煤矿无轨胶轮车运行探究

孟猛

摘要：相比于传统的运输工具，无轨胶轮车具有较强的自由性、灵活性以及快速性，可有效节约人力、物力以及财力，因此，需要加大对无轨胶轮车的研究力度并充分发挥其在矿井辅助运输系统中的作用。下面本文就对此展开探讨。

关键词：煤矿；无轨胶轮车；运行；

1 无轨胶轮车概述

1.1 概念

由于无轨胶轮车在工作过程中的运动状态是实时的，所以传输端和接收端之间的通信采用无线通信方式。在无轨胶轮车上设置发射节点，且每个车辆都配备了一个发送节点，其对应的节点编号都是特定的。在矿井的巷道中，接收节点按一定间隔设置。在调度系统的运行过程中，发送端以一定的频率发送带有数字和位置的信息。附近的接收节点将收集到的信息发送给调度中心的控制器进行分析，从而确定设备的具体位置。为保证胶轮车的安全行驶，必须对车身的工作状况数据进行实时的监测，包括油压、油温、行车速度、周围瓦斯浓度等参数。无轨胶轮车的车速测量范围为 0~150 km/h，油温测量范围为 0~160 ℃，甲烷体积分数为 0~4%，上述范围均能满足生产的要求。

1.2 类型

按照用途，可以将无轨胶轮车分为重载搬运车、多功能搬运车以及人员运输车等类型。按照动力，可以将无轨胶轮车分为柴油机胶轮车以及蓄电池胶轮车这两种类型。

1.3 优势

相比于传统的运输工具，无轨胶轮车具有多重优势。第一，无轨胶轮车可以直接从地面车库到达生产工作面，不需要任何的转载环节。同时，无轨胶轮车的运量相对较大、运输速度也比较快，可以减少对辅助运输人员的需求。第二，无轨胶轮车的操作难度以及维护难度都比较小，所以成本相对较低。第三，无轨胶轮车的灵活性与机动性都比较强，所以安全性相对较高。

2 无轨胶轮车的调度过程分析

井下调度系统主要由定位系统和带控制命令的信号灯组成。下图 1为无轨胶轮车的调度过程图。在巷道中，每隔一定间隔设置一个车辆避让硐室，并在避让硐室两侧设置信号灯。两个硐室之间的空间称为驱动间隔。当车辆到达避让室时，调度系统确定其前方的驾驶间隔。如果没有显示车辆，车辆可以直接驶入其前方的驾驶区间；当在与对面车辆的驾驶间隔前方检测到车辆时，车辆将进入避让室避让；当至少有一辆无轨胶轮车位于前驾驶区域，并在同一方向行驶时，此时的信号灯显示为红灯，如果前车能驶出行驶段，则信号灯会显示绿色，此时车辆可驶入前车行驶段。在调度无轨胶轮车之前，必须精确地确定井内的车辆位置，并将定位算法嵌入到控制软件中。当巷道较宽时，不需要专用的车辆调度系统，而当矿井隧道狭窄时，在行车间隔有两辆或更多的车辆进入时，只能有一辆进入，其余的车辆要根据具体的情况及时避开，避免出现交通阻塞或交通事故。在进入行车间隔之前，要先确定前方有没有车辆以及有没有行驶方向，然后根据这一情况来决定是否要驶入行车区域，如果没有，就必须进入避车室进行避让。此外，在隧道的重要位置，如陡峭的转弯处，安装了防爆监控，监控系统的工作人员可以对重点区域进行实时监控。在遇到紧急状况时，可以用语音呼叫司机，或手动控制交通灯，以确保无轨胶轮车的安全。

图 1 无轨胶轮车的调度过程

3 煤矿无轨胶轮车智能化调度系统设计

3.1 整体结构设计

依照智能化技术的应用水平和应用要求，搭建煤矿无轨胶轮车智能化调度系统，其主要有四个基本组成部分:①调度管理中台，主要利用调度台、广播音频服务器和监控主机、监控备机等设备，实现对调度信息的统一分析，向车队客户端发出调度指令。②调度信息传输系统，主要利用地面环网交换机、井下环网交换机和防火墙等系统，实现调度信息的实时传输，便于车队和井下作业人员对运行方案进行调整优化，利用防火墙避免外部信息入侵，确保调度信息安全。③车队客户端，主要在接收监控主机发出的指令后，将调度信息存储打印出来，做好调度信息管理工作。④井下综合基站，主要在接收井下环网交换机发出的信息后，将相应的指令传输至信号灯和显示牌，向井下车辆传递运行信息。在井上系统和井下系统结合运行的过程中，以区间控制策略为实践方法，判断车辆运行状态是否正常，能否顺利运行，确保调度人员能够实时掌握无轨胶轮车的运行轨迹，制订运行方案，提升运输效率，确保运输安全。

3.2 井上主站功能及结构

井上主站也被称为管理中台，是调度优化的核心组成部分，在运行中应具备可视化监控、数据接收和处理、信号指令发出等功能。通过可视化监控子系统，能够实现监测数据的直观呈现，确保管理人员能够精准分析调度运行信息。数据服务器可实现数据接收和处理功能，也是调度数据自动化、智能化分析的硬件支撑。信号指令发出功能将数据服务器产生的控制策略，经由信息传输系统传递至车队客户端和井下综合基站，对信号灯运行状态进行调整，为车辆调配提供依据。

