露天煤矿智能车辆装运管配煤系统的设计与应用*

孙丁丁，武徽，栗伟

(天地科技股份有限公司, 北京 100013)

0 引言

煤矿汽车装运管配煤系统的出现，解决了煤炭汽车装车过程中的信息孤岛问题，有效提高了各环节自动化处理的效率[1]。在内蒙古自治区锡林浩特乌兰图嘎煤炭有限责任公司露天煤矿实施过程中，根据实际使用情况和使用需要进行设计，引入工业4.0的理念，将汽车装运管控系统与实际生产工艺相融合，实现了装车生产过程跨越式提升的目的。

1 露天煤矿汽车装运管控系统实施的背景与需求

乌兰图嘎煤炭有限责任公司露天煤矿煤炭产品外运前期完全依靠汽车运输来实现400万t/a的煤炭外运需求。目前露天煤矿对存有装载点仍计划继续使用，其称重过程利用轻、重磅实现，其运销数据系统存在于办公信息网。但现有装载点无法满足外运需求，故在煤矿现有的基础上，对生产工艺进行升级改造，增加快速定量装车系统，并形成独立的工控网络。图1为乌兰图嘎煤矿装车平面流程。

图1 乌兰图嘎煤矿装车平面流程

由图1可知，其装载车辆须经过门岗实现信息处理，根据煤种的不同，实现煤炭不同装载点的分配，在完成装载任务后经门岗离开场区。

煤矿汽车装运管控系统的实施目标为：

1) 装载车辆入场之后，系统自动分配装载点，装车站装载、露天矿装载并存使用。

2) 新装载点要求单车称重范围为10～50 t，装车能力为≥2 000 t/h。

3) 装载汽车入场后将自身车辆信息和装载煤量自动传输到装车系统，并根据调度系统发出的指令排队通过装载系统。在实现一次定量装车后开出结算，新装载点装车流程时间小于300 s。

4) 运销数据系统与装车系统融合，实现装车运销数据的自动化处理。

5) 最终实现煤炭汽车装车流程中的煤炭产品化、标签化过程。

2 露天煤矿汽车装运管控系统的工艺流程

如图2所示，该系统的工艺流程为[2]：

1) 装载车辆开至门岗处，车牌识别装置提取车牌信息。

2) 将车辆信息数据与运销系统下的合同数据进行比对，符合要求的车辆进行煤种判定，分为露天矿装载点和快速定量装车系统装载点。

3) 对于快速定量装载系统装载点，系统进行车辆排队，并将装车所需信息(包括车牌、标载、装车、状态、装车识别号等)下发快速定量装车系统数据库。

4) 待装车辆开至快速定量装车系统候车区，及至本车时，开至快速定量装车系统装车口前，提取车牌信息。将提取到的车辆信息与快速定量装车系统数据库中的数据进行比对，提取相对应的车辆预装信息。

5) 系统根据提取的预装信息开始配煤、装车过程，并保存装车信息(包括净质量、偏差等)。

6) 将运销系统数据库与快速定量装车系统数据库中的实际装车信息进行数据融合，得到结算信息。

7) 已装载车辆开至门岗，车牌识别装置提取车牌信息，从数据库中找到装车信息打印结算凭证离矿。

图2 乌兰图嘎露天矿煤矿汽车装运管配煤系统工艺流程

根据上述工艺流程和现场实际情况，重点需要解决的问题集中在完善通讯网络，完成不同信息系统的数据对接及提高装车过程的自动化水平。

3 关键技术

基于工业4.0概念的引入，为了实现煤矿汽车装运管控系统，在设计之初，提出了煤炭汽车装车产品化与标签化的概念和模型。煤炭汽车装车的产品化和标签化是指煤炭的装载通过逻辑控制装载设备一次性投放完成。将完成装载的煤炭视作产品，对其装载的内容(包括煤种、质量等)进行数据化加工和处理，形成与装载车辆匹配的数据标签进行存储和使用，并通过网络发送至所需环节。关键技术包括装载煤料的一次性投放工艺，装载煤料信息标签的生成、绑定、读取及与运销数据的融合。由图1可知，新增部分主要包括快速定量装车系统的设计实施、利用，车牌识别系统配合的装车信息传递，以及经通信光缆实现与运销系统的融合。

