矿用斜巷轨道运输安全闭锁监控系统的研究

李 龙

（山西马堡煤业有限公司， 山西 长治 046300）

引言

山西马堡煤业有限公司在斜井安装有斜巷轨道运输设备，轨道运输是煤矿井下的主要辅助运输方式。随着煤矿机械化程度的不断提升，煤矿的生产能力得到了不断提高，开采深度也不断增大，轨道运输的安全高效显得尤为重要，不仅直接影响着煤矿井下工作人员的生命安全，而且关系着全矿井的生产经济效益[1]。由于煤矿井下环境恶劣、运输条件有限任务繁重和斜巷轨道运输中行人与运输作业相互干扰的安全管控难度大[2]，导致斜巷轨道运输事故在煤矿事故中比例不断增加，严重威胁煤矿井下工作人员的生命安全，因此煤矿井下斜巷轨道运输安全闭锁监控已经成为迫切需要解决的难题。

1 轨道运输安全闭锁监控系统的组成结构

矿用斜巷轨道运输安全闭锁监控系统采用模块化设计，整个系统分为井上和井下两个子系统，井上包括上位机监控系统，井下包括巷道监测系统、矿车检测系统、闭锁控制系统、显示系统和数据传输系统。轨道运输安全闭锁监控系统总体结构框图如图1所示。

2 各个系统组成及功能设计

2.1 巷道监测系统

巷道监测系统由矿用本安型红外热释传感器和矿用本安型视频摄像头组成，在煤矿井下斜巷巷道轨道上和各水平车场内安装有红外热释传感器和视频摄像头，采用红外热释人体和视频图像双重识别技术，实时监测斜巷巷道内行人信息，并通过电缆与隔爆兼本安型电气控制箱连接，将实时信号传输给电控箱内部的PLC。当红外热释传感器和视频摄像头监测到斜巷有行人时，报警装置进行报警，且轨道运输辅助设备禁止运行并闭锁，矿车停止行进。

图1 轨道运输安全闭锁监控系统总体结构框图

2.2 矿车检测系统

矿车检测系统由矿用本安型称重传感器、矿用本安型视频摄像头和矿用本安型位置传感器组成，称重传感器和视频摄像头安装在矿车车场入口处，位置传感器安装在矿车上，以上传感器通过光缆与电气控制箱连接，进行数据传输。在斜巷轨道运输矿车行进前，称重传感器和视频摄像头对矿车进行重量和宽度检测，与之前预先设定的重量和宽度参数进行对比，若实际矿车重量和宽度符合设定值，则矿车可以行进；若实际矿车重量和宽度超出设定值，报警装置进行报警，提醒矿车超载超宽，禁止矿车进行，辅助运输设备闭锁禁止运行。位置传感器用来实时监测矿车的运行位置和运行状态，将数据上传给监控系统。

2.3 闭锁控制系统

安全闭锁控制系统包括矿用隔爆兼本安型电气控制箱、报警装置、提示信号设备、辅助运输设备和跑车防护设备。矿用隔爆兼本安型电气控制箱内部设置有可编程控制器和本安型电源，内部PLC接收信号传输，并根据程序设定来发出相应的控制指令。报警装置由矿用隔爆型报警灯、LED显示屏及语音报警器组成，通过光缆与电气控制箱连接，安装在斜巷巷道各水平车场和绞车房内，当系统监测到有行人在巷道内或矿车超载超宽时，报警装置进行声光报警，LED显示屏显示禁止启动轨道运输设备；提升信号设备用于矿车提升过程中的信号打点操作和绞车闭锁，设备主控箱内的PLC通过电缆与电气控制箱连接进行数据通讯，当系统监测到有行人在巷道内或矿车超载超宽时，提升信号设备停止信号打点操作，禁止运行提升机设备，绞车闭锁；辅助运输设备包括道岔装置、阻车装置和挡车装置[3]，各个装置通过控制光缆与电气控制箱连接进行数据和控制指令传输，当系统监测到有行人在巷道内或矿车超载超宽时，辅助运输设备禁止运行，各装置进行闭锁；跑车防护设备作为矿井斜巷轨道运输提升和有效防止因跑车和断绳造成行车事故的重要装置，设置有一坡三挡，当系统监测到有行人在巷道内或矿车超载超宽时，挡车栏下放，禁止矿车行进通过。

