绿色节能背景下煤矿井下智能辅助运输调度系统研究

绿色节能背景下煤矿井下智能辅助运输调度系统研究摘要：煤炭产业高质量发展背景下，构建煤矿井下智能辅助运输调度系统，能够解决传统运输作业模式中效率低下、自动化程度低、能耗过大、资源浪费严重等问题本文以某采区井下智能辅助运输调度系统建设和应用为例，在明确智能绿色开采特征和原则基础上，阐述煤矿井下智能辅助运输调度系统的构建内容，分析系统构建的支撑技术用智慧煤矿建设推进背景下新型煤矿开采技术研平不断提升#井下辅助运输作为煤矿生产体系的重要为滞后加强井下智能辅助运输调度系统研究推动煤污染排放还能提高井下安全作业水平开对煤炭企业高质量发展起到促进作用#某煤矿东一采区开上部位于F1-2断层影响构造带区域地质构造复杂田煤层起伏变化大为三软特厚低透煤层开一煤层黑色半亮-半暗型鳞片状内生裂隙发育沥青光泽开以粉末状为主开采难度大井下运输协调要求高如何在实现安全运输基础上开依托智能化技术应用推动运输作业向绿色节能方向发展构建煤矿井下智能辅助运输调度系统开是生产技术革新需要关注的重点2智能绿色开采的特征和原则煤矿井下智能辅助运输调度系统是智能绿色开采体系的重要组成部分开也是煤炭产业高质量发展的重要实现路径用智能绿色开采是基于信息化、智能化和数字化技术以绿色生产为导向开优化矿井生产流程、降低采掘成本降低生产对自然生态环境影响的新型生产方式¹#相对传统生产模式而言智能绿色开采具有如下特征：①效率高根据地质结构和煤层分布特征优化采场布局实现采掘与运输作业有序衔接开通过提升采掘效率推动采煤量有效提升用②成本低通过智能化控制、防爆电动无轨胶轮车、无人驾驶等技术应用实现运输系统合理调度降低生产能源消耗降低环境污染开在确保生产安全前提下大幅降低运输费用用③可持续发展智能绿色开采体系构建能够在满足当前企业生产需求基础上优化矿区开发方案用提升环保技术应用水平开减少对周边生态环境的破坏智能绿色开采是煤炭产业发展的必然趋势要确保绿色低碳循环高质量发展目标实现在技术应用和体系构建层面应当遵循如下原则：①资源最大化利用原则开通过新型采掘设备、运输调度优化和工艺方式创新实现现有资源合理配置切实提升能源资源利用效率用②环保性原则智能绿色开采体系的运行开必须尽量减少污染排放开减少废弃物产生量开减少对井下作业及周边生态环境的影响用③经济性原则开通过新型技术合理应用提升现有可利用资源配置水平降低生产成本在确保生产安全前提下为企业带来更多的经济利益用④安全性原则新型开采模式构建和实施应以保障安全为前提要树立企业安全生产社会形象体现企业应当承担的社会责任3煤矿井下智能辅助运输调度系统构建以《煤矿智能化建设指南(2021年版)》建设要求为出发点依据智能辅助运输系统建设总体目标系统应包括物资运输管控、车辆智能调度和单机智能化等基本功能I²J曲物资运输管控系统主要包括物资编码、定位和智能导航等功能用车辆智能调度主要包括辅助运输监控和车辆智能调度等功能用单机智能化主要包括驾驶辅助系统、辅助作业机器人和无人驾驶等功能用这些功能的实现需要以对应技术、软硬件设施和运输路线的合理规划为支撑#利用UWB定位技术结合地面GIS平台实时显示井下人员和车辆运行轨迹利用井下配置定位及信息矿灯开实现人员、车辆定位与智能调度管理系统融合开构建井下车联网装置实现井下胶轮车的联网调度管理实现路口车辆管控、应急联动及紧急避险等功能3.2无轨胶轮车运输路线规划煤矿井下智能辅助运输调度系统运行的重要目的是通过合理的路线规划选择最优车辆线路规划获得距离最短或几乎无冲突的路线开降低人力成本和能源损耗用线路规划需确保车辆从初始点运动至目标点能够使车辆绕开障碍物并选择最短距离用在当前智能算法中有基于模型的全局路径规划、基于传感器的本地路径规划、行动路径规划考虑井下运输巷道布置特征本研究中选用行动路径规划方式处理用在规划时需设定设备搬运车的编号、运行速度、目的地和当前位置P运料及人员车辆的编号、运行速度、目的地和当前位置巷道内各线路的端点、各个端点处信号灯状态等参数表示方式开并利用时间响应构建智能控制系统³¹#在控制系统中给出定义开结合当前巷道线路图根据实时采集的当前车辆所在地、目的地和运行速度开快速确定车辆行驶路线用运输作业遇到信号灯时开车辆会在集合点等待或通过开直至达到目的地后该轮任务完成等待下一轮任务开始重新规划3.3基于时间响应的智能车辆调度系统运输线路规划主要是解决车辆从初始点运动至目标点的问题但在运行中所有车辆运行较复杂开要能根据所有车辆实时运行状态进行调度优化在确保车辆安全和调度准确基础上开根据无轨胶轮车到达线路端点的时间依照设定的优先级合理控制车辆出行顺序尽量提升运输系统效率用在调度系统中依据井下巷道布设情况和不同运输要求将运输线路分为n个路段在所有路段布置信号灯⁴智能调度系统根据胶轮车行驶速度和当前所处位置开调整信号灯控制方式开实现对车辆运行状态的调度控制调整到达下一端点的时间通过尽量降低车辆等待时间开优化调度3.4无轨运输车辆调度策略单纯依照时