井下-480m水平有轨运输无人驾驶系统的制作方法

本发明涉及采矿运输系统技术领域，具体涉及井下-480m水平有轨运输无人驾驶系统。

背景技术：

矿厂设计采选生产能力为550万t/a，日产约1.7万t，生产的矿石全部溜至-480m水平、有轨运输至井下粗碎系统，粗碎后进入地表选矿系统，可以说，井下运输顺畅与否是制约矿山生产能力的一个关键因素，根据设计，正常生产情况下，井下-480m水平采用电机车牵引矿车的有轨运输方式，设计10台20t电机车，每两台电机车为一列，每列牵引12辆10m3矿车循环运输，共5列，四用一备，车运行速度平均16km/h。

当前，矿井下采矿、运输均给井下生产组织管理带来了一定难度，具体体现为：放矿运输存在相互推诿现象：各采矿部门和单位均以自身利益为核心，导致采、运单位之间出现难以调和的矛盾，很不利于生产组织；正常情况下井下共有4列运输列车运输，相互之间交叉影响，很不利于生产组织，还存在相互碰撞的可能性；由于井下属于有限空间作业，有轨运输速度较快，如果运输水平作业人员较多，很不利于安全管理。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种井下-480m水平有轨运输无人驾驶系统，通过连接并控制现有的信集闭系统，将生产计划、列车运行参数、溜井物料高度等参数输入中央服务器系统，最终实现计算机自动控制和远程遥控控制相结合、实现电机车无人驾驶的目的，可以达到减少运输水平作业人员、提高生产能力及安全生产的最终目标，前期实现4#穿脉—卸矿站环路全自动无人驾驶运输，后期全面推广，真正做到机械化换人、自动化减人。

井下-480m水平有轨运输无人驾驶系统，包括以下改造设备和系统：

(1)电机车

机车车载控制系统是机车无人驾驶的前提，装配于具备控制条件的机车上，机车需具备必要的控制条件，如变频器、气路电磁阀、升降弓控制等，前期将1台机车进行全面控制改造工作。

车载控制系统由无线通讯、车载主机、车载控制器、车载视频、编码器、定位装置、车载传感器组成。机车通过无线通信系统与中央服务器系统或其他设备通信，将自身的位置、状态信息实时发送到监控中心，同时接收调度中心或车载主机的控制指令实现变速、制动、鸣笛、升/降弓等操作。车载主机实时显示车载传感器信息、车载控制指令、及监控车辆运行情况，并处理障碍物监测系统回传的检测数据；

(2)井下运输巷环网系统

井下-480m运输巷全覆盖光纤环网，在环网基础上布设网络通讯、无线网络覆盖、重点区域视屏监控设施，为无人驾驶系统提供基础支撑，井下环网采用光纤作为传输介质，将井下的主要生产环节、重要设备及关键场合的实时数据传送到矿调度指挥中心，骨干网络采用自愈的千兆光纤以太环网，使用八芯光纤构成双环自愈的光纤以太环网，使用八芯光纤构成双环自愈的光纤以太环网，双环自愈可以保证任何一处断开，双环自动切换，双环的切换时间为20ms，保证通讯的连续性；

(3)视屏监控系统

视频监控系统分2部分组成：车载视频监控、重点设备视频监控。车载视频监控：在电机车的车前和车后各安装一台摄像机，用于监控车辆行进方向上的路况，使用附带强光抑制功能的红外枪型摄像机；重点设备视频监控：安装1个溜井放矿口、2个卸矿点和巷道内15个点，共18台摄像机；

(4)“信、集、闭”控制系统

信、集、闭控制系统实现信号灯和电动道岔的自动和手动控制，并检测道岔合拢的真实性及信号灯的好坏，是机车调度、无人驾驶的基础条件。无人驾驶系统取得信、集、闭各道岔状态信号，并取得信、集、闭系统中全部道岔的控制权，根据井下gis的相关设置，结合生产需求和机车运行线路，实施分段封闭策略，确保生产安全；

