引言
目前在我国除了传统的轨道机车+斜井绞车或副立井提升的非连续运输工艺外，西北地区千万吨高产高效矿井尤其是斜井开拓的矿井已普遍采用无轨胶轮车的“点到点”运输工艺。井工煤矿运输系统与采煤、掘进、机电、通风系统一样，在煤矿安全生产过程中具有举足轻重的作用。
1煤矿辅助运输车辆管理系统的设计
1.1调研与需求分析
通过走访和调查煤矿的实际需求，认为目前的管理体制仍存在功能上的不足，难以充分满足煤矿生产发展的需要，解决实际问题。现有管理系统的不足主要包括以下几点:a)不具备对地下车辆的实时定位跟踪和实时查看运行状态的功能;B)系统设备安装数量少，覆盖范围小，不能满足大型、超大型煤矿全矿巷道监测的要求;C)车辆存在缺卡现象，定位精度不高，信息统计也存在偏差，不满足煤矿的实际需求;D)地下车辆需要地下信号灯管理，提高车辆的通过率。
1.2物资集装化运输实现
掘进工作面锚杆、锚索、锚固剂、托盘、钢带、护网等锚护材料种类繁多、外形尺寸和包装差异性大，由于井下掘进工作面物料运输空间受限，现有的搬运方式（锚护材料一般由工人分批次人工搬运放置到物资区再行码放）劳动强度大、工作效率低。尤其是采用快速掘进工艺后，这样的备料方式与掘进进尺不匹配的问题更加凸显。实现复杂物资的集装化运输是解决上述问题的有效途径。按照物资的外形尺寸和用量需求，定制设计专用物资集装箱，集装箱内设置隔板将物资分开放置且不积压。在地面物资准备区将物资按格放好，辅运队将集装箱整体运输至作业地点后，整体卸下集装箱，省去了工人搬运物资和二次码放环节，待物资用完后将空的集装箱整体运回地面。集装箱运输车具有自动快速更换集装箱的功能。
1.3防爆蓄电池车使用工艺
为了更好地改善井下空气环境质量，部分矿井在使用大运量防爆铅酸电池铲板车的同时，开始推广应用防爆锂电池铲板车，并在山东、陕西、新疆以及内蒙古等煤炭主产区矿井使用。采用防爆电池后，电池质量大幅增加，从而导致整车质量过大、运输里程较短，一般情况下防爆锂电池电车、防爆铅酸电池电车行驶里程分别在100km、30km左右，行驶里程明显低于防爆柴油车，加之电池充电时间较长，因此在防爆蓄电池车使用时，协调好充电、作业时间成为关键。一般情况下铅酸电池充电时间在6～8h，因此防爆铅酸电池车使用时一般配备3块电池，一块充电、一块使用、一块充电后冷却，通过采用换电池方式，可提高车辆使用效率。
2关键技术研究
2.1车辆感知与辅助驾驶技术
以多传感器融合方式感知车辆整车电气参数和环境参数，通过显示设备进行人机交互，以此满足日益递增的整车信息化需求、行业标准提升要求，减少驾驶事故发生，同时也为高级驾驶辅助系统夯实技术基础。新型防爆柴油机车辆能够通过无线网络有效传递机车温度、转速、机油压力、倒车信号、刹车信号、水位信号、倾角信号、甲烷传感信号、一氧化碳信号、超声波雷达信号等；蓄电池车辆能够通过整车控制器，传递蓄电池BMS信号、电机故障信号、操纵开关信号等。车载显示设备具备仪表显示、全景影像显示、大容量数据存储和无线数据传输功能。车灯具备自动控制装置，由面板型旋钮开关以及隔爆兼本安型车灯控制器组成，使车辆具备车灯自诊断功能、刹车、倒车自动控制等能力。低照度摄像头和近距离探测超声波、激光雷达，能够有效探测的距离为0.1～40m。新技术带动着防爆车辆感知、辅助报警和主动安全技术的发展。井下安全辅助驾驶受技术条件和场景影响，与地面辅助驾驶系统有所区别，主要是针对防爆车辆现状开发视觉提升、探测提升、驾驶难度降低、主动干预、车矿协同的煤矿井下安全辅助驾驶系统。太原研究院开发的低照度高清视频监控系统和人员接近预警系统，已经成功在国能神东煤炭集团、山东能源集团等大型矿井应用数百套。
