摘要：通过对寸草塔二矿煤矿井下辅助运输自动调度控制系统的研究，可以实现井下高效辅助运输。本文介绍了CAN总线的工作原理、井下辅助运输概系统巷道结构，设计了监测点安装、控制信号灯布置、远程监控系统。
关键词：辅助运输；控制信号；远程监控
一、设计背景及意义
近年来，煤矿自动化程度日益提高，对辅助运输的要求也逐渐增高，主要体现在安全性、实时性、可控性。矿井开拓方式的不断创新，无轨胶轮运输的使用也越来越广泛，与有轨运输相比，优越性也越来越显著，可以减少80%的运输量，运输效率可有效提高6倍以上。对于大型设备如采煤机、液压支架的运输，可以提高综采面的安装和回撤速度。
井下巷道通常较窄，且车辆本身体积较大，当车辆无序运行时，极易在十字、丁字、拐弯等各类交会路口产生堵塞甚至相撞等情况，进而造成交通瘫痪。不仅严重地影响车辆的运行效率，而且也存在较大的安全隐患。为了保障车辆的顺畅通行，减少交通事故发生，针对寸草塔二矿的实际需求，从保证辅运安全方面考虑，设置了井下辅助运输交通灯自动控制系统。煤矿井下空间有限，巷道狭窄，随着煤矿开采能力的逐渐提高，需要运送的人员、物料、设备等逐渐增多，车辆也逐渐增多。和传统运输方式相比，主要优点有:
(1)无轨胶轮车体积小，具有比较好的机动性、灵活性。
(2)拐弯半径小，具有较强的爬坡能力，更有利用井下巷道的布置。
(3)运行维护方便，易于管理，车辆使用完后可以停放在地面车场。
二、系统功能概述
根据煤矿井下辅助运输的特点设置自动调度控制系统，在地面调度指挥中心可以完成对现场车辆的实时监测和定位指挥调度，从而达到交通协调的目的，使车辆能够按照预定的行车规则行驶。解决了井下车辆会车、交叉巷道的避让等，消除了车辆运行中的隐患，提高车辆的运行效率，有效地提高了整个矿山的管理水平。系统可以实现的功能:
(1)定位与监测。实时监测井下所有运行车辆的位置信息，反映车辆的行驶方向。
(2)调度功能。根据煤矿井下特点，具体实现的功能如下:①井下车辆在行驶中，遇到巷道交叉口时，根据上坡段、下坡段和车辆的拥堵情况，自动发出红灯、绿灯等控制信号，引导车辆疏通和避让。当车辆通行后，解除对避让车辆的管制;②对车辆实施优先级管理，根据车辆的用途设置优先顺序。对于指挥车、急救车、有特殊任务的车辆，设置最高通过优先级，即在行车路线上的其他车辆要主动避让，让其通过。
(3)显示功能。在调度指挥中心的画面上可以实时显示车辆的运行位置、运行路线、交通灯状态等;在井下，实时显示交通状况，引导车辆行驶。
(4)上传与存储。将日常的交通状况、控制系统的运行情况进行存储，供网络终端查阅与浏览。
三、CAN总线工作原理
CAN总线的拓扑结构是一个典型的串行总线的结构形式。由一个节点发送信息，多个节点可在CAN总线协议中，通过非破坏性的仲裁方式实现冲突检测，当总线出现发送冲突时，通过仲裁后，原来发送的信息不会受到任何影响。仲裁判决不会破坏优先级高的报文信息内容，也不会产生时延。
总线访问冲突采用逐位仲裁的方法，通过标识符ID来解决，如果具有相同标识符ID的一个数据帧和一个远程帧同时初始化，数据帧优先于远程帧。为了实现仲裁，CAN总线协议要定义两种逻辑状态，分别是“显性位”和“隐性位”。在判别过程中，“显性位”优先于“隐性位”。CAN总线上报文的内容仅仅包括优先级标志区和需要传送的数据信息。所有节点都会接收到总线上传的报文信息，并在准确接收后做出回复。同一个报文可以发送给预设的站点或其他站点。CAN定义了四种报文格式，分别是数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。确保报文能够准确地发送、传递和接收。CAN总线协议中可以自动的检测错误信息，保证信息传送过程中的准确性和完整性。
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四、调度监控系统
