基于智能监控的煤矿轨道运输系统优化设计研究

基于智能监控的煤矿轨道运输系统优化设计研究

王栋梁

山东唐口煤业有限公司 山东省济宁市 272000

摘要：井下作业是煤矿开采的主要方式，利用皮带和轨道运输将开采的煤炭输送至下一作业流程，是生产作业管理的重要内容，也是影响整体作业效率的关键环节。本文基于智能化技术应用，提出智能监控模式下煤矿轨道运输系统优化方案，对具体优化内容进行说明，分析智能监控系统的主要功能和实践效果，以此为同类项目建设优化提供参考。

关键词：煤矿；轨道运输；智能监控

在煤矿轨道运输系统更加复杂化背景下，要确保生产作业安全和运行效率不断提升，就必须要实现对运输系统的合理调度，确保机车运输与上下游生产作业环节有效衔接，推动运输流程组织不断优化，能耗水平不断降低，更好的满足新时期煤炭产业绿色低碳循环发展要求，推动产业整体朝向高质量方向发展。

1、煤矿轨道运输系统优化方案

某煤矿企业矿井，设计年产量为30万吨，井深410m，生产水平处于.375m，当前作业方式为单一开采方式，采用皮带运输和轨道机车辅助相结合运输方式。水平大巷内设有11辆架线机车，由地面调度室负责整体调度工作。随采掘工作不断深入，轨道机车运输任务更为繁重，作业面不断增加，给调度管理工作带来较大难度。以此为实现矿井机车运输安全、运输调度合理性。降低运输过程能耗水平，需对现有运输系统进行优化设计，构建智能监控与优化调度系统，推动调度管理工作不断优化。参照当前智能监控系统设计和煤矿轨道运输管理要求，智能监控系统整体由井下和地面两部分组成。井下系统主要包括控制主站和智能分站两部分，借助网络摄像仪和现场设备等实现数字采集功能，并利用环网交换机将信息传输至地面数据服务器。地面系统是由监控计算机对数据进行处理，在调度显示大屏中实时显示相关信息，并将调度指令发送至井下智能控制分站。通过系统的自动化运行，在实现机车精准定位基础上，在满足所有运输点运量要求前提下，实现机车数量和最短化路径，达到系统优化目的。

2、智能监控模式下煤矿轨道运输系统优化

2.1 机车运输调度优化

机车运输调度优化是轨道运输系统优化的核心内容，尤其是在矿井车场和采区、采区与采区之间距离较远情形下，能够通过智能化模式优化，提升机车设备运行效率，减少非必要机车安排，减少机车放空运行，最终达到能源时间优化控制目的，降低运行成本，提升企业经济效益[1]。机车运输调度优化可以通过建立数学模型方式进行分析，根据生产现场作业实际情况给出模型构建基本条件，以实现车辆数量最优和总运输路径最短为优化目标，给出模型约束条件，采用智能优化算法求得最优解[2]。当前智能算法不断优化背景下，该模型通常是采用蚁群算法进行求解，并通过仿真分析，确定最优化结果。

2.2 系统硬件设计

在煤矿轨道运输系统智能化优化过程中，需要选择合适的硬件设备，确保系统运行性能满足现场生产管理要求。系统硬件主要包括三个方面：（1）计算机监控设备，主要包括监控计算机、数据服务器和打印机等，便于管理人员观察和分析运行数据；（2）现场设备，主要包括直流电动转辙机、信号机、道岔指示器、语音箱及传感器等，负责采集现场信号、现场指令和操作等功能；（3）PLC控制设备，主要包括信号传输设备、继电器及触摸屏等，实现自动控制指令操作等功能。