2.4 显示系统

显示系统由矿用本安型显示控制台组成，安装于各水平车场和绞车房内，显示控制台通过RS485总线与电气控制箱内部PLC连接进行数据通讯，实时显示巷道内行人信息、矿车重量宽度信息、矿车运行情况和各设备的状态信息，而且可以通过显示控制台上的按键进行矿车规定重量和允许尺寸输入，同时可以通过控制台对各轨道运输设备进行手动按钮操作。

2.5 数据传输系统

在煤矿井下构建矿用隔爆兼本安型工业以太网，将矿用斜巷轨道超载超宽安全闭锁监测系统的各个系统内的设备通过工业以太网连接起来，保证斜巷轨道和矿车监测信息、视频图像信息、矿车运行情况、各运输设备状态和PLC控制指令可靠及时的传输，保证显示控制台和上位机的实时监控，进而可以保障斜巷轨道运输安全高效运行。

2.6 上位机系统

上位机系统由计算机组成，系统采用组态软件对斜巷轨道运输安全闭锁监控系统进行人机界面设计，采用多参数、多画面、多窗口和多按钮模式，以实现斜巷轨道运输过程中巷道行人信息、矿车重量宽度运行情况的实时显示，系统各轨道运输设备的控制、报警输出和报警历史记录存储等功能。

3 系统可实现功能

3.1 巷道人员监测和矿车检测功能

监控系统采用红外热释传感器、视频摄像头、称重传感器和位置传感器等多传感器多参数检测技术，实现了巷道人员监测和矿车检测功能，当传感器监测系统监测到有行人在巷道内或矿车超载超宽时，可以通过光缆将报警信号传输给电气控制箱，从而进行声光语音报警。

3.2 多机联动安全闭锁功能

闭锁控制系统基于智能控制技术，通过可编程控制器将轨道运输矿车、提升信号设备、辅助运输设备和跑车防护设备等多机联动起来，当系统监测到有行人在巷道内或矿车超载超宽时，电气控制箱内部PLC发出控制指令，多机进行安全闭锁操作，禁止提升机和绞车启动，矿车停止行进。

3.3 远程监控显示功能

监控系统在各水平车场和绞车房内安装有显示控制台及在井上安装有上位机系统，通过工业以太网将各个系统连接进行数据通讯，通过显示控制台和上位机系统进行远程监控，画面实时显示巷道内行人信息、矿车重量宽度信息、矿车运行情况和各设备的状态信息，而且可以通过显示控制台上或上位机系统人机界面按钮进行矿车规定重量和允许尺寸输入，同时可以通过按钮对各轨道运输设备进行手动按钮操作。

4 结语

矿用斜巷轨道运输安全闭锁监控系统采用模块化系统设计，基于红外人体识别、视频图像识别、多传感器检测和可编程智能控制技术等，对系统进行全面的功能设计，实现了对斜巷轨道运输的实时监测报警、多机联动安全闭锁和远程监控功能，达到了煤矿井下斜巷轨道运输的“行车不行人、行人不行车”的安全管理规定要求[4]，而且在此基础上，提出了超载超宽不行车的更高要求。安全闭锁监控系统的设计及应用，实现了斜巷轨道运输安全高效可靠地运行，从根本上保障运输过程中煤矿工人的生命安全，有效降低了斜巷轨道运输事故的发生率，并很好地保证矿井的生产经济效益，加快了煤矿信息化、智能化和数字化绿色安全矿山的建设进程。