3.1 快速定量装载与平煤装置的设计与使用

由于快速定量装车系统具有技术先进、工艺合理、性能可靠、定量准确、装车速度快、自动化程度高等特点[3]，所以一次性投放完成的装载过程选择了快速定量装车系统。但汽车装车的特性表现为车型大小不一、运行速度不定，且考虑控制超载的要求。为了实现上述工业流程， 除使用定量投放外，还设计了一种底部输料的刮板输送平煤器[4]，见图3。其长度可通过调节刮板底板的伸缩进行开闭调节，足以覆盖目前最长的运煤装载车车厢。平煤器两侧沿刮板全长设计符合汽车装运的导料槽。平煤器悬吊安装在定量仓卸料口下，通过绞车上下移动调节高度。装煤汽车进入装车点定位后，平煤器下移至确定位置，这时称量好的煤放入车厢成堆积状，平煤器刮板马达开启，底链刮板可双向移动，通过平推作用将堆积的煤堆推至车厢空处，直到汽车车厢中高于平煤器的煤堆全部平完。在此期间，导料槽配合平车功能，确保煤炭不撒漏。这样汽车进入装车点定位后不再移动，实现煤量的一次投放和煤流在刮板的机械动作下堆积平整，并有强制性的导料槽保证煤不溢出，在刮板运动过程中也对物料装载起到了一定的压实作用。

图3 配合平煤器的快速定量装车系统

3.2 装车信息的传递

装车信息在装车生产过程中产生。根据工业4.0的概念，将装车煤量产品化、装车信息标签化。装车信息传递标签的使用利用了汽车装车的特点，即装载车辆所对应的车牌号在装车过程至运输过程中都为唯一存在的标识。使用伊始，利用车牌识别系统将车牌号码信息读出，并将其与装车信息进行一对一捆绑，实现装车信息标签的调读入。当需要使用装车信息时，基于其与车牌的关系，利用车牌将其标签调出，如图4所示。在具体实施过程中，快速定量装车系统分别在装载前、装载进行中和装载结束后与车牌识别系统结合使用，以实现在不同阶段读取车辆信息、车辆装车和装车信息查询等目的。

图4 配合车牌识别系统装车信息标签的使用

3.3 煤矿汽车装运管配煤系统与运销系统的结合

乌兰图嘎煤炭有限责任公司露天煤矿已经拥有成熟的运销系统，存在于办公网络中，其主要服务于轻、重磅称量方式的结算。新装载方式的引入并不需要将之前的运销系统进行替换，只需要在现有运销系统的基础上进行改造，使两个系统实现兼容使用。

首先，在实现办公服务网和工业控制网对接的物理通道下建立了网络数据系统，对运销系统的数据库部分进行了升级。如图5，在原有的过磅装车模式下，结算的基础数据信息是由过磅装车数据与合同信息进行数据加工后得到的。其装车基础信息数据库无法直接被快速定量装车数据直接使用，故进行了必要升级。升级完成后，在快速定量装车模式下，其装车所需信息可由合同信息加工得到，在完成快速定量装车过程后其装车实际信息直接存入升级后的装车基础信息数据库。这样快速定量装车模式下的生产数据可以同时被运销系统进行结算和使用[5]。

图5 运销系统数据对快速定量装车系统的兼容使用

4 露天煤矿汽车装运管配煤系统的应用情况

自煤矿汽车装运管配煤系统投入应用以来，各项指标达到设计要求，新装载点单车称重范围实现了10～50 t，装车能力超过了2 000 t/h，静态称量准确度0.1%，新装载点整个装车流程时间小于300 s。在整个装车过程中，自动化系统根据汽车信息调配车辆到相应装车点完成装车[6]。系统在整个过程中实现车辆装车点选择不出差错，同时也保证了各装载点数据的独立安全。各装载点数据融合至运销数据库中，装车数据实现统一结算。

5 结论

1) 本系统的应用提高了煤矿商品煤装车外运技术装备水平和自动化程度，减轻了工人劳动强度。

2) 有效控制了煤尘污染及汽车、装载机等噪声污染，增强企业的市场适应能力和竞争能力。

3) 促进了我国煤炭汽车外运装车向着高精度、高效率、自动化、智能化、绿色环保方向发展，以在更多煤矿领域得到推广及应用。