董崇远 张文涛 国继征

（1.山东能源新矿集团机电部，山东省新泰市，271233；2.山东能源新矿集团协庄煤矿，山东省新泰市，271221）

长期以来，我国矿山行业的劳动效率远远低于发达国家，其中物流运输环节是影响效率低下的主要原因之一。在煤矿生产成本中，物流运输成本几乎占总成本的30%～80%，在煤矿伤亡事故中，物流运输的事故接近40%。车辆管理系统设计是否符合矿井的实际需求将会直接关系到矿井的安全性及其高效运输性，对我国矿井辅助运输的发展具有重要意义。由于采矿新技术的发展速度不断加快，设备更新速度明显加快，造成人工管理井下物料配送效率低且准确性差，在很大程度上制约着矿井的稳定生产。因此，矿山企业的生产效率很大程度上取决于生产物流的效率，生产物流管理成为制约矿山企业整体经济效益的重要因素。

1 问题的提出

矿井各类运输车辆广泛应用于矿井辅助运输系统，并发挥着重要作用，由于矿井井下运输系统战线长、分布广和使用各类车辆多，给运输流程的管理带来一定困难，主要表现在以下几个方面。

（1）车辆使用管理不当，造成车辆紧张，部分单位卸料不及时存在车辆积压现象。

（2）车辆装载物料的信息全部是用粉笔书写，容易被篡改。由于井下车辆往往处于无人监管的状态，运输的过程中物料冒领和盗用现象时有发生。

（3）车辆的运输流程记录由人工完成，占用大量的人力资源。

（4）运输途中还会发生车辆丢失现象，发现不及时造成运输隐患，影响正常生产。

（5）运送物料管理和车辆管理的信息反馈不畅，无法及时了解生产物流信息，难以进行生产物流的动态调整和控制。

（6）由于缺乏有效的技术手段进行跟踪监控，车辆在运送过程中往往容易送错目的地，并且井下物料交接手续过于简单，只能反映装载物料的车辆数量，而不能反映出交接物料的具体信息。

以上问题的存在导致矿井车辆周转率低和物流运输效率低。因此，需要研制开发辅助运输矿车信息化管理系统，实现对矿井车辆的合理调度及井下物流快速传递，以此解决车辆积压、运送错误和效率低等问题，消除原始的纸张式办公模式，使矿井物流管理更加科学化和合理化，提高车辆运输效率和利用率，节约人力资源。

2 技术方案

针对以上情况，根据协庄煤矿矿井辅助运输的流程和特点以及机车运输监控信集闭系统的现状，新矿集团公司进行了相关的科研立项，研制开发了辅助运输矿车信息化管理系统。通过研究自动控制、通讯、信息技术和现代管理技术，利用运输监控信集闭系统和KJ293 传输平台开发矿井车辆管理系统，实现辅助运输矿车信息化管理，全面提升矿井运输车辆管理的信息化和自动化水平。该系统使得人与人、物与物以及人与物的沟通变成了可能，使得地面工作人员可以实时掌控井下车辆的位置信息和周边安全信息。项目组通过现场技术分析，提出了以下5种技术方案：

（1）根据矿井的现有条件，基于协庄矿应用KJ293传输平台的成熟技术，利用矿井工业以太环网串联整套矿车物流管理系统，为软件拓展和硬件安装连接提供有利条件，实现资源共享，完成整套平台建设。

（2）在锚杆专用车和平盘车等物料车上安装具有实时定位、储存物料信息以及物料装卸确认等功能的双频复合电子标签；在地面井口、井下主要运输石门、井底车场和岔口安设读卡器，实现矿车物料信息的及时传递并自动生成运行轨迹上传至上位机。

（3）为各水平大巷车场队长、电机车司机、物料装卸人员配备手操器，实现人员与矿车电子标签的对接，完成物料信息读取及装卸物料的交接确认。

（4）地面调度室和机车调度站安装主控计算机、维护计算机和系统网络服务器，完成系统日常维护监控、数据存储以及网络信息浏览等功能，同时为系统实时监控提供视频输出。

（5）地面井口料场装设操作计算机，实现物料审批下载及信息查询功能。

3 管理系统的开发

3.1 系统组成

系统的开发利用矿井现有的以太网网络，以保持较高的实时性和可靠性，矿里任意一台联网计算机均可根据其权限了解该系统的实时信息。设置2台主控机、3台客户机、1 台服务器、7 台检测分站、7台电源箱、19台识别分站、550套车皮标签和30 台手操器，共覆盖矿里-300、-550 和-850三个水平。辅助运输矿车信息化管理系统框架如图1所示，矿车标签位置安装如图2所示，矿车标签如图3所示，手操器如图4所示，手操器读取车皮标签示意图如图5所示。

图1 辅助运输车辆信息化管理系统框架

图2 矿车标签位置安装

图3 矿车标签

图4 手操器

主控制机用来显示井下车皮活动状态，并实现对所有设备的检测；服务器用来解析、处理和存储系统通讯数据，并将信息发布；客户机用来查询各种监测和车皮信息，并录入和审批物料的使用申请；检测分站通过通讯光缆和服务器通讯直接管理识别分站；识别分站通过电缆和控制分站通讯管理车皮标签和手操器；车皮标签通过无线定时广播自身信息；手操器用来修改车皮标签内信息，并进行物料的交接和上报。

