（电气工程专业论文）兴隆庄煤矿450“信、集、闭”系统及顺槽自动化运输系统设计研究.pdf

a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to ft h ec o a lm i n i n gt e c h n o l o g y , t h em e c h a n i z a t i o n l e v e lo fd i g g i n gh a sb e e ni m p r o v e dal o t i th a sb e e nc l o s et oo re v e nr e a c h e dt h e a d v a n c e ds t a n d a r d so ft h ed e v e l o p e dc o u n t r i e si nt h ew o r l d t h er a t eo fe x t r a c t i o nf o r c o a lh a sb e e ne l e v a t e dg r e a t l yw h i c hc a nb ec o m p a r e dt ot h o s eo fb r i t a i na n dg e r m a n h o w e v e r , t h ew o r ke f f i c i e n c yo fm o s tc o a lm i n e si no u rc o u n t r ys t i l lr e m a i n sl o wa n d b e i n gi m p r o v e ds l o w l y , o n ei m p o r t a n tr e a s o ni st h a tt h ea u x i l i a r yt r a n s p o r ts y s t e m u n d e rm i n ec a n n o ts a t i s f yt h en e e do ft h et o t a l l ym e c h a n i z e dc o a lm i n i n g s of a r , m o s t o ft h eb i gc o a lm i n e sa n dt h ec o a lm i n i n ga r e a sa d o p te l e c t r i c a lw i r i n gl o c o m o t i v e s a n dl o c o m o t i v e s 、析t l ls t o r a g eb a t t e r yr e s p e c t i v e l y g o i n gu pa n dd o w nt h em a i n l a n e w a y si nt h em i n i n ga r e a s 、l i n k i n gt h es u b s i d i a r yl a n e sa n dw o r k i n g i nt h el a n e w a y o ft h ea c t i n gs u r f a c ed e p e n do ni n s t a l l a t i o n ss u c ha sh o i s t i n gw i n c h e s 、c a rh a u l e r s 、 d r a w i n gh o i s t sa n ds oo n t r a d i t i o n a la s s i s t a n tt r a n s p o r ts y s t e mi sc o m p l e xw i t hm a n y s t e p s 、l a g g a r dt e c h n i c a le q u i p m e n t 、t o om a n yw o r k e r s ，s ot h a ti tr e s t r i c t st h ef u r t h e r i m p r o v e m e n to fl a b o re f f i c i e n c ya n ds a f er e l i a b i l i t y i nr e c e n ty e a r s 弱t h ec o a l m i n i n gt e c h n i q u ed e v e l o p ss of a s t ，m a n ys c i e n t i f i cw o r k e r si nt h i sa r e ah a v em a d ea n i n t e n s i v es t u d yi nt h ep e r s p e c t i v eo fa s s i s t a n tt r a n s p o r tm e c h a n i c a la n de l e c t r i c a l c o n t r o ls y s t e m a tt h es a m et i m e ，t h ew a yo fa s s i s