煤礦井下架空索道存在缺陷及安全保護新技術

張慶軍 王學軍

(1.肥城白莊煤礦有限公司，山東 肥城271623；2.山東煤礦安全監察局 魯中監察分局，山東 濟南250031)

1 煤礦井下架空索道簡介

地下礦用架空索道屬于無極繩運輸系統，其基本工作原理為驅動裝置的電動機帶動減速器與其直聯的驅動輪轉動，并依靠驅動輪(帶襯墊)和牽引索之間的摩擦帶動牽引索和吊椅，在線路上不停地循環運行，完成運送人員的任務。整個索道主要由機頭驅動裝置、托繩輪、四輪托（壓）繩輪組、吊椅組件、同向捻鋼絲繩（運載索）、機尾組件、機尾張緊裝置、電控系統等組成，其基本結構如圖1 所示。

圖1 地下礦用架空索道結構

2 架空索道安全保護存在缺陷

由于各生產廠家設計制造能力參差不齊，各礦井在用設備很多不能滿足國家規范的要求，主要存在以下幾個方面的問題：首先，與速度相關的保護功能不全，過速、欠速保護、反轉保護信號選取不穩定或制動不靈活；其次，沿途無急停裝置，設備運行過程中發生緊急情況，途中很難緊急制動；再次，驅動裝置僅有工作制動器無安全制動器。由于上述問題的存在以及井下使用環境的影響，地下礦用架空索道運行故障和傷人事件時有發生。

3 安全保護裝置的優化設計

3.1 安裝旋轉軸編碼器，增加與速度相關的保護功能

在電機軸、驅動輪和壓繩輪上分別安裝旋轉軸編碼器，如圖2 所示。電控系統采集旋轉軸編碼器脈沖信號。正常運行時，各部位的速度短時間內變化范圍不大，一般規定速度在5 秒之內允許變動10%-15%（變動范圍和時間限定可根據現場實際情況調整），在此范圍內，各部位出現的速度波動可認為是正常擾動，保護裝置不動作。當任一部位的速度波動超出允許變動范圍和限定時間，則可判定發生事故或出現不正常運行情況，電控系統保護動作斷電，制動閘抱閘，迅速停車制動。

圖2 旋轉軸編碼器在電動機、壓繩輪及驅動輪上的安裝

3.2 沿途安設急停裝置

緊急停車裝置由主機柜和多個急停開關組成，主機柜放置在井下索道控制柜旁邊，能夠顯示各個急停開關的動作情況。急停開關沿人行下山分段布置，安裝于巷道一側。主機柜和各急停開關裝有通話裝置，以便了解沿線情況。

井下索道沿途分段安設緊急停車裝置，可在發生意外和緊急情況下，就地按動急停開關，停車信號送至主機柜，主機柜控制井下索道斷電，制動閘抱閘，停車制動，急停開關按下后無法自動彈回，需人工旋轉使其復位，方可開車。

3.3 增加井下索道制動裝置

現階段，該種設備普遍只有一道液壓制動裝置，安裝在電機和減速箱之間的聯軸器上。此時，若減速箱與驅動輪的連接軸發生斷軸事故后，就無法對整個井下索道實施安全可靠的制動。因此，在對電控系統改造的同時在驅動輪上安裝一副制動閘瓦，它的動作和原有的電力液壓制動裝置一致，當啟動井下索道時，兩副閘同時松開，經過延時后主電機起動，井下索道進入運行。當按下停止按鈕或保護動作后，主電機電源切斷，兩副閘同時抱閘，制動迅速。

3.4 研制楔形捕繩器

利用罐籠防墜器滑楔捕繩制動原理，在架空乘人裝置上車場，靠近驅動輪側，安裝自主研制的楔形捕繩器，與驅動輪液壓制動閘聯動；在出現驅動輪已制動，鋼絲繩克服與驅動輪輪襯之間的摩擦力繼續下滑時，有效將鋼絲繩抱住，實現滑繩保護。

