论文部分内容阅读
摘 要该文介绍了煤矿井下斜巷运输新型跑车防护装置的结构、工作原理及技术创新点及推广应用价值。该装置的成功应用彻底解决了斜巷采用复合运输方式的防跑车问题，消除斜巷运输安全隐患，最终实现斜巷捕车系统的自动化控制。
关键词 底升式挡车栏 缓冲拦截功能 故障显示 图像监控
中图分类号： U260 文献标识码： A
一、问题的提出
斜巷提升运输安全管理，是矿井安全生产的重要环节。保证矿井斜巷提升运输的可靠性和自动化监控，是建设数字化矿山对矿井运输提出的新要求。为杜绝斜巷运输事故的发生，保障斜巷提升运输的安全，根据《煤矿安全规程》第370条“倾斜井巷内使用串车提升时必须安设能够将运行中断绳、脱钩的车辆阻止住的跑车防护装置”的规定。经过考察、论证，我矿在330轨道下山安装了3组ZDC30-2.0底升式斜巷跑车防护装置。
二、基本情况
1、330轨道大巷下山为矿井主要运输斜巷，斜巷全长295m，采用JKB-2×1.5型绞车提升，轨道采用30kg/m钢轨铺设，巷道坡度为13.5°。
2、330轨道下山绞车载荷量为23.8吨，能提升5辆MG1.7-9D型矿车组成的串车。
3、330轨道大巷下山共安设ZDC30-2.0斜巷跑车防护装置3组，第一组设在顶盘车场变坡点以下30ｍ处，第二组设在变坡点以下150ｍ处，第三组设在底车场变坡点以上20ｍ处。
三、跑车防护装置简介
1、结构组成及特点
该装置是用于矿山斜巷轨道提升运输，阻止矿车跑车事故扩大的跑车防护装置。它主要由挡车栏、缓冲钢丝绳、气动装置、电控箱、超速传感器、报警显示器等部分组成。挡车装置由两组缓冲吸能器、挡车栏和钢丝绳组成。缓冲吸能器为板式吸能器，挡车栏網由四根6×19-26mm 钢丝绳组成，钢丝绳破断力总和Q总=460kN，每根钢丝绳长度约35m。
跑车防护装置控制系统是采用程序控制器为核心，通过新颖的底升常闭式工作方式，实现了斜巷中运输车辆通行无障碍，快速开网，高速通行新功能。
2、主要技术参数
(1)输入电压：AC127V、50HZ，允许电压波动范围-15%～+10%
(2)适用的巷道最大倾角：30°
(3)最大抗击能量：≥2×166J
(4)开网时间：≤1.2s
(5)缓冲距离：0.3-10m
(6)气源压力：≥0.5-0.6MPa
(7) 最高矿车运行速度：5m/s
(8) 额定挡车距离：80m（额定状态下）
3、工作原理
（1）采用常闭式工作模式，具有与绞车集中监控闭锁和现场实时监控双重功能，绞车停开网，绞车启动关网，跑车时通过红外雷达技术和PLC程序控制再度开网阻拦。
（2）安装在巷道顶部的雷达监测矿车运行速度，当矿车运行速度大于6m/s时，雷达输出控制信号给控制器，由此推动气缸使挡车栏的牵引机构动作，带动挡车网升起，从而拦截高速运行的矿车，矿车撞击挡车栏，缓冲器缓冲 0.3-10m 吸收动能后矿车被可靠拦住。同时输出报警信号。
4、试验情况
ZDC30-2.0型斜巷跑车防护装置自运行以来，每班运输矸石量及转运物料都在80车以上， 满足了采区开拓延深的需要。通过每旬的雷达测速测试及脱钩试验表明:该系统功能齐全，性能可靠，事故率低，使用中无设备损坏情况。同时，该系统显示准确，职工操作更加简单、方便，安全性高。
四、挡车栏钢丝绳校核计算
每列车有5辆矿车组成，每辆矿车自重为0.97吨，载重为2.7吨，则列车重量为5×（0.97+2.7）=18.35吨,斜巷坡度α为13.5°，设变坡点至挡车网距离为L，且矿车撞到挡车栏后矿车又向前移动距离S后被挡车栏可靠挡住。
矿车与轨道间的摩擦系数μ为0.015，m＝18.35×103kg
缓冲器允许冲击动能为：E=2.0MJ
根据斜坡长度计算公式：
L=E/mg（sinα-μcosα）=43.96m
设矿车撞击时瞬间的速度为v，则E =mv2 /2V=14.76 m/s
设矿车制动减速度为a，矿车碰到钢丝绳后向前移动距离S=5m后停止，则a=v2/2s=14.762/2×5=21.8m/s2