t a n tt r a n s p o r ti nm i n e sa n dt h e c o n t r o lt e c h n i q u eh a v em a d es o m eg r e a tb r e a k t h r o u g h sa n dg o tm a n ya c h i e v e m e n t s t h i se s s a y , w h i c hi sm a i n l yb a s e do nt h ep r a c t i c a lc o n d i t i o n so fx i n g l o n gc o a l m i n e ，m a k e sm a n yr e s e a r c h e so nh o wt or a i s et h er a t eo fa s s i s t a n tt r a n s p o r t ，r e d u c e t h eo c c u p a n c yo fs t a f fa n dd e c r e a s et h eo c c u r r e n c eo fs e c u r ei n c i d e n t s w h a t sm o r e ， i tu s e st h em o d e mc o n t r o lt e c h n i q u et od e s i g na n dr e s e a r c ht h ep r o b l e m ss u c ha sh o w t op u ti ti n t op r a c t i c ei nt h et r a c ka n dl a n e w a yt oa p p l ye l e c t r i c a lh a u l a g et r a n s p o r t m o n i t o r e dc o n t r o ls y s t e ma n dm o b i l ev i d e od e v i c e st r a c i n ga n dm o n i t o r i n gs y s t e m ， t o g e t h e rw i mh o w t oa p p l ya u t o m a t e dt r a n s p o r tc o n t r o ls y s t e mt ol a n e w a yt r a n s p o r t t h r o u g ht h es y s t e m sr t m n i n gc o n d i t i o n si nt h ep a s ty e a r , w ec a ns e et h a ti t h a s g r e a t l yr a i s e dt h et r a n s p o r te f f i c i e n c ya n dc u td o w nt h eo c c u r r e n c eo fs e c u r ei n c i d e n t 4 山东大学硕士学位论文 t h ee l e c t r i c a lh a u l a g et r a n s p o r tm o n i t o r e dc o n t r o ls y s t e m ，t h em o b i l ev i d e od e v i c e s t r a c i n ga n dm o n i t o r i n gs y s t e ma n dt h el a n e w a ya u t o m a t e dt r a n s p o r tc o n t r o ls y s t e m h a v eb e e nw i d e l yu s e di nx i n g l o n gc o a lm i n e m o r e o v e r , w i t ht h ec o m p l e t e n e s so f t h ew h o l es y s t e m ，i tw i l lb e c o m ef o r e r u n n e ri nt h ed e v e l o p m e n to fc o a lm i n ea s s i s t a n t t r a n s p o r ts y s t e mo fo u rc o u n t r y t h a to t h e r sw o u l df o l l o w k e yw o r d s ：c o a lm i n ea s s i s t a n tt r a n s p o r ts y s t e m ，e l e c t r i c a lh a u l a g et r a n s p o r t m o n i t o r e dc o n t r o ls y s t e m ，m o b i l ev i d e od e v i c e st r a c i n ga n dm o n i t o r i n gs y s t e m ， l a n e w a ya u t o m a t e dt r a n s p o r tc o n t r o ls y s t e m 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：腰皇 日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 敝储躲越新繇毒瞅期：咩磕 1 1我国辅助运输现状分析 1 1 1 辅助运输现状分析 第一章前言 煤矿辅助运输是指煤矿生产过程中人员、材料、设备和矸石的运输。