山东能源淄矿集团陕西长武亭南煤业有限责任公司 陕西省咸阳市 713602
煤矿井下运输大巷无人驾驶电机车运输技术探究
摘要：结合矿山实际情况，在分析无人驾驶电机车运输关键技术的基础上，确定电机车运输技术方案，从电机车驱动、控制和传感器方面分析电机车运输技术方案，随后对地下无线通讯环境和无人驾驶机车运输对无线通讯的需求进行了介绍。目前该技术已在矿山生产中投运，并且被证实方案是可行的，运行效果良好。
关键词：无人驾驶电机车；运输技术；地下矿山；
1引言
地下矿山在生产过程中，运输矿石是一个非常重要的环节，目前我国常用的运输方式分为有轨运输、无轨运输以及皮带运输机运输，而有轨运输主要以电机车为牵引设备，这种有轨运输方式在运行过程中存在一些问题，由于调度系统只能指挥调度电机车不能直接控制电机车，所以在运行过程中对电机车的控制能力较差，另外受到工作原理的一些因素的影响，电机车的位置不能被准确定位，工人在操作时由于处于的环境较为复杂加上人员疲惫等其他因素，时常会发生危险事故，随着科学技术水平的不断发展，无人驾驶电机车可以很好的解决这些问题，不仅从经济效益和环境效益上有了很大的提高，对社会效益也有一定的影响。
2应用现场特征与关键技术环节
以某一矿山为研究基础，选择该矿山-875m运输巷道作为研究对象，牵引设备选择2台20T的电机车，牵引方式为前后牵引，牵引列车头尾长为80m，直流电压为550v，有两道弯，轨道宽度为900mm。
无人驾驶电机车运输技术是一项综合技术，运行过程中涵盖了变频技术、机械技术、采矿技术、无线通讯技术、计算机技术和传感器技术等多项领域，把这些技术按照不同规则分为设备系统的软硬件技术和工程技术。第一类主要分为变频拖动系统、控制技术和通讯技术等，工程技术主要分为了采矿技术和机械技术等。本文主要分析无人驾驶电机车的软硬件技术。
3电机车运输技术方案确定
3.1电机车驱动技术方案
无人驾驶电机车技术顾名思义是在无人情况下操作的，所以在无人操作的情况下，就不能结合现场实际情况来及时调整机车的位置，尤其在运行机车变速阶段，此阶段的控制直接影响到电机车的安全运行，所以在设计无人驾驶电机车技术时，一定要控制好电机车的精度。目前在电机车驱动方式中，变频器驱动就可以满足此要求，因此确定电机车驱动技术为变频驱动。
3.2电机车控制技术方案
对电机车进行控制的技术主要是在地表集中控制室用遥控来完成电机车的运输任务，这样不仅可以减轻工人的劳动强度，还可以保证电机车的安全运输，设置好运行程序，大部分时间是按照生产要求运行，个别路段采用人工操作。
3.3特殊传感器技术方案
位置和速度参数是无人驾驶电机车运行过程中的重要参数，和地面铁路运行相比，由于电机车运行的整个环境比较复杂，加上电机车本身的制造精度，所以矿用电机车的减震性能比较差，传统使用的选择编码器对电机车的位移和速度进行检测时，经过多次试验发现，该技术受到车身高振动性的影响，使用寿命很短，满足不了电机车色使用情况。经过多年的研究发现采用位移和速度传感器可以精确的检测出电机车的参数。
4通讯技术方案的确定
4.1无线通讯环境分析
试验现场的巷道截面高为3.2m，宽为3m，弯道转弯半径为60m,列车头尾不能相见，巷道地面坑洼不平，电机车本身的宽度为1.8m，高2m，电机车与巷道左右的间隙距离为0.6m左右。
根据运行试验可以发现列车无线通讯的活塞效果比较明显，在有运矿的条件下的巷道，无线通讯的有效截面缩减到空巷的1/3，通讯距离缩短到空巷通讯距离的1/3至1/2。
巷道长度对通讯距离也有一定的影响，一般在地表空旷情况下的通讯距离达到1-2km的在地下可以达到200-300m，弯道的通讯距离更短，另外无线通讯还会受到无线电波反射的影响，在井下，无线电波在无衰减的情况下就会不断的被反射，从而给无线通讯带来不良影响。
4.2无线通讯的需求分析
实现无线驾驶电机车的无线通讯必须有2条链路，1条链路为一列编组的头车和车尾之间的通讯，另外1路是连接电机车和集中控制室之间的通讯，这样可以把电机车的运行数据送到集中控制室，然后再利用集中控制室来控制电机车。
无线通讯对象一般是固定的，对于大型矿山而言，同时运行4列编组就可以满足生产需要，对于特大型矿山的编组数量也是超不过8列。每控制一台无线驾驶电机车，就决定着每一个通讯对象的数据容量，所以每一个对象的工作容量都要在控制要求的前提下，把通讯数据的容量缩到最小。为了保证电机车的运输安全，对无线通讯需要全方位覆盖。
通过将无线通讯的主站设置在集中控制室中，在巷道内铺设电缆，并连接通讯中断器，然后形成与电机车收发为一体的通讯系统，从而形成完整的通讯网络。无线通讯方案如图1所示。
图1 无线通讯方案
5结语
井下无人驾驶机车的使用可以满足矿山的新需求，本文通过结合某矿山实际情况，分析无人驾驶电机车的关键技术环节，从电机车的驱动方案、控制技术和特殊传感器方面介绍无人驾驶电机车运行技术方案，最后确定通讯技术方案，为各种矿用无人驾驶电机车的技术研究提供一些参考。
参考文献
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[3]吴和平，吴 玲，张 毅，等.井下无人采矿技术装备导航与控制关键技术[J].有色金属: 矿山部分，2007，59(6) :12-16.
论文作者:薛云志,张友群
论文发表刊物:《科技新时代》2019年9期
论文发表时间:2019/11/20
标签：电机论文; 技术论文; 无人驾驶论文; 无线通讯论文; 通讯论文; 矿山论文; 方案论文; 《科技新时代》2019年9期论文;