井下運輸設備智能化升級路徑與關(guān)鍵技術(shù)研究

在地下開采的整個流程中，運輸系統(tǒng)需將開采出來的礦石運到地面，再把設備、材料送到井下作業(yè)面，其運轉(zhuǎn)效率，可直接影響整個礦山的生產(chǎn)效益。在很多礦山生產(chǎn)中，依然采用傳統(tǒng)的運輸方式，而且井下環(huán)境復雜，潮濕、多塵，信號穩(wěn)定性差，傳統(tǒng)運輸方式在安全保障、自動調(diào)度和信息整合方面的短板越來越明顯。隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，智能化技術(shù)能夠為行業(yè)帶來轉(zhuǎn)機，利用人工智能技術(shù)，可分析數(shù)據(jù)、預判故障，提升井下運輸設備的智能化水平，促進礦山轉(zhuǎn)型發(fā)展。

一、智能化技術(shù)對井下運輸?shù)挠绊?/p>

近年來，傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)和自動控制技術(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；自動控制從“簡單開關(guān)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬珳收{(diào)節(jié)”。在智能技術(shù)的推動下，井下運輸?shù)淖詣踊椭悄芑母淖冊絹碓矫黠@。

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

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

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

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

二、智能化技術(shù)在井下運輸設備的應用策略

（一）物聯(lián)感知技術(shù)

為了使智能化在井下運輸中真正發(fā)揮作用，第一步搭建“感知網(wǎng)絡”。比如，在運輸車輛上，安裝高清攝像頭，查看周圍是否有障礙物，安裝振動傳感器測車輪和電機的狀態(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、轉(zhuǎn)載機等關(guān)鍵設備上，安裝電流、電壓傳感器看動力。

數(shù)據(jù)傳輸也十分關(guān)鍵。井下信號比較差，普通的Wi-Fi不穩(wěn)定，因此，一般會用工業(yè)以太網(wǎng)連主要設備，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)能實時傳到后臺。對于所有數(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，會在井下安裝邊緣網(wǎng)關(guān)，對本地數(shù)據(jù)進行處理：比如傳感器偶爾會傳錯數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)能刪掉錯誤數(shù)據(jù)；再將有用的數(shù)據(jù)整合，既能保證數(shù)據(jù)準確，而且能讓傳輸更高效，減輕控制中心的負擔。

數(shù)據(jù)傳到上層平臺后，需采用監(jiān)控和分析系統(tǒng)。比如用圖像識別技術(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；分析振動數(shù)據(jù)，如果振動頻率異常，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)平臺還能將現(xiàn)在的數(shù)據(jù)與以往的數(shù)據(jù)對比。比如，某臺絞車，以前運行時溫度最高到60℃，現(xiàn)在才運行半小時就到了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?，或者礦車偏離軌道，系統(tǒng)會立即報警，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。

報警之后，系統(tǒng)依據(jù)安全預案處理。比如，瓦斯超標，立即使附近的礦車停下來，切斷該區(qū)域的電源，同時打開通風設備；如果礦車有故障，會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，保證礦車運輸安全；在關(guān)鍵路口安裝安全護欄、報警器；所有車輛都需有緊急制動按鈕，無論是系統(tǒng)自動觸發(fā)，還是工人手動按，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，是實現(xiàn)智能化和高效化的核心。

該系統(tǒng)為分層設計，條理清楚。最下面是設備層，即井下傳感器、攝像頭、執(zhí)行器等，傳感器負責采集數(shù)據(jù)，比如測溫度、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、西翼兩個區(qū)域，每個區(qū)域裝一個區(qū)域控制箱，對該區(qū)域的設備數(shù)據(jù)進行匯總。

再往上是控制層，這一層是“調(diào)度中心”，負責給設備發(fā)指令。然后是管理層，負責對井下作業(yè)人員與資源進行管理。

各層之間能順暢通信，一般會用工業(yè)以太網(wǎng)連接控制層、管理層和決策層，設備層和區(qū)域?qū)又g用現(xiàn)場總線。從設備層采集數(shù)據(jù)，到區(qū)域?qū)宇A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)會通過高速網(wǎng)絡傳到監(jiān)控中心，之后還要經(jīng)過清洗、校驗和數(shù)據(jù)融合等環(huán)節(jié)，保證信息的準確性和完整性，最后在此基礎上生成完整的運行態(tài)勢圖。

分析與預警方面，監(jiān)控系統(tǒng)主要靠大數(shù)據(jù)和人工智能模型，對采集到的信息做趨勢分析和模式識別。比如，用機器學習、深度學習算法，能預測設備的使用壽命，而且能檢測出環(huán)境變化中的異常情況。一旦系統(tǒng)識別出潛在風險，則會在監(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、移動端推送等方式，立即通知到相關(guān)人員。

（三）遠程控制技術(shù)

1.架構(gòu)優(yōu)化與設備體系構(gòu)建

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

在井下設備方面，現(xiàn)在的礦車、絞車等運輸裝備，需安裝能遠程操控的傳感器，測位置的GPS模塊、測電機溫度的熱電偶、測車身振動的加速度傳感器，而且還需安裝高清攝像頭，實時傳輸周圍的畫面。升級執(zhí)行機構(gòu)，比如剎車系統(tǒng)要改成電子控制的，遠程發(fā)出“停車”指令幾秒鐘內(nèi)就能剎?。徽{(diào)速也需實現(xiàn)智能化升級，對電機進行精準調(diào)整。以上所有設備都需連到同一個遠程控制平臺上。平臺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)不僅能報警，而且可快速應對處理[3]。

三、結(jié)語

綜上所述，本文對井下運輸設備智能化升級路徑與關(guān)鍵技術(shù)進行詳細探究。我國社會經(jīng)濟發(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)境復雜，運輸難度大，在智能化時代，可將各類高新技術(shù)推廣應用于井下運輸設備管控方面，因此，井下運輸設備智能化，是整個行業(yè)裝備技術(shù)更新的必然趨勢，是推動礦山往現(xiàn)代化、智能化、綠色化方向走的關(guān)鍵一步。通過結(jié)合實際情況，選用適宜的智能化技術(shù)，可提高井下運輸效率，降低故障發(fā)生率，減少能耗損失，促進井下運輸設備運行效率的提升，保證井下作業(yè)安全。

文章來源：《產(chǎn)品可靠性報告》http://00559.cn/w/kj/32519.html