煤矿井 下辅助运输可分为有轨辅助运输和无轨辅助运输两种。 目前，我国立井煤矿的辅助运输系统除少数几个煤矿采用了柴油机胶套轮齿 轨卡轨车和无轨胶轮车等新型高效的辅助运输设备以外，大部分矿井的辅助运输 系统仍然相当落后，基本上仍停留在五、六十年代水平，运输环节多，系统复杂。 由井底车场至采区工作面，需经多次中转编列。一条顺槽就需设置多台调度绞车， 占用大量设备和劳力。据有关资料统计，我国煤矿辅助运输人员约占井下职工总 数的1 3 以上，有些矿甚至达到5 0 。综采工作面搬家，国外一般仅需l 2 周 即可完成，用工2 0 0 - 5 0 0 个，而我国煤矿传统方式需要2 5 - - 4 5 天，用工5 0 0 0 个以上。综采矿井每采百万吨煤辅助运输用1 2 0 0 , - - , 1 5 0 0 人次，是先进国家的7 1 0 倍。不仅如此，其事故率约占工伤事故总数的3 0 以上，仅次于顶板事故， 而且呈上升趋势，严重地影响了生产安全。其主要原因就是我国煤矿辅助运输系 统落后，效率太低，且不安全。近年来除了少数几个矿采用了一些新型高效的辅 助运输设备以外，大多数煤矿的辅助运输系统仍然是小绞车、小蓄电池机车等多 段分散落后的传统方式，与综采综掘等现代化系统很不相称，严重影响矿井全员 效率的提高和煤矿安全生产，与发展煤矿生产综采综掘等现代化很不适应，已经 成为制约煤炭生产发展的薄弱环节。随着当前大中型矿井的建设，矿井辅助运输 设计与选型是矿井建设的重要课题内容之一，选择合理的矿井辅助运输方式，提 高矿井辅助运输的装备水平，将直接影响到今后矿井的生产和经济效益，对确保 矿井煤炭生产产量提高，生产合理经济运行，矿井辅助运输方式起着至关重要的 作用，有极其深远的意义。 我国煤矿辅助运输机械化起步较晚，直至七十年代后期才开始这方面的研制 工作。到目前为止，我国已先后研制成功并定型生产了一些新型高效的煤矿辅助 运输设备，如柴油机单轨吊、绳牵引卡轨车、柴油机胶套轮齿轨卡轨车、无轨胶 6 山东犬学硕士学位论文 轮车以及新近研制成功的无极绳巷道连续牵引车等。有些设备如柴油机胶套轮齿 轨卡轨车、无轨胶轮车和巷道连续牵引车，在我国许多煤矿生产实践中已经得到 了推广应用，并产生了巨大的经济和社会效益。部分设备的主要技术性能也达到 了国外同类产品的国际先进水平。但总的来看，设备种类还不多，未形成系列产 品，产品质量也不稳定，某些技术性能尤其是可靠性有待进一步提高。目前除少 数几个矿井外，绝大多数煤矿尚未实现从地面或从井底车场直至采区工作面端头 不经转载的直达运输，而是分阶段运输。从井下材料、设备供应点到井下工作面 使用地点，要经过多次转载。运输效率低，事故多，占用设备和用工人数也多。 特别是采区的辅助运输机械化程度还相当低，这种状况长期未得到改变。另外， 有些关键元部件如防爆低污染柴油机还不过关，油泵、油马达等也还需要从国外 进口，提高了设备的制造成本、销售价格偏高，从而妨碍了辅助运输设备的推广 应用。 影响矿井辅助运输制约因素较多。一是前些年，我国煤炭行业不景气，煤矿 长期低位运行，煤炭市场持续疲软，不少煤矿处于停产半停产状态，企业严重亏 损，资金十分困难，有限的资金只能用于采掘支护和煤炭运输设备，以维持生产。 辅助运输设备投入较少，严重影响了矿井辅助运输发展进步。受传统思想观念的 影响，认为劳动力资源充足，价格低廉，所以宁可多用人也不发展机械化。受各 种因素影响，科研和制造单位也因资金不足，人才流失，设备老化，资金和技术 投入较少；二是辅助运输设备本身还不大完善。国产设备产品质量不稳定，故障 率高，且价格偏高，也不成系列，设计不便选用。某些产品的技术性能还有待提 高。引进产品价格高昂，备件短缺，维修服务困难，一般煤矿无力承受，某些进 口产品技术性能也不完全适合我国矿井实际情况。另外，许多煤矿辅助运输设备 的技术含量较高，如柴油机胶套轮齿轨卡车集内燃机、机械、电气和液压技术为 一体，技术难度较大。煤矿运输队伍的工人文化素质较低，一时难以掌握。影响 设备的使用、维修和推广；三是一些生产矿井，巷道断面小，底板起伏多，转弯 半径小，支护强度低，上下山坡度大等等，限制了大型现代化辅助运输设备的应 用，形成了转载多，运输环节多，系统复杂，效率低的局面。有些新建或经过技 术改造的矿井，虽然巷道断面加大了，支护情况也有所改善，但受地质条件如底 7 鼓严熏，断层多等的限制，以及巷道支护强度或建井投资的影响，仍然不能采用 新型高效的辅助运输系统。 