2.3 系统网络构建

智能监控系统网络构建，首先需要完成系统电气原理设计。其中供电电路设计，通常是采用主站与分站单独供电，有效确保供电可靠性。同时还需要做好直流电动转辙机和信号机的电气设计，以确保设备稳定运行，信号准确传输。监控系统网络是确保数据通信的基本条件，通过对网络的优化，能够有效简化控制系统结构。在本矿井智能系统监控网络设计中，PLC控制主站与监控计算机之间，是采用工业以太网通讯方式；PLC控制主站与智能控制分站之间，则是采用现场总线通讯网络。通过设置不同硬件地址，能够组建控制网络组态，实现各个硬件之间的通讯，控制主站在接受到机车、转辙机等移动设备运行信息后，根据作业需求分析得出最为优化的运行方案，并对机车发出运行指令。机车设备除要具备指令解析和运行功能外，还需要具备抗干扰能力强、长期适应恶劣工作环境等性能，更好的满足生产作业要求。

2.4 监控系统软件设计

煤矿轨道运输系统各个设备运行功能的实现，是以监控软件有力配合为基础的，因此还应当做好这一部分的优化设计，确保系统整体功能实现的可靠性，监控系统软件主要包括PLC控制端和监控计算机端两个方面。PLC控制端通常是采用工程组态编程软件进行，具有开发界面友好、编程方便、在线诊断等优势，在程序编写完成后，能够通过在线监测和调试，确保系统达到智能化运行要求，提升监控系统运行水平。PLC控制程序编写主要有线性化、结构化和模块化三种方法，可以根据实际情况选择最为合适的方法[3]。出于机车运行安全考虑，需要将控制方式设定为远程集控、现场手动控制及检修作业三种模式，确保各项操作指令准确性，系统能够稳定运行。监控计算机端软件设计通常是采用WINCC工业组态软件，具有跨厂商数据通讯功能，还能够根据现场生产作业管理要求，提供警示信息、记录查询、灵活添加组件等功能。

3、智能监控系统功能及实践效果

3.1 智能监控系统主要功能

以某矿井轨道运输系统的智能监控优化为例，经过对原有系统的改造，并经井下实践验证，系统能够具备如下良好功能：（1）机车精准定位及实时显示，监控人员能够直接了解所有机车运行状态，为生产管理提供便利。（2）轨道道岔远程控制功能，借助可视化监控模式，根据生产作业要求，由系统或人工发出操作指令，实现对井下道岔状态的准确切换。（3）实时录像功能，采用24h全时段监控，采集井下现场作业情况，通过数据远程传输和保存，为后续问题分析处理提供影像依据。（4）联网管理功能，通过在地面和井下监控中心的实时监控，能够使生产管理人员更为直观清晰地分析现场生产动态，优化生产管理决策，有效提升生产安全管理水平。（5）故障排查和应急处置功能，通过对轨道、机车、电气设备的不间断监控，能够准确分析设备运行状态，在出现故障时，能够根据智能分析立即发出停止作业指令，同时在监控中心发出故障警报，以此有效提升轨道运输系统安全运行水平。（6）扩展功能，为便于系统后期改造升级，还预留部分标准化操作端口，为提升系统整体运行性能奠定基础。

3.2 实践应用效果

基于矿井轨道运输系统优化设计，在经1年实践应用后，系统能够保持良好运行状态，取得良好应用效果。通过智能监控系统的应用，轨道运输安全管理状况得以明显改善，事故发生概率明显降低，运输效率也有明显提升，取得良好安全效益。智能监控系统应用，通过远程控制和现场视频监控结合，有效提升生产人员安全责任意识、经济意识，经济效益水平不断提升。

4、结束语

煤矿轨道运输系统智能化监控系统的优化设计，已经成为未来发展的基本趋势，对于生产作业和技术人员而言，应当从实际情况出发，选择合适的优化方案，实现智能监控系统在运输环节的全面覆盖，以此能够更好的提升轨道运输安全和经济效益，为企业绿色低碳循环发展起到强有力促进作用。

参考文献

[1]吴旗开.煤矿轨道运输智能监控系统的设计及应用分析[J].机械管理开发,2022,37(10):246-247+252.

[2]宋国栋.煤矿斜井智能运输集控技术研究与应用[J].自动化与仪器仪表,2021(07):89-91.

[3]张祎杰.浅谈煤矿轨道运输智能化监控和调度系统的构建[J].内蒙古煤炭经济,2021(09):46-47.