(5)机车自动装卸矿系统

1)红外光栅辅助定位

红外光栅用于自动装矿系统精确定位当前机车的准确位置，安装在装矿机前端，在机车首次通过时触发，能对机车实现厘米级定位。通过2-4组红外光栅，结合系统中设置的车头和车斗尺寸，自动放矿系统能识别机车经过放矿机前的精确位置，从而实现自动准确放矿；

2)自动放矿系统

自动装矿系统安装于4#穿脉4-1溜井放矿处，当机车靠近且当前装矿系统接收到调度中心的装矿指令时，自动装矿系统将根据可调的放矿参数自动控制溜井放矿机实现自动装矿。自动装矿系统采用三维面扫描方式对振动放矿机供料进行实时监测，并自动判断物料大小，对有大块物料进行系统警示以防止大物料对机车运行的影响。

3)溜井/卸矿坑料位检测

安装溜井/卸矿坑料位检测装置，并与中央处理机构相连，实现数据传输，溜井料位数据作为无人驾驶智能调度系统的调度依据，料位检测有助于保护溜井设备，防止溜井放空和物料不足时机车空载；

通过上述方法对各功能模块和设备进行改造后：

电机车控制系统工作情况：在电机车无人驾驶控制改造后，在指定的路段首先进行远程手动遥控控制，对机车的启动、加速、运行、减速、停止、制动、保护等进行测试；手动遥控试车成功后进行短程自动运行，并经过调试达到预期目的，然后在整个环网路段完成试车调试，并通过机车无线自动控制、视频通讯、语音通讯、机车定位、机车监控等各项系统性能；

溜井段自动装车工作情况：在振动放矿改造后，借助机车红外光栅精准定位，实现对机车在溜井段放矿点停车、升降弓等控制，并对发现的不足进行了修正，在手动控制基础上进行了装车测试，机车低速度通过装载点，并成功实现手动放矿装载。

卸矿硐室自动卸料工作情况：该过程首先通过机车驶员进行手动卸矿，并从中得到最佳能过卸矿站的电机车参数，然后进行远程手动遥控控制，对机车在溜井段运行速度、放矿升降弓等进行远程手动控制，实现远程手动卸矿正常后，将参数输入到控制系统进行远程自动卸矿实现机车卸矿自动运行。

机车自动驾驶全程工作情况：在前述各单项实验达到预期效果后，结合局部试车验证所得数据参数进行全流程运行测试，完成电机车无人驾驶全流程装卸矿试车，实现全程无人驾驶运行。

本发明的有益效果为：

1、无人驾驶系统自动驾驶运行中，严格执行限速，严格执行系统运行相关规程，保障运输中段人员和设备的安全；

2、井下有轨运输无人驾驶系统与运输调度系统及人员定位系统有机结合，实现自动控制和远程遥控控制相结合，即保障了机车运输行驶安全，同时减少人、财、物的后续投入，不仅能使矿山的矿石运输自动化程度大大提高，运输能力得到更大发挥，同时为实现安全生产提供可靠保障；

3、可根据调度指令及时准确的执行生产任务计划，既提高了调度效率、方便生产管理，又有效地优化,运行中如出现故障，机车可自我诊断，诊断信息将集中反馈到控制室显示屏上，提示工作人员进行必要的人工处理，极大程度提高生产效率；

4、全流程可实现全自动运行，实现无人驾驶运输是现代矿业发展趋势，社会效益显著。

附图说明

图1为车载控制系统关系图；

图2为井下-480m光纤环网布置结构图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体示例，进一步阐述本发明。

实施例：井下-480m水平有轨运输无人驾驶系统，包括以下设备和系统：

(1)电机车

机车车载控制系统是机车无人驾驶的前提，装配于具备控制条件的机车上，机车需具备必要的控制条件，如变频器、气路电磁阀、升降弓控制等，前期将1台机车进行全面控制改造工作。

车载控制系统由无线通讯、车载主机、车载控制器、车载视频、编码器、定位装置、车载传感器组成。机车通过无线通信系统与中央服务器系统或其他设备通信，将自身的位置、状态信息实时发送到监控中心，同时接收调度中心或车载主机的控制指令实现变速、制动、鸣笛、升/降弓等操作。车载主机实时显示车载传感器信息、车载控制指令、及监控车辆运行情况，并处理障碍物监测系统回传的检测数据。

