煤矿生产中无轨胶轮车安全保护措施的研究

煤矿生产中无轨胶轮车安全保护措施的研究

杨晓军

山西中煤华晋集团公司王家岭煤矿 山西省河津市 043300

摘要：煤矿辅助运输在生产过程中具有举足轻重的作用，但其智能化水平亟待提升。无轨胶轮车运输时需求的人力较少，不仅具有较强的灵活性和爬坡能力，并且还有运输速度快、运输量较多等优点，不仅能够快速完成一次运输工作，保证了工作效率，而且成本较低，节省了开支，因此被大多数矿井所应用。但无轨胶轮车在进行工作时，由于制动时间较长，会导致刹车片过热造成制动失灵，发生跑车事故，车辆失控的情况下，不仅会撞到巷道壁造成破坏，甚至会撞到员工造成人员伤亡。因此，需要设计好对无轨胶轮车发生跑车事故后的防范措施，保证生产安全进行。

关键词：煤矿生产；无轨胶轮车；安全保护

引言

煤矿井下重型设备的运输一直是煤矿企业关注的热点问题。通常采用有轨平板车来对重型设备进行运输，虽然具有极高的安全性，但是设备装卸过程非常麻烦，而且需要铺设大量铁轨。近些年来，随着采矿技术的发展，无轨胶轮车开始运用于煤矿重型设备的运输中。所谓无轨胶轮车是指具有防爆功能的重型卡车，由于不需要铺设铁轨，井下运输更加灵活。随着煤矿高产集约化开采技术的发展，辅助运输的地位也更加重要，安全、可靠、高效率的无轨胶轮车的应用，已成为矿井现代化生产的一个重要标志。无轨胶轮车的性能与其所选用的动力方式有着很大的关系。

1无轨胶轮车分类

1.1轻型车辆

轻型车辆主要用于煤矿人员和轻型物料的运输，该类车型目前主要的动力源为防爆柴油机和锂离子蓄电池，是目前保有量最大的一类车型。

1.2工程车辆

工程车辆主要用于煤矿物料的运输，主要包括辅材、砂石和水泥等，该类车型目前主要的动力源为防爆柴油机。

1.3特种车辆

特种车辆主要用于煤矿特殊作业、重型装备的运输等，该类车型目前主要的动力源为防爆柴油机和铅酸蓄电池。

2煤矿生产中无轨胶轮车安全保护措施

2.1日常维护

柴油机技术由于经历的时间长，技术相对比较成熟，在煤矿生产中得到了普遍应用。电动机技术以电池和电动机为核心。由于电池能量密度问题，一些重型设备的运输多采用柴油动力无轨胶轮车。值得注意的是，柴油动力无轨胶轮车内部结构比较复杂，需要根据使用的里程数进行定期维修和维护，而蓄电池式无轨胶轮车内部构造比较简单，不需要进行特殊保养，整个维修和维护过程比较简单。总体上看，2种驱动车辆均具有较高可靠性、低故障率特点，但蓄电池式无轨胶轮车维护工作量更小。经过统计可知，柴油动力无轨胶轮车的平均使用寿命为5~8a，平均每2a要进行1次大修，大修成本占整个车辆价值的30%左右。蓄电池式无轨胶轮车大修时间也是2a，这是由于电池的使用寿命是2a左右，如果不及时更换电池，则续航能力会出现明显下降。由于电池价格较高，蓄电池式无轨胶轮车价格是柴油动力无轨胶轮车的2~3倍。虽然蓄电池式无轨胶轮车的运行维护成本要明显低于柴油动力无轨胶轮车的运行维护成本，但是蓄电池式无轨胶轮车的综合成本要高于同类的柴油动力无轨胶轮车的综合成本。