综合我国煤矿井下无轨辅助运输设备的技术现状、研制水平和使用情况，我 们认为发展我国煤矿辅助运输机械化现代化势在必行 1 2 兴隆庄煤矿概述 兴隆庄煤矿位于山东省兖州市城南偏东，距兖州市约8 k r n 。兴隆应井田属 全隐蔽煤田，地质储量7 9 亿吨，可采储量3 8 亿吨。矿井原设计生产能力为年 产原煤3 0 0 万吨，服务年限9 7 8 7 年。1 9 7 5 年破土动工，1 9 8 1 年建成投产，为 我国第一座年产3 0 0 万吨现代化立井。所产原煤为优质动力煤，低磷、低硫，发 热量离，主要供给电场及钢厂，部分精煤销缝豳本、台湾等地。建矿初麓，主要 采煤设备、主副井提升设备、选煤设备等均进口，机械化程度达1 0 0 。经过多 次提运系统技术改造，矿井现提升能力达到7 5 0 万吨。矿井在3 5 0 、- - 4 5 0 两水平 生产，故井底车场、3 5 0 轨道大巷，- 4 5 0 轨道大巷、各轨道顺槽组成矿并主要 辅助运输系统，矿井辅助运输设备主要是国内厂家生产，担负矿井矸石、材料、 设各、入员及部分煤炭的运输。 l 。1 2 。1 - 4 5 0 辅助运输系统有关技术参数 l 、矿井瓦斯等级：低瓦斯矿井，具有煤尘强爆炸危险。 2 、运输线路长度：1 7 6 k m 。 3 、运输线路平均坡度：i = 3 o ，井底车场向各采区上坡运行，各采区向并底车 场下坡运行。 4 、直流架线机车 ( 1 ) 型号：z k 7 - 6 5 5 0 ( 2 ) 额定电压：d c 5 5 0 v 5 、蓄电池电机车 ( 王) 型号：x k 5 - 6 9 0 ( 2 ) 额定电压：8 4 v 6 、调车方式 ( 1 ) 各列车进入井底车场调车方式均为单向环形调车，矸石车等进入井底车场 3 山东大学硕士学位论文 后，均以拉车或顶车方式至副井重车线段摘钩。 ( 2 ) 从井底车场向各采区运输大巷及车场运行均以单车线，即不分轻重车线。 ( 3 ) 各采区煤车去翻笼也是单车线。 1 1 2 2 顺槽辅助运输系统有关技术参数 1 、牵引车类型 ( 1 ) 调度绞车j d 1 1 4 、2 5 、4 0 、5 5 型 ( 2 ) 回柱绞车j h 8 、1 4 、2 0 、3 0 型 ( 3 ) 连续牵引车s q 8 0 5 5 、7 5 型 2 、额定电压： a c 6 6 0 v 3 、控制电压： a c l 2 7 v 、a c 2 4 v 1 1 3 辅助运输控制系统现状分析 由于受煤炭效益的影响，我国的采掘设备有了很大的发展，但对辅助运输设 备的开发及研究资金投入很少，致使运输矛盾在很多矿井表现非常突出，辅助运 输事故频频发生。为了缓解运输矛盾，减少运输事故，我国自2 0 0 4 年起加大了 辅助运输发面的投入，生产出大量的煤矿运输设备。但这些设备的保护表现出以 下弊端。一是很多保护仅对一种设备起作用，不具有系统性；二是很多保护不具 有相互兼容性，在多台设备共同运转时存在安全隐患。为了有效地控制各种设备 的正常运行，有必要建立一套统一的保护系统。 1 1 4 本课题的主要研究内容 1 、针对我矿大巷运输量大的特点，设计研究“信、集、闭”控制系统，实 现大巷机车视频监控、机车运输集中控制、自动信号等功能，确保大巷运输安全。 2 、针对顺槽底板起伏较大的特点，研究设计连续牵引车综合保护系统，实 现连续牵引车的实时监控、速度显示、紧急停车、过卷保护等功能，实现顺槽自 动化运输。 9 第二章矿井“信、集、闭“控制系统概述及设计方法 2 1 矿井“信、集、闭 控制系统概述及作用 2 1 1 矿井“信、集、闭”控制系统概述 矿井“信、集、闭系统全称为“信号、集中、闭塞”系统。信号是指系统 发出的或调度员手动发出的批示列车运行和调车的各种指示和命令。机车司机必 须按信号指示开车，以确保运输安全和运输效率的提高。煤矿井下信号可分为视 觉信号和听觉信号两大类。视觉信号为信号机显示和紧急停车信号；听觉信号为 吹哨子或喊话等；集中是指通过各种技术手段( 包括计算机技术) 使信号、道岔 和进路按照一定程序并且满足一定条件才能运作的相互制约关系。要保证行车安 全，就必须使防护进路的信号机与进路、道岔之间发生联锁；闭塞是指用信号或 停供电的方式保证列车按照空间间隔运行的技术方法。通常是把机车运行的轨道 路线划分成若干区段，并将区段用信号机加以保护，一个区段只允许一列车占用， 并且把关联的道岔用电动转辙机监控，对机车的运行情况和设备状况进行集中采 集、联锁控制和远距离监视，它比传统的调度员电话调度，现场的信号工手动扳 动道岔，司机完全靠联系运行机车方式有了很大的改进。 2 1 2 矿井“信、集、闭 控制系统装备标准 2 1 2 1 信号机 1 、在控制范围内列车必须按规定进路运行，每条进路内只允许有一列车运行。 2 、每条进路始端设置进路信号机防护。始端相同的进路可合用一架信号机， 并用不同灯光区分所防护的各条进路。 3 、车场与线路通过能力，基本上取决于进路划分与信号机布置。进路划分应 满足车场与线路的通过能力达到平均运量的1 - 7 2 倍。 4 、下列位置应设置进路信号机 ( 1 ) 装载线或卸载线出、入口处。 ( 2 ) 主要线路交叉点。 ( 3 ) 根据通过能力计算，确定需要设置信号的地点。 