井下運(yùn)輸設(shè)備智能化升級(jí)路徑與關(guān)鍵技術(shù)研究

在地下開采的整個(gè)流程中，運(yùn)輸系統(tǒng)需將開采出來的礦石運(yùn)到地面，再把設(shè)備、材料送到井下作業(yè)面，其運(yùn)轉(zhuǎn)效率，可直接影響整個(gè)礦山的生產(chǎn)效益。在很多礦山生產(chǎn)中，依然采用傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式，而且井下環(huán)境復(fù)雜，潮濕、多塵，信號(hào)穩(wěn)定性差，傳統(tǒng)運(yùn)輸方式在安全保障、自動(dòng)調(diào)度和信息整合方面的短板越來越明顯。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，智能化技術(shù)能夠?yàn)樾袠I(yè)帶來轉(zhuǎn)機(jī)，利用人工智能技術(shù)，可分析數(shù)據(jù)、預(yù)判故障，提升井下運(yùn)輸設(shè)備的智能化水平，促進(jìn)礦山轉(zhuǎn)型發(fā)展。

一、智能化技術(shù)對(duì)井下運(yùn)輸?shù)挠绊?/p>

近年來，傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展迅速，信息處理速度加快，海量數(shù)據(jù)可高速分析完成；自動(dòng)控制從“簡(jiǎn)單開關(guān)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬珳?zhǔn)調(diào)節(jié)”。在智能技術(shù)的推動(dòng)下，井下運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化和智能化的改變?cè)絹碓矫黠@。

在運(yùn)輸裝備層面，嵌入高精度傳感器和控制單元，能夠?qū)\(yùn)輸車輛、軌道系統(tǒng)以及提升設(shè)備運(yùn)行過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。采用定位系統(tǒng)與路徑規(guī)劃算法，可對(duì)車輛在復(fù)雜巷道環(huán)境中的行駛過程進(jìn)行精準(zhǔn)控制。引入自動(dòng)避障與智能調(diào)速功能，使得運(yùn)輸設(shè)備在高負(fù)荷運(yùn)行下仍能保持平穩(wěn)與高效。

在井下運(yùn)輸環(huán)節(jié)控制方面，也可利用智能高技術(shù)，對(duì)運(yùn)輸需求、運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境條件進(jìn)行全面細(xì)致的分析，據(jù)此確定最優(yōu)運(yùn)輸路徑，提高運(yùn)輸效率，減少能耗損失。通過充分利用無線通信和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在數(shù)據(jù)交互方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸管理過程可視化控制，便于結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)井下運(yùn)輸方案進(jìn)行調(diào)控。

井下運(yùn)輸環(huán)境中總有各種不確定因素，比如，設(shè)備突然出現(xiàn)異常振動(dòng)、溫度過高，或者軌道狀態(tài)異常，智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就能提前發(fā)出警示，而且能聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)做應(yīng)急處理，避免事故往更嚴(yán)重的方向發(fā)展。另外，用基于人工智能的模式識(shí)別方法，能快速判斷運(yùn)輸過程中的異常行為，讓應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的速度變快。

隨著智能化技術(shù)用得越來越深，井下運(yùn)輸也逐漸顯現(xiàn)出無人化、集群化的發(fā)展趨勢(shì)。自動(dòng)駕駛運(yùn)輸車輛和智能調(diào)度系統(tǒng)配合著運(yùn)行，可減少人力投入，為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期、連續(xù)化運(yùn)輸提供技術(shù)支持[1]。

二、智能化技術(shù)在井下運(yùn)輸設(shè)備的應(yīng)用策略

（一）物聯(lián)感知技術(shù)

為了使智能化在井下運(yùn)輸中真正發(fā)揮作用，第一步搭建“感知網(wǎng)絡(luò)”。比如，在運(yùn)輸車輛上，安裝高清攝像頭，查看周圍是否有障礙物，安裝振動(dòng)傳感器測(cè)車輪和電機(jī)的狀態(tài)，安裝溫濕度傳感器看車廂里的環(huán)境；在軌道交匯區(qū)域，安裝位移傳感器查看軌道是否發(fā)生變形；在提升機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備上，安裝電流、電壓傳感器看動(dòng)力。