2.2防爆柴油机

煤矿防爆柴油机也将必然和地面柴油机的发展历程趋于一致，就是不断提高排放标准，不断开发尾气净化技术。目前煤矿防爆柴油机和地面农业机械柴油机、工程机械柴油机等还是有较大差距，有很大的进步空间。防爆柴油机作为无轨胶轮车的主要动力源还将持续较长的时间。后续可以从原型机、防爆改造技术和尾气净化技术等作为抓手，不断优化。原型机将不断更新。目前的防爆电控柴油机开发还主要依靠对原型机的防爆改造实现。因此，原型机的选用非常重要，可以选择农业机械柴油机、工程机械柴油机、卡车柴油机等，保证防爆柴油机的高起步。防爆技术将不断提高。不断试验新型的隔热技术，取代双层水套隔热技术。研究新型阻火器和新型的废气处理技术，降低背压。尾气净化技术将不断应用。尾气净化技术主要分为机内净化和机外净化技术。在原型机改造过程中优化燃烧室、喷油器、单体泵、共轨等技术匹配。

2.3电源管理与控制电路设计

该系统电源采用24V直流电源，单片机等芯片需要5V电源。为了提高抗干扰能力，各个CAN通讯网络、开关量输入/输出、模拟量输入/输出等电路之间需要用光耦进行隔离，因此电源之间也需要隔离。所以设了几个不同的DC/DC电源隔离模块。增加了电源休眠模式，具体过程为：司机钥匙信号输入后，电源脱离休眠模式，系统经初始化后正常工作；当检测到司机钥匙信号消失，单片机对传动系统下电工作处理完成后，控制电源进入休眠状态，之后单片机下电并且电源保持休眠状态，当前脱离休眠状态的唯一条件为司机钥匙信号。

2.4基于改进A*和人工势场算法的无轨胶轮车井下无人驾驶路径规划

经过多年发展无人驾驶技术逐渐成熟，已经开始在地面车辆得到了广泛应用，同时也将成为解决无轨胶轮车在井下实现高效、安全、智能运输的重要途径，但与地面车辆成熟的无人驾驶技术不同，无人驾驶技术应用到井下仍存在许多问题亟待解决。针对井下人工驾驶的无轨胶轮车效率低且事故频发等问题，以无人驾驶无轨胶轮车为研究对象，通过仿真和试验开展井下路径规划方法研究。首先，通过分析比较常见路径规划算法的优缺点，分别选择采用最优性A*算法和人工势场算法作为无人驾驶无轨胶轮车全局和局部路径规划的基本算法；其次，针对全局路径规划传统A*算法搜索节点多和路径不平滑问题，分别使用指数函数加权和三次样条插值的方法对其进行改进，将改进前后算法在井下巷道内进行全局路径规划仿真，结果发现：改进后的算法搜索节点数减少了50%，在同一场景下规划路径所需时间仅为传统A*算法的20%，路径规划的效率得到了大幅度提升，生成的路径更加平滑且连续性也较好；同时，针对人工势场算法存在目标不可达、局部最优解等问题，分别引入斥力势场修正因子和出逃力并建立相对速度势场对其进行改进，对比改进前后算法在井下巷道内的局部路径规划仿真结果发现：改进后的人工势场算法可以在各种场景规划出更为合理的行车路径，安全性得到了保障；最后，利用微型无人车试验平台，按照8:1的缩比搭建模拟井下巷道环境，对无人驾驶无轨胶轮车改进前后的路径规划算法分别进行了无障碍物和有障碍物的路径跟踪试验，结果表明：基于改进A*-人工势场联合算法规划出来的路径更加合理，在8:1的缩比搭建模拟井下巷道环境中进行的无障碍物规划路径最大跟踪误差仅为3.12cm，在巷道内会车和避障时能够规划合理的行驶路径，最大偏差仅为3.53cm，能够满足无轨胶轮车井下无人驾驶要求。

结语

通过车辆自身，人为以及环境原因分析了无轨胶轮车出现的问题，并结合大量的模拟数据，结果显示如下：无轨胶轮车的合理应用，能减少很多不必要的安全问题，提高运输安全和效率。避险车道能有效防止溜车事故发生的意外伤害，但坡度达到10°以上，速度超过40km/h，避险车道需要的距离就会更长，还是有意外发生的可能性，所以要安全操作车辆尽量避免溜车事故的发生。

参考文献

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