l o 山东大学硕士学位论文 5 、信号机分下列两种 ( 1 ) 进路信号机一一防护列车进路用，正常显示红色灯光。 ( 2 ) 闭塞信号机一防护没有敌对进路及道岔的区段。信号机受区段控制自动 开放，正常显示绿灯。 6 、信号机显示距离应大于2 0 0 m 。因巷道弯曲等原因使信号机显示距离小于 7 0 米时，应加预告信号机。 7 、 信号机供电电压不得超过1 2 7 v 。当灯光全部熄灭时，按显示红灯对待。 8 、信号机安装在架线上方灯光显示不受影响的地方。在双轨大巷内，左侧行 车时安装在左上方，右侧行车安装在右上方。同一水平内，信号机安装位置要有 规律，便于区分辨认。 9 、信号机灯光显示意义 红灯一表示前方进路关闭，列车必须停在信号机前方，不允许用红灯或红灯闪 光做为开放进路显示。 绿灯一表示前方直线进路开通，列车以正常速度运行。 绿灯闪光一前方侧线进路开通，列车应适当减速运行；在特殊情况下可用黄灯 代替绿灯闪光。 黄灯闪光一表示机车调头或后退进路开通。 在同一水平中，每种灯光代表的意义必须统一 在同一大巷内，其它系统的灯光显示必须本系统信号机灯光显示有明显区别。 1 0 、重要位置的信号机宜设置闯红灯报警信号。 1 1 、特大型矿井中的大吨位机车或井下高速列车，有条件时可采用性能完善的 自动停车装置。 2 1 2 2 进路连锁 1 、防护进路的信号机在开放时，必须预先满足下列条件 ( 1 ) 该进路中所有电动道岔或带有密贴表示器装鼍的道岔位置正确。 ( 2 ) 与该进路敌对的进路未开放。 ( 3 ) 该进路所经过的区段空闲。 2 、下列进路为敌对进路 ( 1 ) 使用同一区段或同一部分区段的进路。 1 ( 2 ) 使用同一组道岔的进路。 ( 3 ) 同一架信号机所防护的不同进路。 3 、进路开放时，必须先锁闭敌对进路及进路内所有电动道岔，再开放信号机。 4 、进路内区段解锁可分为一次解锁与逐希解锁，如进路较长，电动道岔较多 时，应采用逐希解锁；一般采用一次解锁。 5 、进路开放列车全部通过道岔后，该电动道岔才允许解锁。 6 、列车驶入进路后，信号机应及时关闭。信号机关闭后，不经办理手续，不 得再次开放。 7 、采用进路程控或自动控制方式时，不宜过早开放信号机，应在列车接近信 号机时，再自动开放。 8 、不应采用信号机灯光轮换显示方式选择进路，以防止发生误撞进路事故。 9 、进路的最短距离应大于一列车长，且不小于制动距离再加4 0 米。 1 0 、进路应具有人工解锁功能。当列车尚未驶入信号机前方区段时，可以无条 件进行人工解锁：当列车已驶入信号机前方区段，需与司机联系后再进行人工解 锁。 2 1 2 3 转辙机及其控制电路 1 、转辙机必须运行可靠，性能完善便于维护，使用寿命长，以确保机车车辆 安全通过。 2 、道岔控制方式选择：面对道岔岔尖只有一个开通方向的道岔选用弹簧道岔 或弹簧手动道岔，有二个开通方向且需经常搬动的道岔选用电动道岔，不经常搬 的道岔选用手动道岔。在布置轨道线路时，应尽量减少电动道岔使用数量。 3 、道岔通向直线的位置为定位，通向侧线位置为反位，既不在定位又不在反 位为中间位置。 4 、集控或监控范围内的电动道岔，具有进路控制和集中单独控制两种方式。 集中单独控制方式仅在检修或特殊情况下使用，一般情况下不宜设置就地控制按 钮。 5 、转辙机采用集中单独控制方式时需有闭锁条件，防止误搬道岔而引起列车 掉道事故。 1 2 山东大学硕士学位论文 6 、电动转辙机供电方式必须采用集中供电或干线供电。 7 、转辙机应采用少线制控制电路，内部电气结构应能满足少线制控制电路的 要求。 8 、转辙机表示电路应能反映道岔定位反位状态。当尖轨与基本轨的间隙大于 或等于4 m m 时应发出故障信号。 9 、转辙机应具备挤岔功能，当挤岔时，应发报警信号。不得将挤岔做为正常 运行方式。 1 0 、电动道岔因夹矸等原因不能搬到预定位置时，应能返回原位并发出报警信 号。电动转辙机应能满足各种轨型对拉力及密贴侧压力的要求，行程在8 0 - - 1 4 0 r a m 之间可调。 1 l 、转辙机能用摇把搬动，当用摇把搬动时，自动切断控制电路。 1 2 、转辙机内应设置检修电话接线端子。 1 3 、为了安全及检修方便，转辙机应安装在壁峒内，并有足够的检修空间，也 可安装在道岔旁边。 2 1 2 4 区间闭塞 1 、在运输大巷内无分支线路上，应根据运输量设置区间闭塞装置。 2 、区间自动闭塞装置可纳入监控系统，也可自成系统。自成系统时，应将其 工作状况反映到调度模拟盘上。 3 、闭塞区间的平均长度按运量确定，使大巷通过能力等于平均运量的2 倍左 右。 4 、列车进入区间后，信号机立即关闭；列车车尾离开区间后，信号机转换为 开放显示。 5 、自动闭塞系统必须采用专线供电。 2 1 2 5 列车位置传感器 1 、列车位置传感器必须动作可靠、性能稳定，便于检修。 2 、采用辅助导线传感器取信号时，不得将架线电压引入干线电缆和调度室内， 与轨道连接的回线宜采用焊接方式或用m i o 以上螺栓固定，引下线宜用镀锌扁钢 或截面1 6 m m 2 以上钢线，在人行道一侧安装时，必须采取有效防护措施。 