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煤矿井下机车运输监控系统及其发展 西安煤矿设计研究院 暴枫郝 玉贤 机车监控 系统是近 几年 利用微机控制装 置发展起来的一种信 号系统 。 与以前“ 信 、 集 、 闭 ” 系统相 比， 其控 制范 围广 ， 采 用的技术 手 段先进。控制范围包括井底车场、 线路交叉 点 、 采 区车场 、 材料车场 以及 运输大巷 。采 用 计算机控 制及遥控 技术 ， 自动化程 度和其 他 功能都有所提高 目前 ， 在 电路设计 、 产 品设 备 、 技 术标准等方面 已逐步完善 、 定型 。机车 监控 已在某些试 点矿 井投入使用 ， 并取 得较 好的 效果 ， 为今 后各矿 井全面推 广使 用创造 了条件 。 ’ 一 个性 能完善 的机车 运输监控 系统 ， 可 以有效地提高运输效率、 缩短列车运行 周期、 提高 车场 通 过能 力 ， 确 保运 输 安 全 ， 避 免 撞 头， 尾追等事故发生， 同时能方便调度 ， 加强 运输管理， 有显著经济效益。 机车 监控系统 的简单 原理 是 将运输 线 路 划分为若 干条进 路 几十 条或上百 条 t 每 条进路 始端设置 一个信 号机 ， 只允许一组 列 车在某个路进中运行 ， 当列车出清此进 路后 t 才允许另一组 列车进 入 这样就可以避免发 生尾追 撞车事故 。进路期分的越 多 ， 车场或 线路的通过 能力 就越高 。 运输繁忙 地段 ， 进 路 长度 只比一列车长 度多一 点， 这样 就能保 证 列车 以最大的密度通过运辖繁忙线路 。 进路 的控制和 闭锁 包括 电动道岔和 信 号机在内 、 进路与进路之闻闭锁和联 系， 全 部由控制系统完成 。由于所有的列车在车 场 同时运行 ， 叉没有严格的时间规律 ， 每个矿 井 的运行线 路、 调 车方 式甚 至管理方式 都有很 大差 异 ， 控 制系统必须满 足这些持点和差异 ， 才能充 分 发挥 监控系统 的作 用， 因而控 制 系 统 比较复杂 使列车 的运行与控制系统相连 系的重要 元件是列车位置 传感器 。每条进路都需要设 2 ～3个列车位置 传感器 ， 传感器一 方面用来 推动 系统 正常运转 ， 另一方面将 列车运行 的 位置 与状 况反映到调度室 内的横拟盘上 在 模拟盘上 可以看到每 台列车在线路上运 行的 实际位置 、 每架信号 机的显示 状况 、 每个 电动 遭岔开通方 向 以及 每条进 路的开放 、 关 闭及 分段解锁状 况。模拟盘上 比较 全 面地反应 了 运输系统和 控制 系统 的状况 ， 给调 度工作 和 维蝰工 作带来很大方 便。 我国煤 矿井下机车 监控 系统 包括 以前 的 信、 集 、 闭” 系统 已有二十多年发展历史， 不断完善， 最近几年有所突破。 我们西安煤矿设计院受统配煤 矿总公 司 委托 ， 近 几年 来在机车监控方 面做 了些工作 。 通过大量 的调 查 、 研 究并结 合我 们二 十多年 来从事设计研 究工作的经验 ， 编制 了两 套机 车运 输信号 系统标准设计 ， 编 制了有关 技术 标准和装备标准， 与铁道部西安信号工厂合 作研 制一整套 供煤矿使 用 的信 号产品 ， 建成 了不同类型的监控 系统试 点工程 。有继 电器 系统 白芨 沟矿 ， 有 长达 8公里的 区间 自动 闭塞控制及远距 离监视 系统 ， 有大型现代 化 矿井先进 的机车监 控系统 平顶 山八 矿 。在 进行上述大量工作中， 我们遇到并解决了很 多技 术问题 ， 促进了机车 监控 系统推 广和 发 展 。 机车监控系统 的设计应以实用 、 可靠 、 简 单 ， 便于维护为原则 。必须符合我国国情 ， 适 应每个矿井不 同的特 点。 一 】 9 一 维普资讯 机车监控系统应以保证安全和提 高运输 效率 为主要 目的 。并不是每个监控系统投 入 使 用后都能达到这个 目的 。 以前很多“ 倍、 集 、 闭 系统 。 由于设 计存 在问题 。 并 不能确保 安 全 ， 有些反而 降低 了运 输效率 。 