數(shù)據(jù)傳輸也十分關(guān)鍵。井下信號(hào)比較差，普通的Wi-Fi不穩(wěn)定，因此，一般會(huì)用工業(yè)以太網(wǎng)連主要設(shè)備，再配合5G或者低功耗的無線專網(wǎng)，使得傳感器的數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)傳到后臺(tái)。對(duì)于所有數(shù)據(jù)，不能直接發(fā)送至控制中心，避免中心處理卡頓。因此，會(huì)在井下安裝邊緣網(wǎng)關(guān)，對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理：比如傳感器偶爾會(huì)傳錯(cuò)數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)能刪掉錯(cuò)誤數(shù)據(jù)；再將有用的數(shù)據(jù)整合，既能保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，而且能讓傳輸更高效，減輕控制中心的負(fù)擔(dān)。

數(shù)據(jù)傳到上層平臺(tái)后，需采用監(jiān)控和分析系統(tǒng)。比如用圖像識(shí)別技術(shù)，能從攝像頭拍的畫面中查看出礦車是否有偏軌、軌道上是否有雜物；分析振動(dòng)數(shù)據(jù)，如果振動(dòng)頻率異常，可能是軸承磨損；查看溫升數(shù)據(jù)，能判斷剎車異常。

大數(shù)據(jù)平臺(tái)還能將現(xiàn)在的數(shù)據(jù)與以往的數(shù)據(jù)對(duì)比。比如，某臺(tái)絞車，以前運(yùn)行時(shí)溫度最高到60℃，現(xiàn)在才運(yùn)行半小時(shí)就到了70℃，系統(tǒng)能判斷可能有故障，提前提醒維修。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超出安全范圍，比如瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，或者礦車偏離軌道，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)警，不僅在監(jiān)控中心的屏幕上亮紅燈，而且給調(diào)度員、安全員發(fā)短信、推消息。

報(bào)警之后，系統(tǒng)依據(jù)安全預(yù)案處理。比如，瓦斯超標(biāo)，立即使附近的礦車停下來，切斷該區(qū)域的電源，同時(shí)打開通風(fēng)設(shè)備；如果礦車有故障，會(huì)使其開到旁邊的備用軌道上，避免影響其他車輛通行。而且物聯(lián)感知技術(shù)還能為調(diào)度提供便利，比如分析哪段軌道容易出故障，可提前安排檢修。

安全方面，可在井下巷道中安裝防跑車裝置，保證礦車運(yùn)輸安全；在關(guān)鍵路口安裝安全護(hù)欄、報(bào)警器；所有車輛都需有緊急制動(dòng)按鈕，無論是系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)，還是工人手動(dòng)按，都能立即停車。另外，還需定期演練[2]。

（二）智能監(jiān)控系統(tǒng)

智能監(jiān)控系統(tǒng)能把所有信息整合起來，幫助判斷、做決策，是實(shí)現(xiàn)智能化和高效化的核心。

該系統(tǒng)為分層設(shè)計(jì)，條理清楚。最下面是設(shè)備層，即井下傳感器、攝像頭、執(zhí)行器等，傳感器負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，比如測(cè)溫度、拍畫面；執(zhí)行器可發(fā)揮執(zhí)行作用，比如接收指令剎車、調(diào)速。往上是區(qū)域?qū)?，比如，將井下分成東翼、西翼兩個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域裝一個(gè)區(qū)域控制箱，對(duì)該區(qū)域的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。

再往上是控制層，這一層是“調(diào)度中心”，負(fù)責(zé)給設(shè)備發(fā)指令。然后是管理層，負(fù)責(zé)對(duì)井下作業(yè)人員與資源進(jìn)行管理。

