单轨吊无人驾驶系统在朱集东矿的应用

2023-12-31李海一付衍斌

山东煤炭科技 2023年9期

赵军李海一付衍斌

（1.尤洛卡（山东）矿业科技有限公司,山东泰安 271000；2.淮河能源(集团)股份有限公司朱集东矿,安徽淮南 232000）

朱集东煤矿隶属于淮南矿业（集团）有限责任公司，于2007 年7 月1 日开工建设，2013 年6 月正式投入生产，矿井属煤与瓦斯突出矿井，设计生产能力为400 万t/a，系统具备800 万t 生产能力，设计服务年限为80.2 a。矿井于2021 年安装尤洛卡（山东）矿业科技有限公司生产的DC260/160Y 防爆柴油机单轨吊，极大地提高矿井运输物料的效率，但有人驾驶具有需要配置多人保障机车运行、无法适应更为复杂的运输条件等缺点。朱集东煤矿东翼南盘区提料斜巷是运输区主要运输斜巷之一，该巷道倾角较大，单轨吊在该段巷道行驶时除司机操作单轨吊机车外，为保障机车的安全运行还需配备多人跟随，但由于该巷道倾角较大，运输条件复杂，机车运行时，人员跟随较为困难且危险性大。基于目前单轨吊机车在该巷道运行的难点和问题，通过单轨吊无人驾驶的项目建设，可以大幅提升物料运输效率和安全性。

1 无人驾驶系统简介

煤矿智能化[1-2]是煤矿机械化发展的新方向，随着科技的发展和技术的进步，矿井系统先后经历了机械化、自动化、智能化等阶段，现如今正处于智能化初级阶段[3-5],煤矿辅助运输[6]的智能化是矿井智能化发展的重要组成部分。无人驾驶系统是基于井下UWB 精确定位和信标定位相结合、无线网络和GIS 高精度地图，利用激光雷达和视频监控等各类传感器进行感知探测，可实现机车在运行线路自动运行到目的地,实现机车自动停车和障碍物移出后自动运行功能。

系统中单轨吊与UWB 和WIFI 基站使用无线桥接，基站与基站之间用光纤传输的通信拓扑结构，方便单轨吊自由移动并且确保长距离大数据通信的稳定。机车前后安装有激光雷达传感器，实时探测50 m 范围内的障碍物，能及时发出预警并控制机车减速制动，避障运行。无人驾驶系统通过机车信息终端，与机车CAN 网关和服务器互联通信，实现对单轨吊机车的无人驾驶。单轨吊机车远程驾驶网络拓扑连接图如图1。

安装在单轨吊机车前后两个驾驶室中的机车信息终端，外接WIFI 天线或5G 天线和UWB 天线。机车信息终端与发动机保护仪（CAN 网关）通过CAN 口通信。当需要对单轨吊机车进行远程控制时，由井上控制室内的工作站主机在上位机软件界面发出控制指令，经服务器，井上以太网交换机传输到井下以太网交换机，继而传输到安装在巷道中的WIFI 基站，WIFI 基站经全向玻璃钢天线将指令无线传输给机车信息终端，再通过CAN 通信经CAN网关，连接机车控制系统，从而完成单轨吊机车的前进、后退和停止等动作。单轨吊机车本身的各种传感器参数，经CAN 网关、机车信息终端、WIFI基站、井下以太网交换机、井上以太网交换机、服务器传输到工作站，最终在工作站的上位机软件窗口中显示。机车信息终端的5G 功能和WIFI 功能不同时使用，根据矿井中已布局或将要布局的无线网络形式，配置不同无线传输形式的机车信息终端。

单轨吊机车无人驾驶功能的设备配置主要有以下4 种类别：远程驾驶、UWB 定位、语音对讲和视频显示功能，可满足不同的现场条件，如井下为WIFI 环网、井下为5G 网络、井下只有UWB 基站、井下无任何网络和基站等。

2 无人驾驶技术的应用

朱集东煤矿根据生产需要，为保证支架与其他物料的运输安全，杜绝人员在斜巷跟车上下，计划对在用的单轨吊进行无人驾驶升级改造，从而实现单轨吊机车无人化自动运行功能。该技术首先应用于东翼南盘区提料斜巷。东翼南盘区提料斜巷示意图如图2，该巷道是运输区主要运输斜巷之一，斜巷角度为20°,长度为180 m，承担着-906 m 水平到-965 m 水平的物料供应。该斜巷声光信号、一坡三挡等安全设施配置齐全且各项闭锁有效，监控视频、警戒位置等均按要求设置到位。

无人驾驶的实现是在原单轨吊系统基础上安装必要的设备，无人驾驶系统主要包含四个部分：一是在地面控制平台安装无人驾驶控制系统，该部分主要包含远程服务器、远程遥控平台、机车自动驾驶软件等，其中远程服务器是自动控制系统核心服务器，实现了单轨吊无人驾驶时的路径规划、路况信息监测汇总等功能；二是在单轨吊机车上安装控制系统车载部分，该部分主要包含机车视频辅助驾驶系统、机车防撞与语音告警系统、机车自主定位系统等，其中机车视频辅助驾驶系统实现了多画面显示、视频上传、语音通话等功能；三是安装控制系统道岔控制部分，该部分主要包含ZKC127Q 矿用气动司控道岔控制装置等，该装置实现了单轨吊无人驾驶时道岔就地控制、遥控、检测、声光报警等功能；四是安装控制系统风门控制部分，该部分主要包含矿用风门控制装置等，该装置根据风门数量进行调整，实现单轨吊无人驾驶时风门就地控制、遥控、检测、声光报警等功能。

无人驾驶系统的安装，解决了单轨吊在东翼南盘区提料斜巷中有人驾驶存在的难题，一是单轨吊机车无人驾驶在斜巷运输过程中，无需工作人员跟车保障机车的安全运行，保障了人员的安全；二是相比传统有人驾驶机车，单辆机车运行可减员6 人，减少风险点与隐患近15 个，提高运输效率35%以上；三是矿用单轨吊无人驾驶远程控制系统可更好地适应斜巷特殊环境下的运输任务。