，此时的芯片能耗仅为30 mA，而芯片在怠速状态时的能耗仅为5 μA，且芯片有多种低功耗模式进行选择。

图1 无轨胶轮车安全监控系统结构示意图

2.3 传感器的选择

无轨胶轮车监控系统采用国外进口的传感器，分别对胶轮车油温、速度、尾气温度等进行监测，该传感器具有质量轻、体积小、结构简单、灵敏度高、测量范围广的特点，而且无需其他辅助配件就可以进行测试，可以与各类处理器端口相连，现已用于大多数矿井无轨胶轮车上。

2.4 软件程序的设计

无轨胶轮车安全监测系统中软件采用模块化设计，按照功能需要分别对每个子系统的程序进行编制，然后将各子程序汇总到主程序中，主程序就实现了所有的监测功能。在车辆启动时，系统首先会进行自检，查看胶轮车启动及停止是否异常。如发现问题系统会及时报警提醒司机与调度人员。自检合格的车辆可以上路行驶，在行驶过程中，系统会继续监测车辆各项参数是否正常，如其中一项未能达到标准时，系统会自动报警[3-5]。

2.5 应用原理

井下隔爆无轨胶轮车在运输过程中，当机油温度过高、胶轮车刹车失灵失效以及胶轮车油压故障时，通过胶轮车内安装的各种传感器可及时将收集数据上传至PLC控制，PLC接收数据信号后及时进行处理，并发出保护指令；同时PLC控制器将各类数据信号通过工业以太网上传至地面操控室主机系统内，并通过显示器直观显示井下运输无轨胶轮车运行状态等各种技术措施，从而实现远程监控管理目的。

3 结语

2018年2月，铁峰煤矿在其井下辅助运输系统安装了一套防爆胶轮车安全监测系统，截止2018年10月，通过10个月应用效果观察发现，安装该系统后，提高了胶轮车运输管理水平，降低了无轨胶轮车运输管理劳动强度，提高了胶轮车运输效率，在该系统使用期间监测到仅有2次胶轮车刹车失灵超速现象，7次油温超高现象，大大降低了无轨胶轮车故障率，保证了矿井辅助运输安全稳定运行。