3.3 井下分站功能及结构

井下分站功能主要实现对区段内车辆信息的监测和控制，也是车辆运行信息采集的主要来源。为确保无轨胶轮车调度作业方式能够不断优化，真正提升井下运输效率，从生产需求和井下环境特征出发，井下分站应具有如下基本功能:①车辆信息检测功能。如车辆运行速度、载重负荷、油温等，在检测到车辆运行超出控制要求时，系统会自动发出报警信号，通知运维人员及时检查，及时做好维修处理，确保车辆运行安全。②车辆定位功能。准确检测车辆运行位置和行驶方向，并将对应信息传输回井上主站，为控制策略分析制订提供参考。③自动控制功能。在接收调度信息和控制策略后，依据车辆的实时运行状态，对车辆发出自动控制指令，确保所有车辆依照控制要求运行。井下分站结构主要以实现运行信息采集和传输、指令接收为目的。首先，在车上安装信号传输设备，通过无线通信将信号传输至安装于井下巷道墙壁的接收装置上，利用定位算法准确判断车辆的位置信息。在车上安装油温监测和速度监测设备，在车辆运行速度过快或油温过高时，报警信号会利用无线通信将数据传输至管理中台，便于调度人员做好相应的调度调整。自动控制功能是根据巷道信号灯的变换实现的，依据信号灯要求对车辆的运行停止状态、车辆运行速度进行调整，能够有效避免事故发生，提升井下运输整体效率。车上还布设警示灯，在前后车辆安全距离不足时，警示灯会发出信号，提醒司机保持安全行驶距离，有效避免碰撞事故。

4 煤矿无轨胶轮车运行案例

4.1 该矿井的无轨胶轮车与煤层开采技术条件

4.1.1 该矿井的无轨胶轮车

第一，基本特征。某矿井中的无轨胶轮车主要包括人车、液压支架搬运车、多功能车等类型（技术参数如表 1 所示）。第二，适用条件。巷道底板坚硬度的普适系数应≥4，巷道坡度应≤10°（需满足重载条件下车辆的爬坡要求），巷道最小尺寸应为 3.65m×2.3m，巷道转弯半径应≤7m，巷道需风量应≥ 250m3·min-1。

表 1 某矿井无轨胶轮车技术参数

名称       液压支架搬运车 人车 多功能车 多功能装载车

型号            912       913      载重量/t           26                8          6 最大爬坡能力/°       14.6       14.5    15         15 空车速度/(km·h-1)      4.6       25      17         25 满载速度/(km·h-1)        3       15      4.2         5 转弯内径/m             3.1       2.95    2.83      3.45 转弯外径/m             5.9       5.41    5.55      5.20

4.1.2 该矿区煤层开采技术条件

该矿区的内部构造属于西倾单斜构造，地层倾角为 1°~3°左右，且煤系地层为中下侏罗统延安组；该矿区顶底板的岩层裂隙不发育、自然状态下的岩石强度为40~80MPa、饱和状态下的岩石强度为 10-45MPa；该矿区煤层瓦斯的气体含量相对较低，在 0.35m³/t 左右；该矿区各开采煤层的挥发分较高，爆炸的可能性相对较大；各个可采煤层当中的部分煤层属于自燃煤层，部分煤层属于不易自燃煤层。

4.2 矿井辅助运输系统设计

从该矿井的区浅埋深以及近水平煤层赋存条件来看，该矿井的开拓方式为平硐、平硐-斜井开拓，所以需要沿煤层布置水平大巷道、沿大巷条布置综采工作面，并根据无轨胶轮车的运输要求优化矿井辅助运输系统。

4.2.1 矿井辅助运输系统巷道布置

第一，选择巷道布置方式。该矿井的综采工作面巷道采用了双巷布置形式，所以需要在工作面上、下各设置一条辅助运输巷。第二，明确巷道技术参数。从大型设备运输要求以及煤层厚度来看，该矿井需要将巷道的宽度控制在 4.5~5.5m之间；将大巷以及工作面运输巷、回风巷的横向倾角控制在 0.17°以内、纵向坡度控制在 6°以内、立交横贯纵向坡度控制在 4.5°以内；将巷道的转弯半径控制在7~10m 左右；将供无轨胶轮车行驶的巷道通风量控制在500m³/min 以上；利用级别在 C18 以上的混凝土对综采工作面搬家通道以及辅助运输大巷的底板进行硬化处理。第三，完善矿井辅助运输巷道设施。从无轨胶轮车的运输要求来看，该矿井需要在矿井辅运巷道中设置通信系统与信号显示系统，并在巷道交汇处设置反光标志，从而提醒无轨胶轮车司机当前行驶区域的车辆数量以及车流方向；还需要在巷道中设置净化水幕与自动风门。

4.2.2 矿井辅助运输车辆配备

在矿井辅助运输系统中需要利用无轨胶轮车运输人员、设备、材料以及矸石，所以需要为每个开采层配备1 至 2 台人员运输车辆；为每个辅助队与采掘队各配备1 台多功能车；为每个矿井设备配备 1 台多功能装载车与 1 台洒水车；为相邻的矿井设备配备 8 台液压支架搬运车与 1 台巷道清扫车。

4.2.3 矿井辅助运输无轨胶轮车化的优势

该矿井中的无轨胶轮车具有较大的优势，例如无轨胶轮车从井上行驶到采掘工作面不需要任何的转载环节；无轨胶轮车的运输速度较快、运输量较大，不需要大量的辅助运输人员；无轨胶轮车的运营费用相对较低，例如该矿井每吨煤的辅助运输费用仅 4 元左右；无轨胶轮车的操作较为简单且具备自卸功能。

结束语

综上所述，煤矿无轨胶轮车运行调度工作，不仅是提升煤矿作业效率、降低成本的重要保障，也是推动我国煤炭事业朝绿色节能高质量发展转型的基本路径，对管理层而言，必须强化对调度管理优化的重视程度，强化新型技术的应用，为我国煤炭事业发展起到促进作用。

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