3.5 采用紅外人員感應器，實現無人值守功能

通過紅外感應人員的上、下車情況，自動實現慢速運行和高速運行相互轉換。

（1）當井下索道正常運行時，通過紅外人員感應器感應到人員上車后給電控系統發出一個上升觸發信號，使系統輸出一個高速控制信號，中間繼電器斷電使其常閉點閉合，從而使變位電阻1R 接通輸出高速頻率進而使電機在高速狀態運行。

（2）當無人乘車時，計時器定時12min 后給電控系統一個下降觸發信號，使系統輸出低速控制信號，中間繼電器吸合使其常開點閉合，使變位電阻2R 接通從而輸出低速頻率進而使電機在低速狀態運行。

4 新型設計應用效果

4.1 新型設計應用后安全保護系統的技術優勢

4.1.1 速度檢測和控制技術

利用旋轉軸編碼器，以電機軸速為基準，采集電機軸、驅動輪和壓繩輪運行的脈沖信號送入PLC，通過程序處理，變成歸整的速度值，時刻監測三個部位的速度，判斷井下索道運行狀況.一旦出現異常，PLC切斷電動機電源，驅動輪液壓制動閘和安裝在電機與減速箱之間的聯軸器上液壓閘動作，從而實現斷軸保護；滑繩保護；過速、欠速保護；反轉保護。

4.1.2 楔形捕繩器

楔形捕繩器，與驅動輪液壓制動閘聯動；當按下停止按鈕或保護動作后，主電機電源切斷，制動閘和安全閘同時抱閘；在出現驅動輪已制動，由于單側承載超限或驅動輪襯塊與鋼絲繩之間的摩擦系數較小，鋼絲繩克服與驅動輪輪襯之間的摩擦力繼續下滑時，延時動作，有效將鋼絲繩抱住，實現滑繩保護。

4.1.3 KTC101 控制系統

嵌入式系統、可靠的現場CAN 總線技術，加上豐富的系統接口，構成了KTC101 系統。KTC101 系統是具集控、檢測、保護、通話、語言報警于一體的控制系統。系統采用了先進的工業嵌入式計算機（PC340）控制和現場CAN 總線技術，完成集中＋分布式控制，兩條控制沿線4＋4 公里內不需要中繼；主控采用10.4吋液晶顯示屏，以彩色圖形、動畫、漢字的形式給出設備各種狀態，無論是參數設定還是故障位置均以漢字顯示；除電源箱外，系統其他所有部件均為安全型設備，從而使系統的密封至少達到了IP54 標準，接插件達到了IP67。其操作簡單、維護方便，具有抗干擾、高兼容性、隔爆等特點。

4.2 取得的經濟效益

4.2.1 直接經濟效益

該技術在三家煤礦應用時，縮短職工到達現場時間，年延長原煤生產時間分別為3.5 天、4 天、3 天； 節約電費分別為8 萬元、5 萬元、5萬元；年節約檢修費分別為：7.5 萬元、13 萬元、7 萬元。

4.2.2 間接經濟效益

國內煤炭企業眾多，隨著當代采礦技術的不斷發展，對井下索道的要求也不斷提高，除了能夠適應礦井的巷道布局形式和具有機械運人的基本功能以外，還要具有高安全性、高可靠性。項目的改造和成功運行，將對礦井高效、安全運送人員上起到巨大的推動作用，對降低工人的勞動強度，改善工作環境，具有非常重要的現實意義。

5 結語

優化設計后，系統防掉繩保護，松繩保護能力大幅提高，具有了拉線急停功能、滑繩保護；整個系統運行更加平穩，減小了系統沖擊及噪音，使得乘坐人員更加安全舒適；同時，在系統實現無人值守后，系統自動化程度提高，操作更加簡便。

［1］宋梁亮，葛笑寒.猴車系統使用與改造[J].輕工科技，2012，166(9):72-73.

［2］姜漢軍.礦井輔助運輸設備[M].徐州：中國礦業大學出版.