3 、列车位置传感器要具备以下功能 ( 1 ) 询问：设在信号机前方8 0 m 以上，向调度员发出声光询问信号。 ( 2 ) 控制进路自动开放：一般应设在信号机前8 0 m 左右。 ( 3 ) 信号机转换：机车进入信号机内方后，该信号机关闭。 ( 4 ) 区段及进路解锁：列车出区段及进路后，及时解锁。 ( 5 ) 转辙机解锁：列车离开道岔转辙机及时解锁。 4 、当利用一个传感器起多种作用时，必须在任何情况下能明确区分其作用， 不影响行车安全，不降低通过能力。 5 、传感器控制电路必须准确可靠，不允许发生错误解锁及提前解锁现象。 6 、大型监控系统应对列车位置传感器进行监督，当发生错误时能排除及报警。 2 1 2 6 模拟盘及操纵台 1 、我矿采用单元式模拟盘。 2 、控制范围内的线路以光带模拟形式反映到单元模拟盘上，显示要形象、清 晰、简单。 3 、模拟盘上应有下列显示内容 ( 1 ) 进路预办或开通显示。 ( 2 ) 列车车位显示。 ( 3 ) 室外信号机复示。 ( 4 ) 电动道岔位置显示。 ( 5 ) 各类事故报警显示。 ( 6 ) 其它显示。 4 、操纵台控制按钮应性能可靠，寿命长。用做人工解锁的重要按钮必须有机 械闭锁或电气闭锁。 5 、模拟盘上发光器件使用寿命应在1 0 0 0 小时以上，更换方便。 6 、不同类别的声光信号，应明确区分。人工切断事故音响信号后，不能影响 下次报警。 2 1 2 7 电源及电缆线路 1 、机车运输监控或集控系统应采用双回路供电，其中一回引自变电所专用回 路。 2 、系统供电电源：交流6 6 0 v ，中小系统或局部信号可采用交流1 2 7 v 。 1 4 山东大学硕上学彼论文 3 、电源装置要保证可靠断供电，对大型机车监控系统，控制电源及转辙机电 源宣采用备用电源撬件。 4 、采用微机或可编程控器系统时，宜采用抗干扰稳压电源或采取其它有效措 施，确保控制装置在井下恶劣环境中可靠工作。 2 1 。3 矿井“信、集、闭 控制系统的作用 矿井运输大巷采用“信、集、闭 系统控捌，把机车运行的轨道线路划分成若 干个区段或区间，并将区段用信号机加以防护，一个区段只准许一列列车占用， 而且还将道岔用电动转辙机控制，并将机车运行的情况和设备进行集中、联锁和 监视，对保证矿井机车运输安全、提高机车运输效率、减轻工人劳动强度、节省 人员及降低能源消耗、提高矿井信息化管理水平等方面有重要促进作用。 2 。2 针对- 4 5 0 “信、集、闭 控制系统设计采用的三种方法 2 2 1 矿井机车运输信号分析法 2 。2 。 。 信号分析 图l 为井下机车运输典型信号设计，图中共有3 个车场：井底车场c h 。设调 度室，为保证正常运输车辆的周转，每天发出列车趟数应与返回列车数量相同： c 嚣。，e 嚣。为列车去采区方向的交错车场；q 为机车轨道的路段，统称为送段区 段q 指道岔与道岔、道岔与信号机之间构成的基本路段实际区段距离短则几米 长则上百米q ，q 。，q 。为列车交错车场的占用车道，可停靠1 列车。q 协 q 秘，q 酾，q mq 啪q 。为3 方向行车的共用路段，距离短盈小于列车车长，故禁 止停靠车辆。设计上为减少系统传感器使用数量，节省输入输出点数，这些区段 不作为独立的区段处理。d ，d ：，d 。为电动道岔，纳入系统主机程序管理。x ；，x 3 ， 为车场出车信号机：x ：，毛，憨为进入车场和列车在车场交错运行控制用信号。 图1 比较复杂，这里采用区段吸收的方法，把q mq 朝，q ，q mq q m 吸收 掉因楚q ，：与q ，q 2 相关，吸收后有q ，。依此有 q i + q i 2 。q l ，q 2 + q 1 22 q 2q a + q 3 4 2 q 3 q 4 + q 3 4 2 q 4 ，q 5 + q 5 62 q 5 ，q 6 + q 6 6 2 q 6 ( 2 1 ) 1 5 图2 - i 典型运转信号 同理，q m ，q 北，q 与电动岔相关并考虑电动道岔的正位和反位正位表示直道由 “1 示；反位为侧向行车，由 0 表示以区段形式表示为 q d l = q d l ( d l o + d 2 1 ) ，q d 2 = q d 2( d 2 0 + d 3 0 ) ，q d 3 = q d 3 ( d 3 1 + d l1 ) ( 2 - 2 ) 其中，d 。，d 。分别表示电动道岔d ，反位、d 。正位，尽管3 个小区段q mq 越，q 不设置传感器，但区段q mq 把，q 。在模拟盘须有光带显示3 区段显示取决于 电动道岔及进路开放条件只要电动道岔到位以及进路开放，小区段即显示由 于弹簧道岔不受主机控制，因此图1 可简化为图2 结构。 1 6 倒二一2商化j 污s jf 自垮 山东大学硕士学位论文 简化后信号图可作为模拟盘显示图形的最简形式。由于机车是按预定划分的进路 进行，因此机车是从1 条进路进入到另l 条进路，以进路为单位向前行进。图中 1 条进路往往有若干个小区段q 组成。通常指机车运行线路上同方向2 个信号机 间的区段( 电动道岔) 之和，用“q 表示。图2 中x ，与x 。间区段组成1 条进路， 记为q 。