设钢丝绳总拉力FS,根据动能定理：FS·S＝E = 2.0×106/5=400KN
则每只吸能器的制动力为200KN,每根钢丝绳的拉力为F= 400/8=50KN
6×19 -26钢丝绳最小破断拉力F min为460 KN
安全系数S=460/50=9.2，符合《煤矿安全规程》的相关要求，故采用6×19- 26钢丝绳是安全的。
五、基本功能与技术创新点
1、基本功能
它是一种新型常闭式跑车防护装置，其操作灵活、故障率低。工作中它有以下功能：
（1）采用位置传感器采集信号
通过安装在轨道上的位置传感器向控制系统传输信号，提升绞车可以按信号进行提升运输，轨道也将处于正常连接状态。当落网落不到指定位置，轨道连接不当时，绞车房会进行报警，提示工作人员及维修人员排除故障，故障排除后方可进行提升。
（2）“常闭式”防护功能
在无矿车通过时，挡车网处在“常闭”状态，使整个运输巷道处于封闭状态，起到跑车防护作用，保证全断面捕车；在有矿车通过时，挡车网处于通行状态，当矿车发生跑车事故时，挡车网再度打开，迅速进行拦截，再次进入“常闭”状态。
（3）“缓冲式”拦截功能
当因断绳、脱钩而发生跑车后，矿车被拦车网拦截，挡车网随车下行，缓冲钢丝绳被抽出，将矿车具有的动能逐渐转化成缓冲机构的热能，使矿车减速以至最后停下来，实现缓冲拦截，将矿车的损伤程度降到最低，同时挡车拦处的传感器将该情况传输至状态报警显示器，由状态报警显示器发出声光报警信号。
（4）故障自动监测功能
跑车防护装置的电控系统设置了多处故障检测回路，对于机械和电气方面可能出现的故障均可做到实时监控，并在发现故障后立即触发报警电路，通知绞车操作人员立即停车进行排查。该系统紧急情况的报警电路与提升机回路实现闭锁，出现紧急情况时，提升机实现自动紧急制动。
（5）图像监控功能
该系统配有监控系统，巷道内在每组挡车栏的前方（绞车房方向）安装矿用隔爆型监控摄像头，在绞车房采用多画面工业显示器显示，有效观察防跑车装置的运行及过车情况。
2、技术创新点
（1）采用从轨道下开启的底升式挡车栏，巷道全断面无障碍，彻底解决了网打不开和运送大型综采设备物料时车辆运输刮网问题，适用于复合运输类斜巷。
（2） 常闭工作模式，绞车停开网，绞车启动关网，跑车时通过雷达测速装置与控制装置再度开网阻拦，具有跑车二次拦截功能。
（3） 挡车栏开网时间小于1.2秒，抗冲击能量达2MJ，并具有尾车控制功能。
（4） 采用先进的红外雷达技术和PLC程序控制，具有完善的故障监控功能。
六、使用效果分析
1、安全效益
ZDC30-2.0型斜巷跑车防护装置在330轨道下山的综合应用，很大程度上提高了330轨道下山防跑车装置和跑车防护装置的应急预防能力，常闭式柔性挡车拦可有效拦截跑车，同时可实现缓冲拦截；故障自动监测功能便于司机及时发现和处理事故隐患，避免了灾害事故的发生。它不但解决了巷道内运行单轨吊机车的技术难题，又对斜巷人车运行创造了很好的条件，有效的保证330轨道下山提升安全，自该设备安装使用至今，330轨道下山未发生跑车冲击下车场及伤人事故。现场试验表明，该设备性能稳定，安全可靠，使用维护方便、工作效果良好，能有效提高斜巷提升的安全系数，为矿井的安全生产提供了有力的保障。
2、经济效益
通过图像监控，实时显示挡车装置的运行状态，并且具备声光报警功能，在设备出现机械故障、电气故障或跑车拦截等情况时，状态报警显示器将第一时间发出声光报警信号，通知绞车司机和调度室人员采取相应的措施，减少了事故发生时间和机率，在一定程度上提高了330轨道下山的排矸效率和物料、设备的转运效率，使矿井开拓进尺月产水平明显提高。该系统具备的“缓冲”式拦截跑车和智能报警功能，自投入使用以来，由于操作简单，维护费用低，已取得了明显的经济效益和社会效益，有着很好的推广应用价值，市场前景良好。
3、结论
综上所述， ZDC30-2.0型斜巷跑车防护装置技术先进，性能可靠，它实现了斜巷捕车系统的自动化控制，彻底解决了斜巷跑车问题，是目前国内较为理想的斜巷跑车防护装置，随着国家对煤矿安全生产要求的提高，在倾斜井巷中安装该装置，对保障煤矿生产安全有着重要的意义。