有些 设计 。 将 大量 的精力和投 资用 于其 他辅助功 能方 面 。 不 但使系统复 杂 ， 投资过高 ， 而 且使 用效果不 佳 。 只有在满足基本 功能的原皿 f 下 ， 投资不过 高条 件下 ， 再逐 步实现各种辅助功能 ， 达到 锦 上掭花 的 目的。 目前很多工程设计 ， 正是 因为 不能正确 处理这一 问题 ， 使工程 出现 问题长 久不 能投 入使 用， 甚至通到失败 ， 这些教训应 该吸取。 应该制定技术规范和标准 ， 使机车监 控 系统 的研制与设计步走弯路 系统及 设备 的研 制必须把可靠性放在首 要地位。 目前国内煤矿使甩的各种监控系统， 太多是 “ 监” 而不。 控 ” ， 或 以“ 监 ” 为主 。 机车监 控 系统是 以“ 控 ” 为主 ， 。 监 ” 为“ 控” 服务 机车 控制 系统不停地对 几十条进路进行连续不 问 断控制 ， 以便使所有机车不停舶运转 。 煤矿大 多数集控或监控 系统 例如选煤 厂集控 、 皮带 集 中控制等 ， 当控制 系统 发生 问题 时 能 够 转为就地 控制 ． 一般不会影 响正 常生 产； 机车 监控 系统 旦发 生误动作 ． 就有 可能引起撞 车 、 尾追 事故 ， 一旦 系统停止运 转 ， 会使运输 系统瘫 痪 ， 严重 时甚至使 矿井停产 。 因而机车 监 控系统的可靠性 比对煤矿一般的监 控系统 与集中控制系统要求严格自 多 系统所采用 的控制设备． 例如 工业控制机、 继电器、 列车 位置 传感器 、 模拟 控 制 台普 ． 截 要求 非 常可 靠 。控制 电路设计是 ， 还要 一 多措施． 以 确 保万 一 系统发生故障 ， l 路 门功导 致安 全， 避 免撞车尾 追事故的发生 。 不采取任何措 施的半 导体器件在发生故 障时具有不安全国 索 ， 因为在其 内部性能变化或发 生断路 、 短路 时会引起系统误 动作 。使 用在机车监控系统 中的工业控 制徽机装 置 ． 必 须在硬 件和 软 件 上采取一 系列措旌 ， 确 保系统 的可靠 性 。 平顶 山八 矿的控 制系统经过 反复 比较 ． 选 用由 美 ～ 2 O 一 目引进 的 P C 9 8 4可编 程控制器 ， 该装置 不 但 性 能完善 ， 而且可靠 性极高 ， 无故 障工作 时间 达 3 ～5万 小时 。该 机还 有 自动检 测功 能 ， 一 旦 内部发生同题 ． 立 即进行处理并报警显示 。 在编制程 序时 ， 采用～系列措施 ． 当外部线路 或元件设 备发生故 障时 ． 系统 自动导致安 全 并报警 。 这样 。 整个 系统在可 靠性 方面 能哆满 足要求。 在近一年的井下连续使用中， 工作稳 定可靠。徽机装置 没有维 护量 。 接 口 电路 也很重 要 ， 特别是 执行 电路 中 的接 口元件 ， 必须可靠 。 有些控 制系统采 用了 一 般的 弹力式 小型继 电器 ， 成 为系统 的薄弱 环节 ， 从而 降低了整机的可靠性 。 列车 位 置 传感 器 在 系统 中 占重 要 的地 位。 在地面标准轨铁 路信号系统中 。 采用 了闭 路式轨道 电路 ， 一旦 线路、 轨道或元件发生故 障 ， 使 系统导 致 锁 闭状 况 ， 可 以避 免 撞 车事 故 目前井下所使用的列车 位置 传感器 ， 均达 不到铁路信号系统的标准， 当传感器发生误 动 作或不动 作现象 时。 均有 可能造成 运行 事 故 。 平 顶 山八矿机 车监控 系统 中。 我们充分利 用微机的功能 ． 在 程序编制 中采取 了一系 列 措施， 从外部条件改善了传感器的功能， 基本 上可 以避免 由于传感器的误动作或 不动 作而 产生 的危 险后果 。 继 电器控制 系统 ． 目前 还无 法做到 这一点。 前几年 ， 国内研制 了大 量 的工 业控制 机 用于系统控制或单 机 自动化控 制 ． 撮近几 年 ． 逐渐被 由国外 引进舸可编程控制器 代替 。例 如新设计 的煤 矿选煤 厂等 复 杂控制 系统 ． 几 乎全部采 用可编程控制器装置 。