煤矿井下车辆定位与信号控制技术

2021-01-10张慧文田多宝

陕西煤炭 2021年2期

张慧文，田多宝

(陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西延安 727307)

0 引言

随着技术的不断革新，我国目前煤矿井下作业的相关技术已经处于世界前列。车辆运输作为煤炭生产过程中重要的组成部分，由于井下作业空间有限且环境较差，巷道较窄，光线不佳，并且井下情况较为复杂，因此车辆运行难度较大。首先要保证的就是车辆在行进的过程中不会发生撞车的现象，井下车辆定位就显得尤为重要。

1 煤矿井下作业车辆定位

传统的无轨胶轮车虽然大大提升了运输效率并且降低了成本。但在正常使用的过程中仍然存在许多问题，比如在正常的运输过程中煤矿井下整个轨道路线没有安放交通指示灯。在行驶的过程中需要完全依靠司机本身的灵敏度以及高超的驾驶技术，出现任何问题却不能及时将井下情况反馈给调度室，完全依靠司机自身的处理能力，维修效率较低。尤其是井下环境较为恶劣时，无轨胶轮车的运输过程较难。而现阶段大部分煤矿所使用的煤矿井下4G车辆调度指挥系统，调度员在地面就可看到井下车辆运行现场，了解每个机车的具体位置、运行状况及驾驶司机状况等。机车在信号灯指挥下有序运行，遇道岔时司机可用遥控器扳道岔，遇危险时自动停车避免掉道。同时系统自带机车维修、保养提醒功能，自动提醒司机充电，机车故障时帮助维修人员快速解析原因，指导维修。同时视频具备视频会议、微信功能，多名技术人员可集中远程诊断、排查问题，提高维修效率等。随着4G指挥系统的推广，让无轨胶轮车运输更加高效、安全和可靠，向着智能化、无人化的方向更进一步。

目前处于现代化技术水平较高的时代。井下作业已经实现了智能化，尤其是现阶段大力推广的煤矿无轨胶轮车智能管理系统，这种系统运行后可全面提高胶轮车辆调配效率，确保辅助运输安全，使煤矿井下辅助运输管理迈上了一个新的台阶。无轨胶轮车智能管理系统基于井下4G无线通信系统建设，系统所提供车载终端与4G无线通信系统无缝接入。主要满足较多数量人车的语音通讯、车辆定位、车门开闭监控、倒车雷达探测、地图显示以及司机考勤识别功能，同时满足较多数量料车的车辆定位需求。该系统由车辆管理用读卡器、车辆识别卡及辅材等组成，车辆管理用读卡器与矿用行车信息记录仪总线连接，借助4G无线传回至上位机处。通过智能交通管理平台软件进行显示和分析，可以采集井下车辆动态运行数据，包括车型、车号、驾驶司机、车队、具体运行位置、路径等。通过大巷内识别卡、车辆上读卡器的配套，结合上位机平台软件，可以生成车辆运行轨迹，对车辆行驶速度和运行位置进行实时监控，还可以适时监控司机的行为规范。

无轨胶轮车智能管理系统能够及时、准确的将井下各个区域车辆数量、车辆定位、车辆进出井时间、运行路线等动态分布情况及时反映到地面计算机系统，可以对每个路口出入车辆数据进行统计，根据各路线的繁忙程度合理调整优化行车路线，使车辆调度管理员能够随时掌握井下车辆等多种运行信息，同时也可在煤矿井下险情发生时为抢险救援提供准确的井下车辆位置、车辆求救信息和语音广播指令，最大限度地提高救援、撤离效率。该套系统正式运行后，将大幅提高辅助运输环节的运行效率和安全性，规范司机操作行为，提升矿井安全管理水平，为全面建设智慧矿山创造了有利条件。

随着煤矿企业的快速发展，煤矿安全高效生产越来越受到重视，在此形势下，煤矿井下车辆管理系统的应用越来越广泛，其技术也越来越成熟。井下机车管理系统是保障井下行车安全、提高运输效率和运营管理水平的重要设施。为确保行车安全，系统设有岔口语音提示功能，岔路口时语音提示“车辆通过，请行人注意”；系统设有防碰撞报警功能，两车距离较近时，系统会提示，前方或后方约多少米处有车辆，请司机注意；设有同步监控功能，机车运行信息同步上传调度室，可以同步监控机车运行状况，车辆调度系统通过优化的闭锁逻辑，控制井下交通灯，引导井下车辆有序运行，杜绝了车辆堵死、追尾等现象，很大程度地提高了运输效率。