关键词 底升式挡车栏 缓冲拦截功能 故障显示 图像监控
中图分类号： U260 文献标识码： A
一、问题的提出
斜巷提升运输安全管理，是矿井安全生产的重要环节。保证矿井斜巷提升运输的可靠性和自动化监控，是建设数字化矿山对矿井运输提出的新要求。为杜绝斜巷运输事故的发生，保障斜巷提升运输的安全，根据《煤矿安全规程》第370条“倾斜井巷内使用串车提升时必须安设能够将运行中断绳、脱钩的车辆阻止住的跑车防护装置”的规定。经过考察、论证，我矿在330轨道下山安装了3组ZDC30-2.0底升式斜巷跑车防护装置。
二、基本情况
1、330轨道大巷下山为矿井主要运输斜巷，斜巷全长295m，采用JKB-2×1.5型绞车提升，轨道采用30kg/m钢轨铺设，巷道坡度为13.5°。
2、330轨道下山绞车载荷量为23.8吨，能提升5辆MG1.7-9D型矿车组成的串车。
3、330轨道大巷下山共安设ZDC30-2.0斜巷跑车防护装置3组，第一组设在顶盘车场变坡点以下30ｍ处，第二组设在变坡点以下150ｍ处，第三组设在底车场变坡点以上20ｍ处。
三、跑车防护装置简介
1、结构组成及特点
该装置是用于矿山斜巷轨道提升运输，阻止矿车跑车事故扩大的跑车防护装置。它主要由挡车栏、缓冲钢丝绳、气动装置、电控箱、超速传感器、报警显示器等部分组成。挡车装置由两组缓冲吸能器、挡车栏和钢丝绳组成。缓冲吸能器为板式吸能器，挡车栏網由四根6×19-26mm 钢丝绳组成，钢丝绳破断力总和Q总=460kN，每根钢丝绳长度约35m。
跑车防护装置控制系统是采用程序控制器为核心，通过新颖的底升常闭式工作方式，实现了斜巷中运输车辆通行无障碍，快速开网，高速通行新功能。
2、主要技术参数
(1)输入电压：AC127V、50HZ，允许电压波动范围-15%～+10%
(2)适用的巷道最大倾角：30°
(3)最大抗击能量：≥2×166J
(4)开网时间：≤1.2s
(5)缓冲距离：0.3-10m
(6)气源压力：≥0.5-0.6MPa
(7) 最高矿车运行速度：5m/s
(8) 额定挡车距离：80m（额定状态下）
3、工作原理
（1）采用常闭式工作模式，具有与绞车集中监控闭锁和现场实时监控双重功能，绞车停开网，绞车启动关网，跑车时通过红外雷达技术和PLC程序控制再度开网阻拦。
（2）安装在巷道顶部的雷达监测矿车运行速度，当矿车运行速度大于6m/s时，雷达输出控制信号给控制器，由此推动气缸使挡车栏的牵引机构动作，带动挡车网升起，从而拦截高速运行的矿车，矿车撞击挡车栏，缓冲器缓冲 0.3-10m 吸收动能后矿车被可靠拦住。同时输出报警信号。
4、试验情况
ZDC30-2.0型斜巷跑车防护装置自运行以来，每班运输矸石量及转运物料都在80车以上， 满足了采区开拓延深的需要。通过每旬的雷达测速测试及脱钩试验表明:该系统功能齐全，性能可靠，事故率低，使用中无设备损坏情况。同时，该系统显示准确，职工操作更加简单、方便，安全性高。
四、挡车栏钢丝绳校核计算
每列车有5辆矿车组成，每辆矿车自重为0.97吨，载重为2.7吨，则列车重量为5×（0.97+2.7）=18.35吨,斜巷坡度α为13.5°，设变坡点至挡车网距离为L，且矿车撞到挡车栏后矿车又向前移动距离S后被挡车栏可靠挡住。
矿车与轨道间的摩擦系数μ为0.015，m＝18.35×103kg
缓冲器允许冲击动能为：E=2.0MJ
根据斜坡长度计算公式：
L=E/mg（sinα-μcosα）=43.96m
设矿车撞击时瞬间的速度为v，则E =mv2 /2V=14.76 m/s
设矿车制动减速度为a，矿车碰到钢丝绳后向前移动距离S=5m后停止，则a=v2/2s=14.762/2×5=21.8m/s2
设钢丝绳总拉力FS,根据动能定理：FS·S＝E = 2.0×106/5=400KN