2.2无轨辅助运输智能化
为解决井下防爆柴油车尾气排放污染、提高车辆使用效率，可通过智能化调度方式合理分配防爆蓄电池车以及防爆柴油车使用时间、使用路线，将井下有害气体成分控制在安全范围内。同时随着矿井安全要求的不断增加，需要扩大智能化调度、自动化控制以及远程遥控等技术在井下的应用，减少井下辅助人员数量，并提高辅助系统工作效率。辅助运输车辆无人驾驶以及运输智能化，将是矿井无轨辅助运输的重要发展方向。现阶段，在一些先进的矿井已部分实现无轨辅助运输智能化，如神东煤炭下属矿井、山西王家岭矿等企业，通过应用智能化技术，提高了驾驶员管理、通信、定位和调度等效率，并提升了矿井辅助运输效率以及安全保障能力。
2.3无人驾驶
（1）轨道机车和单轨吊无人驾驶实现。建设地面及井下辅运集控中心，采用高精度定位技术、高精地图构建技术、高清视频监控技术、低时延网络传输技术，在数字孪生的虚拟环境系统的辅助下，实现轨道机车和单轨吊机车的远程控制驾驶。采用环境感知、定位导航、路径规划、总线控制、智能防撞、驾驶辅助等技术，实现车辆自动启停、自主道岔变换、自动跟车等功能，实现轨道机车和单轨吊机车的智能化无人自动驾驶。（2）无轨胶轮车无人驾驶实现。鼓励具备条件的矿井探索应用无轨胶轮车无人驾驶技术，分阶段实施。①初级阶段：在不依赖精确定位系统的条件下，车辆上简单配置激光雷达、深度相机、毫米波雷达等传感器，实现无轨胶轮车在井下固定路段内的自主无人驾驶。②中级阶段：基于矿井高精地图系统、车辆精确定位系统、智能导航系统和驾驶辅助系统，实现无轨胶轮车在导航环境下的区域无人驾驶，并借助地面集控中心平台，实现基于数字孪生的地面远程控制无人驾驶。③高级阶段：在矿井物联网环境下，实现与地面仓储和井下使用场景间的无缝衔接，实现物资的全流程无人配送。无轨胶轮车实现自动装卸、无人自动运行、自动转弯、自动避障、自动充换电等功能，最终实现无轨胶轮车常态化无人驾驶。
2.4井下装备群协同控制系统
综采、综掘、辅助运输、辅助作业施工工艺相互交叉融合，大量装备需要协同控制，延伸出机器人群间的交互技术，包括远程集控、监控技术和机器人群远程调度技术。远程集控、监控技术面向单一工作面机器人群，基于工控上位机软件，采集多传感器数据，获取工作面机器人群工作状态，实现远程控制，集中管理；机器人群远程调度技术面向井下所有机器人，开发交互式人机界面，配套语音视频交互系统，对所有机器人进行任务规划分配，监测各机器人运行状态。
结语
综上所述，对矿井无轨辅助运输系统应用情况进行分析，并探讨其发展方向。将无轨辅助运输系统应用到矿井生产中，可提升辅助系统工作效率，并降低作业人员的劳动强度，无轨辅助运行系统的发展方向重点是电气化以及智能化。
参考文献
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［2］杨金锋.煤矿井下辅助运输车辆专业化服务与管理探讨［J］.煤炭工程，2019，51（增刊2）：190-192.
［3］赵浩，毛开江，曲业明，等.我国露天煤矿无人驾驶及新能源卡车发展现状与关键技术[J].中国煤炭，2021，47（4）：45-50.
作者简介：张文宗（1985-），男，本科，注册安全工程师，工程师，研究方向：煤矿辅助运输安全，现场管理安全。
