單軌吊無人駕駛系統在朱集東礦的應用

趙 軍 李海一 付衍斌

（1.尤洛卡（山東）礦業科技有限公司,山東 泰安 271000；2.淮河能源(集團)股份有限公司朱集東礦,安徽 淮南 232000）

朱集東煤礦隸屬于淮南礦業（集團）有限責任公司，于2007 年7 月1 日開工建設，2013 年6 月正式投入生產，礦井屬煤與瓦斯突出礦井，設計生產能力為400 萬t/a，系統具備800 萬t 生產能力，設計服務年限為80.2 a。礦井于2021 年安裝尤洛卡（山東）礦業科技有限公司生產的DC260/160Y 防爆柴油機單軌吊，極大地提高礦井運輸物料的效率，但有人駕駛具有需要配置多人保障機車運行、無法適應更為復雜的運輸條件等缺點。朱集東煤礦東翼南盤區提料斜巷是運輸區主要運輸斜巷之一，該巷道傾角較大，單軌吊在該段巷道行駛時除司機操作單軌吊機車外，為保障機車的安全運行還需配備多人跟隨，但由于該巷道傾角較大，運輸條件復雜，機車運行時，人員跟隨較為困難且危險性大?；谀壳皢诬壍鯔C車在該巷道運行的難點和問題，通過單軌吊無人駕駛的項目建設，可以大幅提升物料運輸效率和安全性。

1 無人駕駛系統簡介

煤礦智能化[1-2]是煤礦機械化發展的新方向，隨著科技的發展和技術的進步，礦井系統先后經歷了機械化、自動化、智能化等階段，現如今正處于智能化初級階段[3-5],煤礦輔助運輸[6]的智能化是礦井智能化發展的重要組成部分。無人駕駛系統是基于井下UWB 精確定位和信標定位相結合、無線網絡和GIS 高精度地圖，利用激光雷達和視頻監控等各類傳感器進行感知探測，可實現機車在運行線路自動運行到目的地,實現機車自動停車和障礙物移出后自動運行功能。

系統中單軌吊與UWB 和WIFI 基站使用無線橋接，基站與基站之間用光纖傳輸的通信拓撲結構，方便單軌吊自由移動并且確保長距離大數據通信的穩定。機車前后安裝有激光雷達傳感器，實時探測50 m 范圍內的障礙物，能及時發出預警并控制機車減速制動，避障運行。無人駕駛系統通過機車信息終端，與機車CAN 網關和服務器互聯通信，實現對單軌吊機車的無人駕駛。單軌吊機車遠程駕駛網絡拓撲連接圖如圖1。

安裝在單軌吊機車前后兩個駕駛室中的機車信息終端，外接WIFI 天線或5G 天線和UWB 天線。機車信息終端與發動機保護儀（CAN 網關）通過CAN 口通信。當需要對單軌吊機車進行遠程控制時，由井上控制室內的工作站主機在上位機軟件界面發出控制指令，經服務器，井上以太網交換機傳輸到井下以太網交換機，繼而傳輸到安裝在巷道中的WIFI 基站，WIFI 基站經全向玻璃鋼天線將指令無線傳輸給機車信息終端，再通過CAN 通信經CAN網關，連接機車控制系統，從而完成單軌吊機車的前進、后退和停止等動作。單軌吊機車本身的各種傳感器參數，經CAN 網關、機車信息終端、WIFI基站、井下以太網交換機、井上以太網交換機、服務器傳輸到工作站，最終在工作站的上位機軟件窗口中顯示。機車信息終端的5G 功能和WIFI 功能不同時使用，根據礦井中已布局或將要布局的無線網絡形式，配置不同無線傳輸形式的機車信息終端。

單軌吊機車無人駕駛功能的設備配置主要有以下4 種類別：遠程駕駛、UWB 定位、語音對講和視頻顯示功能，可滿足不同的現場條件，如井下為WIFI 環網、井下為5G 網絡、井下只有UWB 基站、井下無任何網絡和基站等。

2 無人駕駛技術的應用

朱集東煤礦根據生產需要，為保證支架與其他物料的運輸安全，杜絕人員在斜巷跟車上下，計劃對在用的單軌吊進行無人駕駛升級改造，從而實現單軌吊機車無人化自動運行功能。該技術首先應用于東翼南盤區提料斜巷。東翼南盤區提料斜巷示意圖如圖2，該巷道是運輸區主要運輸斜巷之一，斜巷角度為20°,長度為180 m，承擔著-906 m 水平到-965 m 水平的物料供應。該斜巷聲光信號、一坡三擋等安全設施配置齊全且各項閉鎖有效，監控視頻、警戒位置等均按要求設置到位。

無人駕駛的實現是在原單軌吊系統基礎上安裝必要的設備，無人駕駛系統主要包含四個部分：一是在地面控制平臺安裝無人駕駛控制系統，該部分主要包含遠程服務器、遠程遙控平臺、機車自動駕駛軟件等，其中遠程服務器是自動控制系統核心服務器，實現了單軌吊無人駕駛時的路徑規劃、路況信息監測匯總等功能；二是在單軌吊機車上安裝控制系統車載部分，該部分主要包含機車視頻輔助駕駛系統、機車防撞與語音告警系統、機車自主定位系統等，其中機車視頻輔助駕駛系統實現了多畫面顯示、視頻上傳、語音通話等功能；三是安裝控制系統道岔控制部分，該部分主要包含ZKC127Q 礦用氣動司控道岔控制裝置等，該裝置實現了單軌吊無人駕駛時道岔就地控制、遙控、檢測、聲光報警等功能；四是安裝控制系統風門控制部分，該部分主要包含礦用風門控制裝置等，該裝置根據風門數量進行調整，實現單軌吊無人駕駛時風門就地控制、遙控、檢測、聲光報警等功能。

無人駕駛系統的安裝，解決了單軌吊在東翼南盤區提料斜巷中有人駕駛存在的難題，一是單軌吊機車無人駕駛在斜巷運輸過程中，無需工作人員跟車保障機車的安全運行，保障了人員的安全；二是相比傳統有人駕駛機車，單輛機車運行可減員6 人，減少風險點與隱患近15 個，提高運輸效率35%以上；三是礦用單軌吊無人駕駛遠程控制系統可更好地適應斜巷特殊環境下的運輸任務。

3 結語

1）單軌吊無人駕駛系統基于UWB 精確定位技術、WIFI6 無線通信技術、視頻識別等技術，實現單軌吊車輛無人駕駛功能，大幅提高單軌吊車輛運行效率，保證單軌吊車輛運行安全。

2）該系統首先在朱集東礦東翼南盤區提料斜巷中進行了安裝，解決了單軌吊在該巷道有人駕駛中存在的難題。

3）無人駕駛系統后續將會覆蓋礦井其他區域，單軌吊無人駕駛標志著單軌吊機車啟動了由“人控”到“智控”的全面升級，為“機械化換人、自動化減人”邁出了堅實一步。