，信号机x ，对应着前方有直向进路q 。和侧向进路q 。x 。，x 。，x 。信号机共 有6 条进路，即 x l ：o l l 2 q d 3 + q 6 2 q d ( d 3 l + d 1 1 ) + q 6 ，q l o = q d l + q 4 = q d l ( d l o + d 2 0 ) + q 4 x 3 ：q 3j = q d i + q 2 = q d l ( d l 。+ d 2 1 ) + q 2 ，q 3 0 = q d 2 + q 6 = q d 2 ( d 2 0 + d 3 0 ) + q 6( 2 3 ) x 5 ： q 5 l = q d 3 + q 2 = q d 3 ( d 3 1 + d 1 1 ) + q 2 ，q 5 0 = q d 2 + q 4 = q d 2 ( d 2 0 + d ) + q 4 结合图2 分析，x ，x 。，x 5 之间应为互相闭锁关系。1 个信号机开放，另外 2 个信号机必须闭锁，即对应4 条敌对进路( q 。，q ，q mq 翮) 不能开放。 根据x 。与x 。，x 。闭锁关系，可确定q ，。或q 。进路开放原则：当申请x ，开放 时，首先应检测敌对信号机x 。，x 。是否为红灯，红灯时表示x 。可开放，但开放 前必须将x 。，x 。锁闭，即x 。开放时不允许敌对信号机x 。，x 。开放，此时有申请信 号也无用。接检测前方进路( q 。或q 。) 是否空闲，若无车，则由程序控制搬动电 动道岔直向或侧向当开放条件均满足后，x 。由红转为绿灯，x 1 开放，同时模拟 盘q 。，或q 。进路亮黄色光带，当车头过信号机后x 1 变红灯，锁闭x 。，同时模拟 盘q 。或q 。进路亮红色光带，表示该进路被机车占用只有机车安全驶入区段 q 。，或q 4 后，才能对x 。，x 。，x ；解锁 由上述进路开放原则知，进路开放程序应由信号机x 互锁程序块、电动道岔 程序块q mq 咖q 。组成，进路控制程序流程见图3 。 进路申请来自询问传感器，判断识别进路q ，检测与该迸路敌对的信号机x d 是否关闭，应满足式( 4 ) 条件，没选中的进路应继续申请，选中的进路进入检测 前方进路中最后1 区段是否空闲。条件满足后，搬动电动道岔，其中包括：道岔 到位情况检测；到位后开放信号机x 、进路q 机车过信号机后锁闭x ，占用进 路q ，最后检测机车是否安全通进路，然后解锁信号机x 、敌对信号机) ( d 图3 进路控制流程作为进路的开放程序。 1 7 2 2 1 2 信号系统分析 幽 圈2 3 进路控制疏穗 信号系统设计包括以井底车场为中心延伸至周围采区车场的信号设计。信 号系统的控制范根据矿使用机车台数以及运输量而定。信号系统是按矿车场布局 结构以及调车方式而设计的，辅助运输与主运输用户车场结构较大区别，调车方 式也不尽相同图4 为一种辅助运输中常见的信号，吸收后有 q 72 q 7 9 + q 7 + q t s q 9 = q 7 9 + q g ( 2 4 ) l r 山东大学硕士学位论文 由于采区车场c h 4 前方无进路，这里将) 【8 信号机省略，保留区段q 。安装的传 感器，作为进路解锁信号简化后的图4 与图2 联系起来构成图5 ，作为调度模拟 盘机车位置显示图形由图5 知，信号机) ( 6 ，x ，x 。前方进路 x 8 ：q 6 1 2 q l 0 2 q l o + d 4 l ，q 6 。2 q d + q 7 2 q d 十d 4 0 + q 7 x ，：q ，1 = q 。 ( 2 - 5 ) x 9 ：q 9 1 2 q 5 c 儿 图2 4 常用信号 f h ! c h + - - 它i 车场；l = h 一难区车墒：x ，一来匹嗍车 拄翻伯号l 禹祝车鲥选来匹t 旨- g ；x 9 节焉迸 c i - | j 乍墒信号：x ，广巾潦腑方避路信号1 钆镀捆造岔鲑凰： 咖q - - 公共旺量：4 吣巾黄嚣葚：d i 电硇道缶 嘲2 5简封运输信号系统 1 9 从井底车场c h 。到采区车场c 地为l 条航程，记h ，。，机车须经q n ，诋两条进路。 q 。对应敌对信号机x 。，x 。，有4 条敌对进路见式( 3 ) ；q 对应敌对信号机x ，x 。， 有敌对迸路q 9 。，q ，。两条，共6 条而列车返回航程经h 4 。经q ，。，q 。两条迸路，有敌 对进路7 条因此每条进路对应敌对进路数量不同。从图5 分析可知，1 个信号 系统进路数量与信号机数量多少有关，即进路总数小于或等于信号机数量的2 倍若信号系统记为a ，由于信号系统由航程( 大进路) 组成，航程由进路组成， 所以有a ( h ( q 。航程程序编制方法是若干个图3 进路流程图的调的调用、组合 起来的集合 2 2 1 3 结论 1 、采用信号分析方法，对原始信号进行优化在保障机车运行安全的同时， 简化系统多余的硬件设备，调整信号位置，合理设置信号机及传感器的数量。 2 、简化控制软件程序。由于信号与敌对信号、进路与敌对进路、开放、占用、 解锁条件清楚，控制软件划分若干个通用程序块，每次调用仅改变参数程序简洁， 现场人员易学。 