国内研制 的 工业控制机 ， 可靠性 、 功 能、 工 艺水平及 编程 方法简单等 方面 ， 均达 不到 引进 的 可编程控 制器所具有的水平 。 这种引进产品侨格较贵 ． 希望今后有性 能相似 的国产 机型取代这些引 进 产品 。 以前有 很多“ 信集 团” 工程 ， 由于产 品质 量与设计方面的问题 。 使用效果不够好。 最近 几年 ． 我 们在 系统设计方 面进 行 了长期 的调 维普资讯 查和 研究 ， 摸索 出一定的规律和经验 ， 我们所 设 计 的 几 套 系统 ， 除 了 能 确 保运 输 安 全 、 杜 绝 撞车 和尾迫事 故以外 ， 在 提高运 输效率 和取 得经 济效益方 面 ， 也取得了较好 的效 果 。 越是 运输 繁忙 、 列车数量多的矿井 ， 其效益越是显 著 平顶 山八矿年 产量 2 ,t 0万 吨 ， 运输 大巷 全都采 用机车运煤 ， 共有 2 0辆 l 4吨架 线式 电机 车 ， 煤车 1 5列 ． 使用机车监 控系统以前 ． 安 全得不到保证 ， 每年 撞车 、 碰 头二 十 多起 ． 占运 输事 故 3 5 ％以 上 ， 尾追 事 故 也 时有 发 生 ， 造成重大经济损失 。由于运 输量 大 ， 运输 效率低 ， 因运 输故障及 线路不 畅等原 因使机 车不 能及时运煤而造成 的采 区停产事故每 月 平均长达 5 0 小时 ， 制约了生产 的发展 。 监控 系统投入运行 以后 ， 所有 道岔 自动 转换 ， 不需司机停车或减速 等待 搬动道 岔 。 在 弯道 和线路交 叉点 ， 也不需要 司机停车 或减 速进行取 系． 担 心撞车 列车按照调度 员预先 排列 的进路全速行驶 ， 因而 加快 了机 车速 度 ． 缩 短了列车的运行 间隔 ， 加速 了机车及 车辆 周转 。据矿方提 供的资料。机车监控系统投 入 运行以后 ， 减步 2 ～3列车 煤车 ， 运煤列 车 循环作 业时间 由原来的四十分 钟 ， 减少到 二 十多分钟 ， 总的运输 效率 提高 3 O 以上 。节 电效果也十分显著， 由于减少列车 度用数量 ． 减少 了停车起 动加速 的次数 ， 每年约节 省 电 能 5 O多万度 综合上述各种因素 ， 每年节约 及增产的经 济效益达 7 0万元左右 ， 即一年多 的时 间可 以收 回全都 工 程投 资 ， 经济效益 十 分可观 。 目前 中国统配煤矿总公司十分重 视机 车 监控系统的推广和应用， 采取一 系列的措施 促进其提高和发展 。可以设想 ． 今后几年 ． 机 车监 控系统将进入新的发展高潮 。 干 I l 用可 编程控 制 器 组成 的机 车 监 控 系 统 ． 可以很方 便地实现运输调度全盘 自动化 控制 系统 根据 各采 区装车站煤仓 煤位 高低 ， 自动排 控制发往 各装车站 的运 煤 车 根 据 各矸石装 车， 及 材料车场地 需求 信号 ， 自动 排列出发往 各矸石装 载点 及材 料装卸点 的列 车 ． 使整个调腰全盘 自动化 ， 不 需要调度 员参 与调 度与控制 。 实现调度全盘 自动化 ， 目前存 在一 定困难 ， 主要阿题是 适合 采 区煤 仓使 用 的连续式煤位信号尚未研制成功 ， 特别是直 接参与控 制 的煤位信号 ， 对可 靠性及 准确性 有 较高 的要 求 。另外煤矿 的管理水平现在也 不能完全满足要求 。矸石和材料列车规律性 不强 ． 随意性较大 ， 这 些因素影 响实现调度 自 动化 在平八矿 已经实现 了程序控制 ． 只要 调 度员预先给 出发往某个采 区的程 控命 令 ， 由 井底车场 至该采 区的运输 线路上 所有进 路 ， 在列车运 行过 程中 ， 按顺序 自动开放 ， 实现 了 列车程序控制， 使 自动化程度有所提高。 在机车监控 系统和运输调度 全盘 自动 化 的基础上 ． 利 用国 内的技 术和装 备 可以实现 列车无人驾驶 在 机车监 控系统的基础上 ． 实 现列车无 人驾驶 ． 需要 解决三 个主要 技术 问 题 ， 列 车装载 自动化 ， 机车速 度 自动控 制 ， 监 控系统与机车控制 系统之 间信息传递 利用可 以控制给煤 量的 给煤 机 ． 