(2)井下运输巷环网系统

井下-480m运输巷全覆盖光纤环网，在环网基础上布设网络通讯、无线网络覆盖、重点区域视屏监控设施，为无人驾驶系统提供基础支撑，井下环网采用光纤作为传输介质，将井下的主要生产环节、重要设备及关键场合的实时数据传送到矿调度指挥中心，骨干网络采用自愈的千兆光纤以太环网，使用八芯光纤构成双环自愈的光纤以太环网，使用八芯光纤构成双环自愈的光纤以太环网，双环自愈可以保证任何一处断开，双环自动切换，双环的切换时间为20ms，保证通讯的连续性。

(3)视屏监控系统

视频监控系统分2部分组成：车载视频监控、重点设备视频监控。车载视频监控：在电机车的车前和车后各安装一台摄像机，用于监控车辆行进方向上的路况，使用附带强光抑制功能的红外枪型摄像机；重点设备视频监控：安装1个溜井放矿口、2个卸矿点和巷道内15个点，共18台摄像机；

(4)“信、集、闭”控制系统

信、集、闭控制系统实现信号灯和电动道岔的自动和手动控制，并检测道岔合拢的真实性及信号灯的好坏，是机车调度、无人驾驶的基础条件。无人驾驶系统取得信、集、闭各道岔状态信号，并取得信、集、闭系统中全部道岔的控制权，根据井下gis的相关设置，结合生产需求和机车运行线路，实施分段封闭策略，确保生产安全；

(5)机车自动装卸矿系统

4)红外光栅辅助定位

红外光栅用于自动装矿系统精确定位当前机车的准确位置，安装在装矿机前端，在机车首次通过时触发，能对机车实现厘米级定位。通过2-4组红外光栅，结合系统中设置的车头和车斗尺寸，自动放矿系统能识别机车经过放矿机前的精确位置，从而实现自动准确放矿；

5)自动放矿系统

自动装矿系统安装于4#穿脉4-1溜井放矿处，当机车靠近且当前装矿系统接收到调度中心的装矿指令时，自动装矿系统将根据可调的放矿参数自动控制溜井放矿机实现自动装矿。自动装矿系统采用三维面扫描方式对振动放矿机供料进行实时监测，并自动判断物料大小，对有大块物料进行系统警示以防止大物料对机车运行的影响。

6)溜井/卸矿坑料位检测

安装溜井/卸矿坑料位检测装置，并与中央处理机构相连，实现数据传输，溜井料位数据作为无人驾驶智能调度系统的调度依据，料位检测有助于保护溜井设备，防止溜井放空和物料不足时机车空载；

通过上述方法对各功能模块和设备进行改造后：

电机车控制系统工作情况：在电机车无人驾驶控制改造后，在指定的路段首先进行远程手动遥控控制，对机车的启动、加速、运行、减速、停止、制动、保护等进行测试；手动遥控试车成功后进行短程自动运行，并经过调试达到预期目的，然后在整个环网路段完成试车调试，并通过机车无线自动控制、视频通讯、语音通讯、机车定位、机车监控等各项系统性能；

溜井段自动装车工作情况：在振动放矿改造后，借助机车红外光栅精准定位，实现对机车在溜井段放矿点停车、升降弓等控制，并对发现的不足进行了修正，在手动控制基础上进行了装车测试，机车低速度通过装载点，并成功实现手动放矿装载。

卸矿硐室自动卸料工作情况：该过程首先通过机车驶员进行手动卸矿，并从中得到最佳能过卸矿站的电机车参数，然后进行远程手动遥控控制，对机车在溜井段运行速度、放矿升降弓等进行远程手动控制，实现远程手动卸矿正常后，将参数输入到控制系统进行远程自动卸矿实现机车卸矿自动运行。

机车自动驾驶全程工作情况：在前述各单项实验达到预期效果后，结合局部试车验证所得数据参数进行全流程运行测试，完成电机车无人驾驶全流程装卸矿试车，实现全程无人驾驶运行。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。