斜巷防跑車系統的應用與研制

王坦果

(山西義棠煤業有限責任公司，山西 介休 032000)

斜巷運輸是井下作業的一個重要環節，礦車在斜巷道運輸過程中因脫鉤、斷繩、掉軌等引起礦車發生跑車事故，造成重大的財產損失和人員傷亡。根據《煤礦安全規程》的規定:在斜巷提升運輸巷道中必須安裝可靠的防跑車裝置［1］。斜巷防跑車系統用于檢測和控制斜巷運輸的工作過程，對突發事故及時動作以避免事故的發生。目前，防跑車裝置主要分為常開式和常閉式。常開式防跑車的工作原理是在正常工作情況下，擋車欄為打開狀，只有在發生跑車、脫鉤、斷繩等事故時，控制器發出指令，擋車欄下降，蓄能器工作從而攔截跑車。但很可能在事故發生時，控制器無信號或失誤導致擋車欄無動作，或動作不及時而造成礦井事故。因此，在斜巷提升運輸巷道中常采用一坡三擋的常閉式結構，該制動結構在工作狀態下擋車欄為關閉狀態，當傳感器顯示值在設定的范圍內，即礦車為安全運行狀態時，控制器發出指令，控制擋車欄打開，礦車安全通行，該常閉式防跑車系統可以準確可靠地防止跑車的發生，可靠的斜巷防跑車系統可提高斜巷道工作的安全系數，保障安全生產和礦工的人身安全。

1 整體設計

斜巷防跑車系統的工作原理見圖1，該防跑車安全制動系統由平巷阻車器(12)、壓力傳感器(11)、速度測試器(9)、斜巷蓄能制動器(8)、擋車欄組件(7)以及信號控制器(2)等部分組成。

圖1 斜巷防跑車系統原理圖

阻車器主要用于礦車在平巷運行時的通行制動，斜巷蓄能制動器安裝在斜坡處，在距離坡頂口s1處安裝一組由蓄能器和擋車欄組成的制動裝置，在距離坡低s2處安裝另一組制動裝置，s1和s2斜巷道中間部分再安裝一組制動裝置，即一坡三擋裝置，具體安裝情況也可以根據井下斜巷的實際長度和坡角選擇設置幾處擋車攔制動裝置，可以有效地起到安全制動的作用。當礦車運行正常時，擋車欄升起，礦車安全通過，當發生跑車事故時，擋車欄不升起，礦車撞擊擋車欄致使脫扣器斷開，蓄能器作用攔截礦車，防止礦車加速滑落礦底，造成礦井內碰撞等引起的爆炸等重大礦井事故，也保障了在井下礦工的人身安全。當發生跑車時，礦車撞擊擋車欄，根據撞擊性質，分為剛性撞擊和柔性撞擊，常采用的是剛性撞擊，柔性撞擊雖然在一定程度上具有緩沖性能，但在安裝和實際工作中未能達到礦車安全通過的要求，所以常采用剛性撞擊擋車欄，其緩沖要求在蓄能器設計中可以優化其結構，起到緩沖制動的作用。

2 蓄能制動機構

設計的防跑車監控系統為保障制動動作的可靠性，蓄能器采用純機械結構的制動方式，通過電控系統配合監測，以保障整個系統的安全正常工作。目前，市場上蓄能器的種類繁多，根據原理大致分為以下幾類:壓板式、楔形塊式、彈簧式和多盤式。后三種制動方式均具有一定的緩沖性能，在發生跑車時，若無緩沖性能，瞬間的沖擊力很可能導致攔截跑車的鋼絲繩斷裂，無法可靠地攔截礦車，但不足之處在于:楔形塊制動中楔形槽長度、彈簧式制動中彈簧變形量、多盤式制動中蝶形片變形量的限制，不適用于較大制動力的情況，否則制動時間短，制動力大，作用效果不佳。

綜合目前實際井下作業環境，壓板式蓄能器應用較為廣泛，其機構原理示意圖見圖2。為實現緩沖性能，安裝時，對壓板式蓄能器進行一些優化，略增大上下壓板間的距離可減少摩擦力，在剛發生斷繩時，制動力僅為鋼絲繩滑過上下壓板間產生的摩擦力，繩卡被卡住的越多，制動力越大，制動力逐漸增大直至完全攔截礦車。其安裝時需要根據具體工礦，設定上下壓板間距離，距離過小會導致無緩沖，發生跑車時瞬間沖擊力損壞設備，甚至導致攔截的鋼絲繩斷裂。距離過大，則導致制動失敗，無法起到制動的效果。

圖2 壓板式蓄能器示意圖

3 信號控制系統

信號控制系統采用西門子S7系列PLC控制機。信號控制系統硬件組成見圖3。

圖3 系統硬件組成示意圖

制動部分由擋車欄構成，是整個系統的動作部分。測量部分由壓力和速度傳感器組成，測量跑車運行狀況是否為正常工作狀態，則其性能的好壞決定了該系統的安全可靠性，采用壓力和速度兩個數據輸出，增加安全可靠性，防止一個工作實效而未能準確檢測出故障的發生，致使擋車欄無動作。采用采集卡傳送測量數據至PC機，通過程序設定工作狀態，操作PC機可以簡單有效地控制礦車的正常安全運行，其系統工作流程見圖4。

圖4 系統工作流程圖

上電后，壓力傳感器、速度測試器處于待機工作狀態，當礦車無跑車事故發生，壓力傳感器、速度測試器顯示值在設定的范圍內，礦車下行時，絞車開始啟動運行，礦車運行，通過深度指示器顯示礦車運行的位置，在PLC內部設定礦車到達擋車欄前后的升降信號，當礦車到達PLC內部設定的距離值后，主控PLC發出信號給控制箱，控制箱中控制擋車欄動作的提升機啟動，使擋車欄升起。升到位后，限位傳感器發出到位信號，PLC控制提升機停止旋轉。當礦車通過擋車欄后，主控PLC發出下降擋車欄信號給控制箱，控制電機啟動，擋車欄下放。放到位后，限位傳感器發出下放到位的信號，PLC控制提升機停止運轉，使擋車欄處于關閉狀態。當礦車發生跑車時，壓力傳感器、速度測試器顯示異常，控制語音報警器，警笛聲提示此時為“非安全工作狀態”，擋車欄無動作，處于防護跑車狀態。

4 結束語

該斜巷運輸系統采用一坡三擋的設置方式，具有整套完善的安全制動設備，能較可靠地減少跑車事故的發生，在實際斜巷運輸中應用廣泛。

［1］徐曉明，任爭香，羅建中，等.KFP －BG 斜巷防跑車裝置［J］.煤礦機械，2011，32(2):130 －131.

［2］曹 艷.斜井防跑車緩沖蓄能裝置應用設計［J］.煤礦機械，2012，33(7):154－155.

［3］陸興華，劉金龍，黃傳輝.斜井防跑車裝置［J］.煤礦機械，2006，27(2):293－295.

［4］杜 磊，冀捐灶，劉家章，等.一種高可靠常閉型斜井防跑車裝置［J］.煤礦安全，2005，36(6):31－33.