4.1煤矿井下条件特殊，车辆在巷道中行驶，司机的视野比较狭窄。通过地面调度指挥中心对井下的车辆监控就显得十分必要。车辆上安装射频发射器，巷道中的检测点、检测基站和控制器共同构成了井下交通控制系统。上位机可以实时显示车辆的行驶位置、行驶方向，同时可以实时显示车辆的行驶路线和红绿灯的实时显示情况。当遇到车辆通过或会车时，通过自动调度，根据车辆的优先级进行有序通过。各部分功能介绍如下:
(1)车辆检测定位部分，包括车辆射频发射模块和接收检测模块两部分。车辆射频发射模块安装在车辆的驾驶室，接收检测模块安装在井下巷道拐弯处、巷道岔路口等处。通过发射和接收来准确确定车辆的信息，并经总线发送到上位机。
(2)网络通信部分。主要完成信息的传递，将无线采集通信部分和有线通信网络有机地联系起来，达到实时传递信息的作用。
人工干预控制部分。主要用于井下交通不正常情况，如交通阻塞、车辆发生事故等情况。调度指挥中心通过远程控制红绿灯和矿山语音广播系统来疏通交通。
(3)系统显示部分。通过软件的设计开发，在上位机上实时显示井下的车辆运行情况、红绿灯显示状况等。
(4)控制系统部分。通过合理的控制算法，实现井下自动调度系统的正常运行，合理设置红绿灯控制规则、紧急事故报警等。
4.2褶曲影响
采掘工作面接近向斜轴部或翼部时，发生冲击地压的可能性较大。各部位的受力状态有较大差异，向斜、背斜内弧的波谷和波峰部位呈现水平压应力集中，向斜、背斜外弧的波谷和波峰部位呈现拉应力集中，翼部呈现压应力集中。由于褶曲是受水平挤压形成的，褶皱区岩体内部存有残余应力和弹性能;弹性能释放也是褶皱诱发冲击地压的重要原因。
五、系统介绍
5.1巷道结构
井下由于空间有限，为了提高运输效率，行车巷道中每隔一段距离会设置一个倒车硐室(即躲避点)，主要用于当车辆会车时，与提高运输线路的运输能力，井下运输巷道中每隔一段距离需设置一个避车点，用于相互对开的车辆之间进行错车让路，相同水平运输巷道之间的相互交错形成了交叉口，避车点与交叉口运输巷道分隔成长短不一的区段，许许多多的区段、交叉口与避车点相互连接，构成了井下无轨胶轮运输的线路结构分布。井下巷道分为直线型巷道和三岔口巷道。在直线型巷道中，当车辆会车时，主要利用倒车硐室来疏通交通。三岔口巷道要充分考虑各个方向上的车辆，合理设置红绿灯规则，避免发生交通事故，提高车辆运行效率。
5.2监测点安装
系统要完成对井下胶轮车的数量和信息的采集，需要在井下安装胶轮车信息接收检测装置，来实时监测井下的车辆信息。用于检测的技术主要有:RFD检测、振动识别、图像识别等。Zigbee是一种无线通信技术，近几年来在煤矿井下得到了广泛的应用。本文采用的就是Zigbee无线通信检测技术。采用这种技术需要实现两个功能:①可以准确地检测车辆当前的确切位置;②车辆离开检测点以后，可以判断车辆的行驶方向。每辆车的驾驶室内都有一个无线发射器，即射频发射器。里面存储有车辆的类别、车牌号、当前驾驶员等信息，以无线的方式定期向外发送信息;井下巷道中安装的接收装置接收到发射的信息后，通过CAN总线将接收到的信息发送到调度系统，然后进行信息核对。以上工作完成后，经过系统设定的算法，计算后对车辆进行准确调度。
结论:
煤矿井下工作面开采时受地质构造影响较大，严重影响工作面的安全高效开采。因此，一定要在开采前对煤矿周边地质环境做详细的地质勘查，并掌握地质构造将产生的动力灾害，以为后续工作面安全生产打下坚实的基础。
参考文献
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[3]贾慧娟．浅谈地质构造对煤矿安全生产的影响[J].商情，2017，(48):224．
论文作者:李栋 何卫
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年10月上
论文发表时间:2019/6/24
标签：井下论文; 车辆论文; 巷道论文; 总线论文; 煤矿论文; 信息论文; 实时论文; 《新材料.新装饰》2018年10月上论文;