大红山铁矿智能化有轨运输系统的研究与应用

大红山铁矿智能化有轨运输系统的研究与应用

尹业华

云南昆钢电子信息科技有限公司 云南 安宁 650302

[摘 要] 本文研究大红山铁矿180m水平有轨运输系统各种设备智能化改造，实现电机车无人自动驾驶及远程装矿、自动卸矿，可有效减少了井下作业人数，同时提高了电机车台时效率，提升矿山井下本质安全管理工作，确保矿业公司安全生产工作健康稳步发展，不仅积极响应了国家应急管理部下发的“机械化换人、自动化减人”相关通知要求，同时也为矿业公司的数字化转型、智慧矿山建设提供支撑和保障。

[关键词] 大红山铁矿；有轨运输；智能化；无人驾驶

一、背景简介

大红山铁矿隶属昆钢集团，矿区二期180m水平有轨运输在地下530m深处，目前采用信集闭系统，对运输线上的五列列车进行实时监控，存在车辆人工调度、溜井人工调节匹配、电机车运行指挥、人工放矿多溜井穿插调整等多个环节，受人为和通讯因素影响大，因各工种间配合问题存在生产效率低下、不安全因素多等问题，另外矿井下温度高、灰尘大，有落石伤人风险，整体环境较恶劣，仅有固定点具备有线电话通信，人与人之间沟通不便，安全管理难度大，安全风险高，因此有必要对其进行研究及智能化改造。

二、智能化有轨运输系统总体架构

本系统由智能监控中心、智能调度信息系统、机车控制系统、远程装矿系统、轨道控制系统、视频监控系统、卸矿及辅助控制系统、门禁系统、通信网络系统等部分组成，其中智能监控中心和智能调度信息系统位于地表，通信网络系统负责地上与地下各子系统的数据传输连接，其它子系统位于地底下530m深处。

三、各分子系统的研究与改造

（一）智能监控中心和智能调度信息系统

智能化有轨运输系统监控中心设置在710平台井口智能管控中心，操作平台配置远程遥控操作键盘、操作电脑、显示器，操作台能够监控各子系统运行状态及故障等信息，当机车按计划路径行驶时提前自动切换视频监控画面，整个控制台通过嵌入式控制系统与井下装矿控制和电机车自动控制系统进行有线和无线的网络连接，形成统一的控制网络，在此网络上进行数据和控制指令的交互。

（二）机车控制系统

机车车载控制单元为本系统的硬件控制核心，其主要包括机车无人驾驶控制器、wifi移动通信终端、激光雷达、RFID读卡器、信号采集模块、里程计等。车载控制单元实现机车直接控制，通过对变频器的控制进行加、减速控制；通过wifi与地面控制中心进行数据传输；车上摄像头通过车载无线AP传到地面；电机车安装防碰撞检测激光扫描仪，通过激光扫描仪实现巷道实时状况扫描，在巷道坍塌或者落石时及时停车，防止二次事故发生；通过安装在电机车轮轴上的旋转编码器，记录机车行驶里程，作为监控操作平台上电子地图里对机车定位的基础；通过电机车运行轨道沿线的RFID标签以及安装在电机车上的标签识别机装置对电机车在巷道内的位置定位。为确保电机车控制系统的完整性，电机车车载控制运行单元应具备普通电机车全部的操作功能和机车运行信息的显示功能，包含自动驾驶与人工本地手动驾驶两种工作模式。地面监控中心也可以通过相关通讯协议实时读出机车运行参数，远程控制器可对控制单元控制电机车启动、停止、前进、后退、加速、减速、制动状态等功能进行控制。

为实现电机车远程遥控及自动无人驾驶，需要对电机车进行机械和自动化的改造，其中自动驾驶所有控制动作都要有动作反馈信息（受电弓降到位、气制动到位、低气压检测、手自动切换）反馈给自动控制驾驶系统。受电弓改造要求：现有受电弓为手拉绳式受电弓，受电弓改造要拆除现有受电弓，更换可以通过气控升降受电弓，脱扣装置配置电动和气动，同时需要人工驾驶时，不改变原有人工升降受电弓方式，同时需要检测受电弓到位的状态。在电机车驾驶室操作盘上增加升降弓手动控制按钮，升降弓改造满足无人驾驶要求，稳定可靠运行。气路及气缸改造：将驻车制动改造成排气制动，将制动气缸改造成具备排气与压气制动功能气缸，通过电磁阀控制制动气缸及双管路系统（包括人工脚踏阀气制动、人工鸣笛、自动驾驶气制动、自动驾驶鸣笛、自动驾驶升降弓），机车断电情况下，机车处于排气制动状态，通过控制电磁阀实现机车的缓解与气制动。电气改造：对电机车加装双编码器速度检测、供电电压检测、电机电流检测等装置，电机车上安装蓄电池，来防止由于滑线停电、电机车过溜井和防水闸门、交叉线路降弓时造成的停电，影响系统稳定。

对现有5台电机车进行升级改造，需满足自动控制调速的需求，改造后应满足相关行业标准的要求。

3. 远程遥控装矿系统

本系统分为远程遥控装矿和现场手动装矿两种模式，现场自由切换。对31个已经实现电动装矿点进行电气远程控制系统改造，增加装矿控制单元，与已配置的电气控制柜进行硬接线控制，装矿控制单元接入控制环网，在地面上实现远程遥控装矿操作。未包含9个未实现电动装矿点进行振动装矿机及电气控制改造，具备电气控制功能后增加自动化控制系统及功能，实现远程遥控装矿。装矿点电气改造：现场电气控制柜内配置空开、接触器、中间继电器等电气设备元器件，电器柜通过硬接线，接受来自装矿控制单元主控板发出的装矿控制指令，驱动现场装矿电振机自动装矿，对振机电机保护的加装热继电器，防止电机被烧坏。现场电气控制柜柜门上配置远程/就地转换开关，实现远程自动装矿和现场就地操作装矿切换功能。

四、达到的效果

目前，通过前期研发和施工，大红山铁矿二期180m水平有轨运输平台已覆盖了wifi网络，五台机车也已智能化改造了一台，轨道上已安装布置了定位标签，道岔控制和装矿溜井也安装了部分摄像头，并且以东沿脉、西沿脉、2号川脉和3号卸载站为一个环线进行无人驾驶试车试验，全程除装矿环节需要人工干预外，其它均由机车自主行走完成，系统研究及实验取得了成功。今后系统全部实施完成后，井下180平台将不再需要工人现场操作，预计可减少一线工人18人以上，可有效缓解矿井下落石伤人风险，整体环境职业病高发风险，为公司智能矿山建设打下良好基础。

五、结语

矿山的安全生产风险较大，这是世界性难题，当前全国每年矿山企业的工伤工亡事故频发，对矿工生命安全和相关企业的正常生产造成了严重的影响，相关事故往往会造成特别重大的经济损失，甚至会导致矿山企业倒闭，形成较坏的社会影响。

实施有轨运输系统智能化，将机车改造为无人驾驶，可将一线矿工由井下移到地表作业，改善了岗位工作环境，有效减少了井下作业人数，人在地表遥控生产，不用下井交接班，增加了有效生产时间，提高了电机车台时效率，让机车运输能力得到更大发挥，提高了产量，同时还有效防止了机车运输过程中的人员伤亡事故，降低职业病发生概率，提高矿山本质安全。

参考文献

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