配 合 由 测重元件组 成 的定量装置 ， 完 成矿车 定量装 载 ． 再利 用机 车 速度 自动控 制装 置实现 机车 装卸 定点运行控制 ， 以完成机车 自动装载 八 十年代初瑞典 A S E A公 司研制 的机车无人驾 驶系统 ， 装 卸部 分是利 用工 业 电视配合 计算 机 实现远距离 遥控 ， 尚未完 全 实际装载 自动 化 我国煤矿选煤 厂的 自动装车控制 系统 ， 已 实现了装车 自动化 ， 因而采 用上 述方 案进 行 研 制， 可 以实现列车 自动装载 。 我 国现在 已有 供井下使用的机车 脉冲调 速装置 ， 但尚无列车速度 自动控制装置 机车 的速度控制已不存在技术方面的困难， 直流 电机的速度调节， 以及中等容量交流笼型电 机的速度调节 ， 技术上 已很成熟 。 可 以使机车 按 照给 定速 度或给定的速 度图运行 ． 因而井 下机车速度 自动控制能够实现 。 在监控系统 中， 司机完全按照信号机显 一 2I 一 维普资讯 钢轨罐道固定方法 的改进 铜川 矿务局 费恩范 铜 川矿 务 局李 家塔 煤矿 立 主井于 1 9 6 0 年 投产 ， 设计提 升能力 每年 6 0万 吨， 采 用一 吨矿车单 层双车普通 罐笼提 升 ， 罐道 为端 式 部 置 的 3 8 1／ m钢 轨 ， 以双 斜面 对 抱式 罐 道 卡子固定。 维护及运行实践证 明 这 种罐道 固 定方 式 ， 安装 更换 困难 ， 罐 道卡 子 易 松动 滑 脱 ， 罐道卡子及螵栓消耗 量大 ， 为克服上 述弊 端 ， 于 1 9 6 8年 第一冼更 换罐道 时 ， 将 固定 方 式改为螵栓直接 固定 ， 取得了较好 的技 术、 经 济效果 。 一 、原罐道固定方式 1 ．结构 原罐道 采用传统通用 的对抱式 罐道卡 子 固定 图 1 。罐道 梁的上下方 均有一对卡 子 卡子的内槽 侧面 的斜度与罐道轨基 的斜度一 一 L ／ 一 圃 l I ～ l _ _ 日 [ f 3 ／ j 一 几 图 1 改进 前 固定方式 1 一瞄道卡， 2 一薯遭粱 F 3 一曲罐道 F { 一瞄道 示运行 。 例如信号机显示红灯 ， 要求 机车停 在 信号机前 显示绿灯 表明前方区段空 间， 可 以 全速运 行 显示黄灯表 明前方要进 入弯道 ， 要 减速运行 。 实现机车无人驾驶 ， 需要将这些 控 制列车运行速度 的灯光 信号反映到 机车控 制 系统中去 ， 变为速度给定信号 ， 使机车在运行 过 程中完成 加速 、 减速 、 快速 、 慢速 、 缓停 、 急 停等操纵。将机车速度控制信号反映到机车 上的信息传递装置在地面铁路信号系统中已 有 成套产 品 ， 其 原理 是利 用无线 电接 收与发 射装置将控制命令传递到机车上。煤矿井下 司控道 岔装置也是利用无 线电发射与接收装 置， 但该装置 的可靠性 ， 严密性及信息容量尚 不能满足要求。研制适合需要的信息传递装 置 也不存在技术 方面 的困难 ， 而且 有很 多不 同的方 案 。 解 决了上述三个 方面 的技术 问题 ， 基 本 一 2 2 一 上可 以实现列车无 人驾驶 。 实现这一 目标 ， 还 有 一些其他 问题 要解决 ， 例如 机车 、 车辆 、 轨 道 等有 关设施 需按要求进 行改造 ， 牵 扯的 问 题较多 ， 这些 问题也是能够解决的 。 从 目前 来看 ， 机车无 人驾驶 不一 定适 合 我 国国情 ， 特别是煤 矿现有条 件 ， 更难以满足 这种高度 自动化的要求 ， 但是 应该看到 ， 我国 煤矿机 械化及 自动 化水 平提高 很快 ， 最近 几 年 ， 不步矿井装备标准 已逐步 达到先进水平 。 特别是 高产高效工 作面的试点 ， 将 使煤矿 效 率大大提高 。我院所承担设计的黄陵煤矿 及 大 柳 塔煤矿 ， 每工 效 率要求 达到 1 0吨至 1 5 吨 。 这必然相应要求提高矿井 的 自动化水平 。 可 以预期 ， 随着我 国煤矿 机械 化水 平和 效率 的提 高 ， 对于 机车监控 系统提 出更 高 的 要求， 包括无人驾驶系统的研制， 不应再是遥 远 的将来 。 维普资讯