各層之間能順暢通信，一般會(huì)用工業(yè)以太網(wǎng)連接控制層、管理層和決策層，設(shè)備層和區(qū)域?qū)又g用現(xiàn)場(chǎng)總線。從設(shè)備層采集數(shù)據(jù)，到區(qū)域?qū)宇A(yù)處理，再到控制層調(diào)度，最后到管理層和決策層分析，可形成一條完整的信息鏈。

所有采集到的數(shù)據(jù)會(huì)通過高速網(wǎng)絡(luò)傳到監(jiān)控中心，之后還要經(jīng)過清洗、校驗(yàn)和數(shù)據(jù)融合等環(huán)節(jié)，保證信息的準(zhǔn)確性和完整性，最后在此基礎(chǔ)上生成完整的運(yùn)行態(tài)勢(shì)圖。

分析與預(yù)警方面，監(jiān)控系統(tǒng)主要靠大數(shù)據(jù)和人工智能模型，對(duì)采集到的信息做趨勢(shì)分析和模式識(shí)別。比如，用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法，能預(yù)測(cè)設(shè)備的使用壽命，而且能檢測(cè)出環(huán)境變化中的異常情況。一旦系統(tǒng)識(shí)別出潛在風(fēng)險(xiǎn)，則會(huì)在監(jiān)控中心的大屏和圖形化界面上直觀地顯示出來，而且通過短信、郵件、移動(dòng)端推送等方式，立即通知到相關(guān)人員。

（三）遠(yuǎn)程控制技術(shù)

1.架構(gòu)優(yōu)化與設(shè)備體系構(gòu)建

為了使遠(yuǎn)程控制技術(shù)在井下運(yùn)輸中發(fā)揮重要作用，需創(chuàng)建科學(xué)合理的遠(yuǎn)程控制架構(gòu)，密切監(jiān)測(cè)井下的情況，而且能快速發(fā)指令。這套架構(gòu)將遠(yuǎn)程控制中心、穩(wěn)當(dāng)?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)、井下的感知設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備充分結(jié)合。

在井下設(shè)備方面，現(xiàn)在的礦車、絞車等運(yùn)輸裝備，需安裝能遠(yuǎn)程操控的傳感器，測(cè)位置的GPS模塊、測(cè)電機(jī)溫度的熱電偶、測(cè)車身振動(dòng)的加速度傳感器，而且還需安裝高清攝像頭，實(shí)時(shí)傳輸周圍的畫面。升級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，比如剎車系統(tǒng)要改成電子控制的，遠(yuǎn)程發(fā)出“停車”指令幾秒鐘內(nèi)就能剎?。徽{(diào)速也需實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整。以上所有設(shè)備都需連到同一個(gè)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)上。平臺(tái)的屏幕上可展示出關(guān)鍵信息，如果出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)不僅能報(bào)警，而且可快速應(yīng)對(duì)處理[3]。

三、結(jié)語

綜上所述，本文對(duì)井下運(yùn)輸設(shè)備智能化升級(jí)路徑與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)探究。我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，各行各業(yè)礦產(chǎn)資源需求量顯著增加，在煤礦資源開采中，井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，運(yùn)輸難度大，在智能化時(shí)代，可將各類高新技術(shù)推廣應(yīng)用于井下運(yùn)輸設(shè)備管控方面，因此，井下運(yùn)輸設(shè)備智能化，是整個(gè)行業(yè)裝備技術(shù)更新的必然趨勢(shì)，是推動(dòng)礦山往現(xiàn)代化、智能化、綠色化方向走的關(guān)鍵一步。通過結(jié)合實(shí)際情況，選用適宜的智能化技術(shù)，可提高井下運(yùn)輸效率，降低故障發(fā)生率，減少能耗損失，促進(jìn)井下運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行效率的提升，保證井下作業(yè)安全。

文章來源：《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》http://12-baidu.cn/w/kj/32519.html