图5 手操器读取车皮标签示意图

3.2 系统拓扑结构

本系统包含基础信息录入功能、可视化跟踪及监测功能、用料申请查询及配料计划下发功能、入井和出井车辆统计功能、电子交接功能、二次交接功能、防误读和误写功能、辅助调度功能、调度请求功能、区域划分设计和轨迹查询功能、报警提示功能、车辆检修信息管理功能 （车辆生命档案管理）、其他统计报表功能、故障诊断功能、重演功能、联网功能以及扩容功能。辅助运输矿车信息化管理系统拓扑结构如图6所示。

图6 辅助运输矿车信息化管理系统拓扑结构

3.2.1 井下车辆身份识别

车辆信息和标签号都存储在井上监控中心的监控主机内，当车辆在井下阅读器进行身份验证时，子站将会调用存储在井上监控中心的监控主机内的车辆信息和标签号，来进行车辆的身份识别。

3.2.2 井下车辆定位

监控主机事先存储数据库服务器内的阅读器地理位置及详细坐标，当车辆在井下某个阅读器进行身份确认的时候，这时监控主机可以实现对车辆地理位置及坐标的确定，从而实现井下车辆的定位。

3.2.3 井下车辆移动路径

监控主机可以通过监测到的车辆位置信息自动描述出车辆的移动轨迹，通过预先在程序中的设置，实现对车辆移动轨迹的监控，并可对移动到非法区域的车辆进行报警。

3.3 系统主要应用界面

本系统的开发应用最新的一体化双频电子标签技术、微电子技术和RFID 射频技术，使整个系统具有功能齐全、安全、便于组网的特点，并且该项技术基于国家正在推广的第三代通信网络，为整个系统的推广应用提供了保证。辅助运输车辆信息化管理系统监控主界面如图7所示。

图7 系统监控主界面

系统在井下的每个车皮上安装有电子标签、电子标签内存储车皮的型号、载重、编号、货物以及检修等信息，电子标签定时向外发送自身存储的信息，供识别分站与手操器接收。电子标签同时具有可编程修改存储信息功能，用于货物装卸时的信息修改用。车皮物料跟踪与管理界面如图8所示，运输过程监测实时化界面如图9所示，运输过程统计自动化界面如图10所示，运输过程报警智能化界面图11所示。

图8 车皮物料跟踪与管理界面

图9 运输过程监测实时化界面

4 应用效益分析

辅助运输车辆信息化管理系统实现了对井下专用车辆和运输物料的实时监测，实现了移动车辆的跟踪定位。通过对井下移动车辆类别识别、运行轨迹重演、滞留超时报警、丢失报警和信息与实际不符报警、车辆虚假信息报警以及运行路线错误报警等功能，实现了车辆的安全运输。

图10 运输过程统计自动化界面

图11 运输过程报警智能化界面

4.1 人力资源方面

协庄煤矿现有22个井下单位，每个单位配备一名材料员专门负责材料审批手续。应用本系统后将原来的物料运输七联单淘汰，直接由各申请单位提前通过网上填写申请并提交审批，并可随时查询申请进展，从而省去各个单位配备的专门负责材料审批手续的人员。为了解决运搬工区的车辆积压问题，设有4名专职查车人员。应用本系统后可免去上述26人专职人员，每年节约工资约91万元。

4.2 生产效率方面

通过对每个生产队的每个班次进出车和物料情况以及对每辆机车运量统计，合理制定运输和物料配送计划，从而可根据实际情况合理调整计划，提高生产效率。通过对矿车物料的实时跟踪定位，可实时准确地了解物料运输和使用情况，解决物料送错和冒领等现象，确保矿车物料能按计划运输，为生产计划得以顺利完成提供基础。

4.3 设备投入方面

协庄煤矿现有材料专用车、大平盘车、花车、转盘车、底卸式矿车、液压侧卸式矿车以及单轨吊集装箱车共计787辆，根据原有实际情况，预计还需再投入200辆各式专用车方可满足生产需求。应用本系统后，大大提高了矿车运输效率和利用率，不需要再额外投入矿车，可节约200辆专用车费用约290万元。

4.4 安全生产方面

本系统能够提示车辆检修时间以及投入运行时间，确保车辆在安全期限内运行，避免事故发生。

［1］ 孟祥忠，张志刚，李宗明.基于RFID 技术的矿井运输车辆定位跟踪监控系统研究 ［J］.中国煤炭，2012 （4）

［2］ 李惠平.新型运输大巷车辆监控系统的研究与应用［J］.中国煤炭，2011 （11）

［3］ 陈雷，苏吉佩.煤矿井下辅助运输的现状分析与发展方向 ［J］.淮北职业技术学院学报，2009 （5）

［4］ 梁松.RFID 技术在国外矿山中的应用 ［J］.中国煤炭，2005 （11）

［5］ 张瑞峰.RFID 技术在煤矿安全生产管理中的应用［J］.山西煤炭，2004 （4）