则每只吸能器的制动力为200KN,每根钢丝绳的拉力为F= 400/8=50KN
6×19 -26钢丝绳最小破断拉力F min为460 KN
安全系数S=460/50=9.2，符合《煤矿安全规程》的相关要求，故采用6×19- 26钢丝绳是安全的。
五、基本功能与技术创新点
1、基本功能
它是一种新型常闭式跑车防护装置，其操作灵活、故障率低。工作中它有以下功能：
（1）采用位置传感器采集信号
通过安装在轨道上的位置传感器向控制系统传输信号，提升绞车可以按信号进行提升运输，轨道也将处于正常连接状态。当落网落不到指定位置，轨道连接不当时，绞车房会进行报警，提示工作人员及维修人员排除故障，故障排除后方可进行提升。
（2）“常闭式”防护功能
在无矿车通过时，挡车网处在“常闭”状态，使整个运输巷道处于封闭状态，起到跑车防护作用，保证全断面捕车；在有矿车通过时，挡车网处于通行状态，当矿车发生跑车事故时，挡车网再度打开，迅速进行拦截，再次进入“常闭”状态。
（3）“缓冲式”拦截功能
当因断绳、脱钩而发生跑车后，矿车被拦车网拦截，挡车网随车下行，缓冲钢丝绳被抽出，将矿车具有的动能逐渐转化成缓冲机构的热能，使矿车减速以至最后停下来，实现缓冲拦截，将矿车的损伤程度降到最低，同时挡车拦处的传感器将该情况传输至状态报警显示器，由状态报警显示器发出声光报警信号。
（4）故障自动监测功能
跑车防护装置的电控系统设置了多处故障检测回路，对于机械和电气方面可能出现的故障均可做到实时监控，并在发现故障后立即触发报警电路，通知绞车操作人员立即停车进行排查。该系统紧急情况的报警电路与提升机回路实现闭锁，出现紧急情况时，提升机实现自动紧急制动。
（5）图像监控功能
该系统配有监控系统，巷道内在每组挡车栏的前方（绞车房方向）安装矿用隔爆型监控摄像头，在绞车房采用多画面工业显示器显示，有效观察防跑车装置的运行及过车情况。
2、技术创新点
（1）采用从轨道下开启的底升式挡车栏，巷道全断面无障碍，彻底解决了网打不开和运送大型综采设备物料时车辆运输刮网问题，适用于复合运输类斜巷。
（2） 常闭工作模式，绞车停开网，绞车启动关网，跑车时通过雷达测速装置与控制装置再度开网阻拦，具有跑车二次拦截功能。
（3） 挡车栏开网时间小于1.2秒，抗冲击能量达2MJ，并具有尾车控制功能。
（4） 采用先进的红外雷达技术和PLC程序控制，具有完善的故障监控功能。
六、使用效果分析
1、安全效益
ZDC30-2.0型斜巷跑车防护装置在330轨道下山的综合应用，很大程度上提高了330轨道下山防跑车装置和跑车防护装置的应急预防能力，常闭式柔性挡车拦可有效拦截跑车，同时可实现缓冲拦截；故障自动监测功能便于司机及时发现和处理事故隐患，避免了灾害事故的发生。它不但解决了巷道内运行单轨吊机车的技术难题，又对斜巷人车运行创造了很好的条件，有效的保证330轨道下山提升安全，自该设备安装使用至今，330轨道下山未发生跑车冲击下车场及伤人事故。现场试验表明，该设备性能稳定，安全可靠，使用维护方便、工作效果良好，能有效提高斜巷提升的安全系数，为矿井的安全生产提供了有力的保障。
2、经济效益
通过图像监控，实时显示挡车装置的运行状态，并且具备声光报警功能，在设备出现机械故障、电气故障或跑车拦截等情况时，状态报警显示器将第一时间发出声光报警信号，通知绞车司机和调度室人员采取相应的措施，减少了事故发生时间和机率，在一定程度上提高了330轨道下山的排矸效率和物料、设备的转运效率，使矿井开拓进尺月产水平明显提高。该系统具备的“缓冲”式拦截跑车和智能报警功能，自投入使用以来，由于操作简单，维护费用低，已取得了明显的经济效益和社会效益，有着很好的推广应用价值，市场前景良好。
3、结论
综上所述， ZDC30-2.0型斜巷跑车防护装置技术先进，性能可靠，它实现了斜巷捕车系统的自动化控制，彻底解决了斜巷跑车问题，是目前国内较为理想的斜巷跑车防护装置，随着国家对煤矿安全生产要求的提高，在倾斜井巷中安装该装置，对保障煤矿生产安全有着重要的意义。