井下运输设备智能化升级路径与关键技术研究

在地下开采的整个流程中，运输系统需将开采出来的矿石运到地面，再把设备、材料送到井下作业面，其运转效率，可直接影响整个矿山的生产效益。在很多矿山生产中，依然采用传统的运输方式，而且井下环境复杂，潮湿、多尘，信号稳定性差，传统运输方式在安全保障、自动调度和信息整合方面的短板越来越明显。随着科学技术的快速发展，智能化技术能够为行业带来转机，利用人工智能技术，可分析数据、预判故障，提升井下运输设备的智能化水平，促进矿山转型发展。

一、智能化技术对井下运输的影响

近年来，传感器技术、信息处理技术和自动控制技术的发展迅速，信息处理速度加快，海量数据可高速分析完成；自动控制从“简单开关”转变为“精准调节”。在智能技术的推动下，井下运输的自动化和智能化的改变越来越明显。

在运输装备层面，嵌入高精度传感器和控制单元，能够对运输车辆、轨道系统以及提升设备运行过程进行实时监测，便于实施动态调节。采用定位系统与路径规划算法，可对车辆在复杂巷道环境中的行驶过程进行精准控制。引入自动避障与智能调速功能，使得运输设备在高负荷运行下仍能保持平稳与高效。

在井下运输环节控制方面，也可利用智能高技术，对运输需求、运行状态和环境条件进行全面细致的分析，据此确定最优运输路径，提高运输效率，减少能耗损失。通过充分利用无线通信和物联网平台在数据交互方面的应用优势，可实现运输管理过程可视化控制，便于结合实际情况，对井下运输方案进行调控。

井下运输环境中总有各种不确定因素，比如，设备突然出现异常振动、温度过高，或者轨道状态异常，智能监测系统就能提前发出警示，而且能联动控制系统做应急处理，避免事故往更严重的方向发展。另外，用基于人工智能的模式识别方法，能快速判断运输过程中的异常行为，让应对突发情况的速度变快。

随着智能化技术用得越来越深，井下运输也逐渐显现出无人化、集群化的发展趋势。自动驾驶运输车辆和智能调度系统配合着运行，可减少人力投入，为实现长周期、连续化运输提供技术支持[1]。

二、智能化技术在井下运输设备的应用策略

（一）物联感知技术

为了使智能化在井下运输中真正发挥作用，第一步搭建“感知网络”。比如，在运输车辆上，安装高清摄像头，查看周围是否有障碍物，安装振动传感器测车轮和电机的状态，安装温湿度传感器看车厢里的环境；在轨道交汇区域，安装位移传感器查看轨道是否发生变形；在提升机、转载机等关键设备上，安装电流、电压传感器看动力。

数据传输也十分关键。井下信号比较差，普通的Wi-Fi不稳定，因此，一般会用工业以太网连主要设备，再配合5G或者低功耗的无线专网，使得传感器的数据能实时传到后台。对于所有数据，不能直接发送至控制中心，避免中心处理卡顿。因此，会在井下安装边缘网关，对本地数据进行处理：比如传感器偶尔会传错数据，网关能删掉错误数据；再将有用的数据整合，既能保证数据准确，而且能让传输更高效，减轻控制中心的负担。

数据传到上层平台后，需采用监控和分析系统。比如用图像识别技术，能从摄像头拍的画面中查看出矿车是否有偏轨、轨道上是否有杂物；分析振动数据，如果振动频率异常，可能是轴承磨损；查看温升数据，能判断刹车异常。

大数据平台还能将现在的数据与以往的数据对比。比如，某台绞车，以前运行时温度最高到60℃，现在才运行半小时就到了70℃，系统能判断可能有故障，提前提醒维修。如果发现数据超出安全范围，比如瓦斯浓度超标，或者矿车偏离轨道，系统会立即报警，不仅在监控中心的屏幕上亮红灯，而且给调度员、安全员发短信、推消息。

报警之后，系统依据安全预案处理。比如，瓦斯超标，立即使附近的矿车停下来，切断该区域的电源，同时打开通风设备；如果矿车有故障，会使其开到旁边的备用轨道上，避免影响其他车辆通行。而且物联感知技术还能为调度提供便利，比如分析哪段轨道容易出故障，可提前安排检修。

安全方面，可在井下巷道中安装防跑车装置，保证矿车运输安全；在关键路口安装安全护栏、报警器；所有车辆都需有紧急制动按钮，无论是系统自动触发，还是工人手动按，都能立即停车。另外，还需定期演练[2]。

（二）智能监控系统

智能监控系统能把所有信息整合起来，帮助判断、做决策，是实现智能化和高效化的核心。

该系统为分层设计，条理清楚。最下面是设备层，即井下传感器、摄像头、执行器等，传感器负责采集数据，比如测温度、拍画面；执行器可发挥执行作用，比如接收指令刹车、调速。往上是区域层，比如，将井下分成东翼、西翼两个区域，每个区域装一个区域控制箱，对该区域的设备数据进行汇总。

再往上是控制层，这一层是“调度中心”，负责给设备发指令。然后是管理层，负责对井下作业人员与资源进行管理。

各层之间能顺畅通信，一般会用工业以太网连接控制层、管理层和决策层，设备层和区域层之间用现场总线。从设备层采集数据，到区域层预处理，再到控制层调度，最后到管理层和决策层分析，可形成一条完整的信息链。

所有采集到的数据会通过高速网络传到监控中心，之后还要经过清洗、校验和数据融合等环节，保证信息的准确性和完整性，最后在此基础上生成完整的运行态势图。

分析与预警方面，监控系统主要靠大数据和人工智能模型，对采集到的信息做趋势分析和模式识别。比如，用机器学习、深度学习算法，能预测设备的使用寿命，而且能检测出环境变化中的异常情况。一旦系统识别出潜在风险，则会在监控中心的大屏和图形化界面上直观地显示出来，而且通过短信、邮件、移动端推送等方式，立即通知到相关人员。

（三）远程控制技术

1.架构优化与设备体系构建

为了使远程控制技术在井下运输中发挥重要作用，需创建科学合理的远程控制架构，密切监测井下的情况，而且能快速发指令。这套架构将远程控制中心、稳当的通信网络、井下的感知设备和执行设备充分结合。

在井下设备方面，现在的矿车、绞车等运输装备，需安装能远程操控的传感器，测位置的GPS模块、测电机温度的热电偶、测车身振动的加速度传感器，而且还需安装高清摄像头，实时传输周围的画面。升级执行机构，比如刹车系统要改成电子控制的，远程发出“停车”指令几秒钟内就能刹住；调速也需实现智能化升级，对电机进行精准调整。以上所有设备都需连到同一个远程控制平台上。平台的屏幕上可展示出关键信息，如果出现异常情况，系统不仅能报警，而且可快速应对处理[3]。

三、结语

综上所述，本文对井下运输设备智能化升级路径与关键技术进行详细探究。我国社会经济发展迅速，各行各业矿产资源需求量显著增加，在煤矿资源开采中，井下作业环境复杂，运输难度大，在智能化时代，可将各类高新技术推广应用于井下运输设备管控方面，因此，井下运输设备智能化，是整个行业装备技术更新的必然趋势，是推动矿山往现代化、智能化、绿色化方向走的关键一步。通过结合实际情况，选用适宜的智能化技术，可提高井下运输效率，降低故障发生率，减少能耗损失，促进井下运输设备运行效率的提升，保证井下作业安全。

文章来源：《产品可靠性报告》https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html