煤矿井下电机车安全防护系统的设计与实现

卢艳君

(西山煤电 东曲煤矿，山西 古交 030200)

0 引言

矿用电机车是煤炭运输过程中的重要机械设备，随着煤矿开采量的不断增加，电机车的运载任务也相应增加，导致井下矿用电机车的数量增多，车辆使用频率不断提升，大大增加了电机车的运输管理难度，而且在运输过程中也产生了很多运输安全事故，对煤矿的经济效益和安全管理产生了一定的影响，也使得矿用电机车的运输调度系统面临巨大的考验[1]。矿用电机车在运输过程中产生的安全事故主要有以下几种[2]：①闯红灯；②超速脱轨；③追尾碰撞；④误倒车。这四种情况是目前电机车运输系统经常发生的安全事故，其中，追尾碰撞和超速脱轨事故发生频率最高。一旦发生上述安全事故，不仅给电机车本身带来了损坏，威胁到了工作人员的生命健康，也影响了煤矿的正常运营。目前，大部分电机车车载系统装备了弹性缓冲器、过电流保护装置以及车载瓦斯断电仪等设备来保障电机车的运输安全，但实际效果并不理想。

针对上述问题，本文在原有电机车信集闭系统的基础上，优化设计了一套安全防护系统，主要具有防闯红灯功能、防超速脱轨功能、防追尾碰撞功能、防误倒车功能及视频监控功能。

1 电机车安全防护系统优化设计总体架构

优化后的矿用电机车安全防护系统的总体架构如图1所示。在原有电机车信集闭系统的基础上增加了霍尔传感器检测、超声波收发检测、红灯信号检测、射频识别检测、视频监控系统和声光报警装置。根据设计的具体方案，通过工业以太环网将防闯红灯、防误倒车、防追尾碰撞、防超速脱轨、视频监控、报警各项功能融合到原有信集闭系统中，共同构建一个矿用电机车井下轨道运输安全保障系统，降低安全事故的发生率。井上监控调度中心与车载监控系统之间通过工业以太环网通信，以太环网的建立提高了通信的扩展性，可方便其他系统直接接入信集闭系统。

图1 矿用电机车安全防护系统优化设计总体架构

2 电机车安全防护系统功能的设计与实现

2.1 防闯红灯功能设计与实现

防闯红灯功能设计要求：电机车在煤矿运输过程中遇到红绿灯时，若绿灯亮，则电机车正常运输和行驶；若红色亮，则电机车停止运行，当电机车因特殊情况发生不停车情况时，报警装置触发进行报警，同时电机车在报警装置的提示下被控断电停止运行。

此项功能的实现需要原有信集闭系统、红灯信号检测器及电机车车载系统相配合。首先通过信集闭系统将电机车的运行路线设定好，电机车按照设定的路线行驶。当电机车经过红绿灯路口时，由红灯信号检测器对红绿灯状态进行检测，并将检测信号发送到电机车车载系统的主控制器上进行处理。当检测到为绿灯时，主控制器输出低电平信号，电机车正常行驶；当检测到为红灯时，主控制器会输出高电平信号，由该信号控制电机车的报警与制动，预防电机车闯红灯情况的发生。

2.2 防超速脱轨功能设计与实现

防超速脱轨功能设计要求：电机车在煤矿运输过程中，当因运输速度过快发生超速现象时，电机车车载监控系统会输出相应的报警信号，同时控制调速器降低运行速度，防止超速脱轨情况发生。

为实现此功能，系统采用霍尔传感器对电机车运行速度进行检测[3]，将其安装在电机车的车轴上，通过车载控制器最终可将车轴转动的速度转化为电机车的实际运行速度。系统设置了电机车运行速度的限定范围，基于该速度范围来对实际运行速度进行判定，当电机车的实际运行速度超出设定的速度范围时，则电机车车载系统触发声光报警装置同时控制调速器降低电机车运行速度。

2.3 防追尾、碰撞功能设计与实现

防追尾、碰撞功能设计要求：电机车在煤炭运输过程中，当系统检测到两辆电机车之间车距小于预设的距离值时，自动触发报警装置，向监控调度中心上传信息同时自动运行刹车减速指令，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。

此项功能的实现采用了射频识别检测技术，需要安装射频通讯仪器，实现对电机车运行状态的连续性检测。通过射频识别检测技术，可对两辆电机车之间的车距进行判断分析，保证车与车之间的安全运行距离，确保机车的行车安全。

2.4 防误倒车功能设计与实现

防误倒车功能设计要求：电机车在倒车过程中，当电机车与障碍物之间的距离超过安全距离时，触发报警装置，提示监控调度中心工作人员；当远小于安全距离时，自动控制电机车停止运行。

此项功能通过超声波收发器实现，将该装置安装在电机车两侧。当电机车进行倒车操作时，超声波收发器开始工作，探头自动开启探测功能，面向各个方向进行探测，当发现障碍物时，显示屏上会实时显示电机车与障碍物之间的距离，一旦超过事先设定好的安全距离，那么报警装置将会被触发，提醒监控调度中心；当远小于安全距离时，系统自动控制电机车停止运行。

3 实际应用效果分析

将在原有电机车信集闭系统的基础上优化设计后的安全防护系统应用于实际矿井中，在安装试运行三个月期间，电机车闯红灯、超速行驶的情况大幅度减少，通过升级后的安全防护系统，工作人员可在显示屏上实时掌握前后方电机车之间的运行状态，防护系统可根据两车之间的距离判断是否有追尾碰撞事故发生。系统在试运行期间安全事故发生率大大减少，与无防护系统相比减少了90%左右，表明优化设计后的安全防护系统达到了预期要求，提高了矿用电机车的安全管理能力，间接为煤矿企业带来了一定的经济效益。

4 结论

针对矿用电机车运输过程中存在的安全事故问题，如闯红灯、超速脱轨、误倒车、追尾、碰撞等，为了防止此类事故的发生，在原有电机车信集闭系统的基础上优化设计了一套安全防护系统，该系统融合了霍尔传感器检测、超声波收发检测、红灯信号检测、射频识别检测等技术。实际应用效果表明，新设计的安全防护系统大大降低了电机车安全事故的发生率，保障了煤矿运输的安全可靠性，为矿井电机车安全防护系统的优化与设计提供了一定的参考。