间响应进行车辆调度能够实现的优化效果还无法满足线路规划最优、运输时间最短要求导致运输系统还没有达到最优状态在运行中会出现车辆等待时间过长、运输线路空置率过高等问题用为满足车辆高效运行需求用需要对车辆调度策略进行优化曲利用井下各个定位装置的安装位置将运输线路分为相互连接的若干区段用调度系统在收到分配任务后对配送线路及包含的路段进行规划在车辆进入某一区段后开系统自动锁定该区段并向下一区段发出预占用申请#如下一区段处于未占用状态开则通过申请并进行分配如下一区段处于占用状态利用信号灯进行控制等待占用解除后再通过申请在车辆进入下一区段后上一区段的锁定自动解除等待后续车辆为满足井下复杂运输状态和运输线路高效利用需求需要在调度系统中对信号灯控制形式进行优化田便于车辆控制用信号灯设计为绿色正常通行、红色需要停车、黄色需要等待要求司机能够控制车辆运行状态或是将对应信号传输至无人驾驶系统实现对无人驾驶系统的优化控制用由于井下辅助运输巷道狭窄开在井下运输任务繁重时会出现多次会车开需要根据车辆大小、运输任务紧急性开优化信号灯布置及控制方式合理设定入井车辆停车让行策略用在直行巷道中只需利用信号灯控制单一车辆通行状态保证车辆依照控制要求进入区段或避车硐室即可51在弯道位置设置信号灯开及时、准确发出等待指令开能够规避车辆碰撞和交通事故用在交叉路口布置信号灯并结合车辆通行和硐室使用情况实现对车辆的合理调度避免拥堵提升线路通行效率3.5智能辅助驾驶模块智能辅助运输调度系统能够提升井下生产效率开降低运行能耗并减少污染排放田但在车辆行驶过程中开会受到井下复杂作业环境影响在有外部人员接近运输车辆时开出现不同形式的安全隐患用如调度系统无法及时监测到外部影响用无法在危险发生时进行提示并调整控制信号也会对运输安全产生影响卅尤其是在无人驾驶逐步应用过程中开必须配置智能辅助驾驶模块实现对驾驶作业的智能辅助用当前技术条件下智能辅助驾驶主要通过两种技术方式实现：一是人员接近预警系统利用UWB定位技术结合井下作业人员佩戴的矿灯、识别卡和标识腕等设备将识别精度控制在30cm以内实现人车/车车的安全预警开预警状态分为在中远距离进行预防警告、在近距离发出危险警示、在接近状态下停车等形式田保障现场人员安全61用碍物等信息使驾驶员在昏暗和较多粉尘作业环境下精准识别环境信息通过采集驾驶员行为数据能够监测非正常行驶状态开并发出预警开降低驾驶员劳动强度提升运输安全水平3.6智能辅助运输大数据平台智能辅助运输调度系统仅能满足车辆调度优化的基本需求，与节能减排目标要求还存在较大差距#因此，应积极推动绿色高效防爆电动车技术和作业工艺的推广，以蓄电池为动力，降低运输造成的空气和噪音污染，并利用电动车的数据采集优势，为智能辅助运输大数据平台奠定基础#大数据平台主要包括四个组成部分：①接入层，利用数据统一采集平台、定位采集平台、音视频接口平台和第三方应用接口，实现数据整合用②数据存储与应用管理层，主要包括对电池、车辆运行和车辆位置实时管理；车辆运行、故障和设备人员等方面业务管理，并能够进行故障预测和分析；系统、权限及报表的公共管理③数据分析与专家决策层，主要包括大数据决策与分析、车辆技术分析预评估、政策与技术路线评估④应用服务与表现层，主要包括信息综合展现、移动终端管理和应用等功能用4煤矿井下智能辅助运输调度系统问题及技术虽然煤矿井下智能辅助运输在生产中具有显著应用优势，对提升井下作业效率和经济效益都有促进作用，但是在运行中依然存在多方面问题用例如，多数矿井基础条件较差，装备运行环境复杂，部分新型技术在井下环境中应用难度较大，导致智能辅助运输系统部分功能难以实现用尤其是高速网络环境建设滞后，已经成为限制智能化效能发挥的关键因素车辆调度作业时，与仓储等部门协作不到位，部分异型材料运输组织混乱，车辆运行缺乏统一调配和利用，不仅导致综合运输效率低下、运输成本增加，还会导致智能决策难度加大，出现线路资源配置不合理、意外情形增加等问题用受巷道长廊效应、目标活动分散、井下信号屏蔽物较多等因素影响，智能辅助运输调度中定位系统定位精度和实时性还难以满足智能决策要求，车辆智能调度系统各项功能缺乏融合，驾驶辅助系统模块也不够健全，无人驾驶技术与源部件等方面的技术研发较为滞后，如何解决这些方面问题、提升技术支撑水平，依然是煤矿井下智能辅助运输调度系统运行亟需解决的煤矿井下智能辅助运输调度系统搭建需要技术支撑，实现各类数据全面采集和智能化处理，实现运输调度作业智能决策，并提升运输安全水平用在运行中，需重点关注如下方面技术应用：①绿色高效防爆电动车技术，针对物料运输、作业指挥、物料搬运等运输场景需求，针对井下作业安全和绿色生产要求，加强电池防爆、电池管理及运行可靠性等技术研发和应用，为智能辅助运输调度系统高效运行奠定基础用②电池快换与专业养护技术，在当前井下智能辅助运输调度系统运行中，电池更换和车辆专业维护是薄弱环节，存在效率低下、安全隐患多等问题，未来需要做好这方面技术优化用③无人驾驶及安全技术，当前煤