2 煤矿当中的信号控制技术

煤矿信息化面临着诸多挑战，井下地质条件复杂、恶劣，大量在地面已获广泛应用的成熟信息技术在井下无法使用，适用于煤矿井下的信息技术、信息产品和信息系统的研发及产业化水平非常滞后。目前煤炭行业应用的无线通信技术解决方案相对薄弱，安全生产调度技术落后，难以满足建设现代化数字智能矿井的要求，亟待业内领先的大型通信企业针对煤矿实际生产环境需求进行技术定制，将先进的技术引入矿井信息化建设中。因此，目前煤矿上所使用的信号控制技术是集齐了语音、数据、集群三大业务功能，既满足现有的矿用通信需求，也符合数字煤矿、智慧矿山的未来发展方向。提供统一的通信平台，实现调度通信和行政通信一体化、井下通信和井上通信一体化、有线无线一体化、通信定位一体化以及语音和数据通信一体化。

信号控制系统是以CDMA技术为基础，集成了公网通信的主体功能，此外还集成了专业数字集群GoTa，以专网专建为思路，结合专网特点，用低成本、高质量满足煤矿行业用户生产管理与生活需要，是一种小型化的CDMA专网系统，其设备满足了井上、井下一体化设计，可实现有线、无线电话统一调度，通过调度台同时解决煤矿井上、井下的通信问题，达到纵向调度，灵活可靠，矿区内外通信畅通无阻，并可提供EVDO3G数据业务，实现移动语音、专业集群、生产调度、视频监控多网合一。并且其煤矿井下无线通信解决方案充分考虑井下通信的安全需求，所有井下设备均经过隔爆和本安防爆处理，通过国家的防爆认证。

井下多为狭长型通道，因此采用矿用毫瓦级Gecko基站加定向天线方式进行覆盖。井下主巷道主要用作运输，直径宽、长度比较长，基站覆盖距离比较长，辅巷道主要用于采煤，辅巷道多弯道，有阻隔铁门，基站覆盖距离比较短。同时配备专业数字集群的矿用系统，生产调度更为迅捷便利，生产效率能得到极大提升。并且可提供专业管理台，管理人员可通过管理台管理本集团的群组和用户，以及用户和群组的隶属关系，分组信息通过无线自动同步到终端上，大大降低了管理难度。

目前信号控制技术可提供专业调度台，调度人员可通过台席实时指挥地面和井下的工作群组或者用户。调度台台席还可以和定位系统、视频监控系统融合，通过一机多屏将煤矿调度操作更立体的呈现在调度员和领导面前，形成煤矿指挥调度驾驶舱。调度人员通过视频监控窗口，可以实时查看井上/井下各视频监控点的视频信息，也可以通过室外GPS定位观察到地面运煤车辆的运行情况，还可以选择摄像头或者在地图上框选用户，直接进行集群群组呼叫，呼叫过程中，视频信息和定位信息的上传不受任何影响，可并发进行。煤矿井下通信系统采用EVDO技术支持无线数据传输，三载波捆绑可达下行可达14.7 M，上行可达5.4 M。

煤矿井下作业远离地面，地形复杂，环境恶劣，采用无线传输，承载视频监控、传感器信息等，可大大节省井下布线难度，设备也可随着工作区的变化灵活部署，并且可以和现有设备互联互通。支持和矿区现有PBX系统、固话系统间的互联互通，新建无线通讯系统可以和旧设备融合，节省矿区前期投入。交换控制器主要由核心网模块(CN)、GoTa调度服务器模块(DSS)和基站控制器模块(BSC)构成。其中，核心网集成了公网核心网的主要功能，主要包括语音、短信、数据业务、互联互通等，GoTa调度服务器集成了专业数字集群功能，基站控制器负责连接井上和井下基站并进行控制处理。使用BBU+RRU分布式基站进行组网，完成无线信号的地面覆盖。使用公文包大小的Gecko防爆基站，用于井下的无线网络覆盖。配备专业调度台、管理台，专门用于矿区的管理和调度。井下防爆终端、井上普通终端、车载台、智能机等一应俱全，终端一机多用，既支持普通语音调度，也同时支持专业数字集群业务。

3 目前煤矿信号控制系统的优势

绿色语音，专用信道传输语音，语音清晰，抗干扰强，适合复杂环境通信。高速数传和无线承载，GoTa 3G三载波捆绑可达14.7 M，高速无线数据传输能力不仅支持地面、井下语音调度，还可以成为无线数据传输的承载网络，支持视频监控和传感器信息传输、以及基于地面GPS定位信息的指挥调度，还可以将集群对讲和定位、视频监控融合，煤矿领导可以结合地图和视频监控画面，进行可视化调度。

互联互通，不仅实现井下井上一体，系统还支持多矿区间互联互通和已建设的PBX系统的互联互通，此外，系统还需要具备和运营商网络互联互通的能力，最大程度的扩展数字矿山业务覆盖区域外延。专业数字集群，除了传统的语音调度外，支持专业数字集群、依靠快速接入、一呼百应的数字集群技术，使得群组呼叫成为井下、地面沟通的利器，群组式的工作模式进一步提升煤矿工作效率；通过系统提供的管理台，煤矿管理人员可以轻松的划分群组，通过系统提供的调度台，煤矿调度人员可以实时向井下和地面群组或者人员发布调度指令助力建设煤矿高效生产与安全巡查无线指挥调度系统。