3 、通过分析不仅优化了信集闭监控系统的硬件，而且优化了用户控制软件最 终监控系统的成本降低。 2 2 2 进路式调车方法 2 2 2 1 车场信号设计 图1 是列车进出井底车场的咽喉要道图1 中左侧为接、发车的井底车场， 由副井车场和卸载车场组成，通常调度站就设在该车场。副井不仅接受采区来的 矸石列车而且向采区输送材料、接送人员等。岔道口( d 1 ) 是车场发车和采区来 车的必经之路，列车进出车场的咽喉。根据列车编组参数、运输数量就可计算出 列车在咽喉处通过能力，确定出信号机数量以及合理地安排传感器数量。设计上 采用了4 架信号机、4 台电动道岔、3 个机械弹簧道岔、10 个传感器以及把车 场划分成1o 个区段图1 中一些区段可以进行简化吸收，然后折算到相关区 段如l d t 至d 。，d 4 至d 。间以及7 q ，8 q ，9 q 等区段不作为独立区段，这样可 以减少传感器的数量。进路是若干个区段的组合，这些组合构成各类调车路径。 山东大学硕上学位论文 把路径与信号机、电动道岔、敌对进路联锁起来就形成完整的进路。 衄t 坑0 0 - - i= 聚区 ax 四2 6信号匿 _ r a - 号机x - 3 电动遗岔f ) _ - 传喀嚣f i 口弹簧遘丛d - i 一，r 段q 图1 中弹簧道岔不参与控制，根据信号开放原则列出图1 进路联锁见表1 衷1 鼢嘲 t a b l e1r a mi n t e r l o c k l n g 链! 在中进路由。口袁示 2 2 2 2 计算机控制程序框图 为建立以信号机x 作为输出的数学表达式，根据表1 进路联锁关系，我们可 写出信号与进路、道岔、敌对进路的逻辑关系为1 x 。= q ，q 2 q 。q t q i q e q s d 。d z 上式表明进路q 。开通，敌对进路q 。q 。q 。q ；q 。q 。必须锁闭，此外电动道岔d 。d z 同时直向开通时信号1 x 。才开放根据摩根定律对式1 x 。= q ，q 。q 。q 。q ；q 。q 。d 。d ：进行一 次逻辑“非 运算，整理后为 lx l = ( q 。+ q 2 + q 。+ q ；+ q 5 + q 6 + q 8 ) +( d 。+ d 。)( 2 6 ) 同理可写出另外7 条信号表达式，并写成矩阵式 lq 十q ：一q 1 q q 、七q 。， lq i + a ：一q 。q + q - 一q + i q q q ，十q q 。q + 一i x i 。l q + q ：+ q t + q q 、+ q i 1 - 。 ；q i q ：一q ，+ q + q ，一q 一 lq l - q q 】q + q i - q + l iq 。q 二iq t q q 。+ q 一 q q q _ q i q q 。 奄：一q t i 瓦i ( 2 7 ) 式( 7 ) 表达了输出信号逻辑“非 运算后的矩阵式为求出信号i x f ，还须再 “非 运算一次并把进路q 和道岔d 看作变量这里将式( 7 ) 整理得式( 8 ) 1 x i i l l l l i 9 j l 1 l i l 1 i l o l i l l i i l l o l o o o o o i l 臼 d 1 0 ( 2 - 8 ) 轨 玩 一 _ t 讲觑仇m + + _ 瓯矾瓯反 d 轨+ a n + 一 良度 胁 _ + a d 阢 o o，i i l 1 - ，。，零 饥嗨眈仇 l l l i l l。l o l o _ o l o l i 。_。l l 。o i l l l l l i o 一 一 一 l i l i i l o l 斛 一k x x i i i - 2 2 l 山东大学硕士学位论文 输出信号矩阵ixj 等于进路系数矩阵乘以进路变量与道岔系数矩阵乘以道岔 变量之和取“非 运算进路系数矩阵是8 阶方阵，对角线元素均为“一1 ， 表示输出进路“1 ”表示禁止输出的敌对进路；“0 ”表示进路缺项道岔系数为 8 x 4 阶矩阵，其行数是进路数8 ，列数是电动道岔总数4 ，系数元素“一1 表 示道岔直向开通；“1 表示道岔侧向开通，“0 表示道岔缺项实现进路式调车 的程序流程见下图。 运行程序前先对系统清零清除动态随机存储器中的数据。读取机车申请和 调度指令信息放人随机存储器，机车申请指自询问传感器的信息，调度指令来自 操作台按钮计算机根据指令到进路系数矩阵中选择进路，进路一旦确定则按 行元素性质进行控制行元素“一1 执行开通进路“l ”执行应闭锁的敌对进 路，同时还应闭锁敌对信号机x 。然后执行开通进路的电动道岔命令。并将道岔 反馈回来的信息与道岔系数矩阵元素进行比较，不一致说明道岔有故障，须报警； 一致时说明道岔到位最后开放进路q 和信号x 。当列车车头过信号机后，信 号机色灯转换；当列车完全通过进路q 并己安全驶入前方进路后，方可实现进路 q 和信号x 的解锁一个完整的车场由多个信号图( 图1 ) 组成因此系统控制软 件是对软件框图( 图4 ) 的调用。 厂磊。 雨 厂一。二= 二! 二一r ”“一“+ i ， l 巍咚砖i 遮，蠲墟撰1 k _ 。 | 警 l 1 0 0 0 0 0 次 具有放水，防雨功能