俄霍布拉克煤礦副斜井在線常閉式跑車防護裝置的研究與應用

摘 要：文章分析了俄霍布拉克煤礦副斜井撞桿式機械觸發(fā)跑車防護裝置的不足，重新設計選型了一種新型自動在線常閉式跑車防護裝置，并對其性能、結構、原理、功用進行了闡述。經現場使用，該裝置性能穩(wěn)定，工作可靠，杜絕了斜巷跑車事故，保證了提升安全，提高了運輸效率，綜合效果良好，值得大力推廣應用。

關鍵詞：斜巷；常閉；跑車；防護裝置；研究；應用

引言

我國煤礦斜巷軌道運輸量大，每年因誤操作、斷繩、連接裝置脫落、斷裂等原因發(fā)生的溜車、跑車惡性事故頻繁。據統計，全國煤礦重大事故中機運事故占總數的20%-30%，而斜巷跑車事故占機運事故的8%。所以防治跑車事故刻不容緩。據此《煤礦安全規(guī)程》370條要求，煤礦傾斜井巷內必須安設能夠將運行中斷繩、脫鉤的車輛阻止住的跑車防護裝置。該裝置必須經常關閉，放車時方準打開；兼作行駛人車的斜巷，在提升人員時，必須是常開狀態(tài)，并能可靠的鎖住。故斜巷軌道運輸不但要安設跑車防護裝置，而且要動作靈敏可靠。

1 俄霍布拉克煤礦副斜井原跑車防護裝置的問題

俄霍布拉克煤礦（簡稱俄礦）副斜井原有的斜巷跑車防護裝置為撞桿機式械觸發(fā)捕車器。該種防跑車裝置主要由活動桿、撞板及觸發(fā)機構、擋車欄和其它連接件組成，其中活動桿是擋車欄的主要引動部件，如圖1所示。

圖1 撞桿式跑車防護裝置示意圖

擋車門為柔性鋼絲繩網門，結構簡單有緩沖性，能保護礦車，該裝置的特點是靠車輛碰撞觸發(fā)，不需外加動力，裝置容易實施，斜巷捕車能夠起到一定作用，但經現場使用也存在不少安全問題：

（1）穩(wěn)定性差易誤動作。這種裝置只適應車輛低速運行，速度一般不超過2m/s，當超過時，隨著車的快速運行撞桿就會被碰撞，獲得動能，向前擺動，撞桿角度超過一定度數時，驅動機構脫扣，擋車欄落下，車輛被攔截。但是撞桿是自由懸垂體，車輛碰撞力度難以精準控制，掛鉤脫扣機構難以調整，走車頻繁時撞桿碰撞也頻繁，經常誤動作，將正常運行的車輛阻翻車產生事故。特別由于礦井改擴建后副井絞車的提升速度達到5m/s，顯然老式的捕車器已經不能適應快速過車了，經常性的被碰掉發(fā)生誤動作事故。

（2）拒動。時有雖然車輛沖擊撞桿動作，但由于脫扣機構卡死或不夠光滑而不能脫扣，擋車欄不能落下，溜車竄過攔不住，造成斜井跑車事故。

（3）受限多。正常運行撞桿的碰車長度為100mm，當運輸支架大件時因巷道高度不夠影響通行，需要將撞桿拆除；運輸低矮的平板車或兩端中部為空檔的材料車時撞桿又碰不著，失去作用。

（4）該裝置屬于常開式保護與煤礦安全規(guī)程要求不符。這些問題的存在嚴重影響礦井安全生產，因此急需一種新型可靠的斜井跑車防護裝置替代老式裝置。

2 新型防跑車裝置的選型

按照“以防為主、防擋并重”的原則。經過考察論證、慎重分析，我們選用了國內相對成熟的ZDC30型在線常閉式跑車防護裝置，主要由擋車欄、電控箱、旋轉編碼器、狀態(tài)顯示器、收放絞車、本安型電控箱、擋車欄位置傳感器、攝像頭等設備組成。其核心是采用PLC控制器控制擋車欄的提升與下放，正常提物情況下，擋車欄處于常閉狀態(tài)。當絞車運行，礦車到達設定位置，擋車欄自動升起，礦車通過后，擋車欄自動下放。當礦車跑車、溜車超速時，PLC會命令擋車欄對跑車進行可靠的攔檔，阻止礦車繼續(xù)下行，避免事故的發(fā)生。配備的顯示器能夠及時準確地反映各機構的工作情況，司機通過視頻攝像頭能看見擋車欄的動作情況，如圖2所示。

圖2 在線常閉式跑車防護裝置結構示意圖

3 新型跑車防護裝置的參數驗算

3.1 俄礦副斜井的基本參數

副斜井總長為1120m，單軌道單鉤提升；斜巷坡度：15°；絞車正常提升速度v0=5m/s；中間甩道巷數：520、+1700、+1732；滿載為6個礦車串車，總質量9000kg。巷道斷面見圖3所示。

圖3 副井巷道斷面示意圖

3.2 擋車欄抗沖擊能計算

跑車防護裝置擋車欄采用壓盤摩擦式吸能器，類似艦載機著陸的柔性減速吸能設計，技術領先，吸能量大，可以使礦車的損傷程度降到最低。此裝置中，考慮現場安裝時吸能器與擋車欄間將形成8°的夾角，故將單臺吸能器緩沖力調整范圍為0～240KN，則單臺吸能器實際吸收的緩沖力為0～250×COS8°=0～238KN，考慮2倍的安全系數取110KN計算。所以每道擋車欄設2臺吸能器，則合力為220KN。

由吸能器儲繩長度S=0～20m（可選），取S=10m計算，兩臺吸能器可儲能為：E=F×S=2.2MJ。

3.3 鋼絲繩安全系數校驗

擋車欄緩沖用6×37-Φ22型鋼絲繩，經查表該型鋼絲繩破斷力為300KN。安全系數n=300×4/110=9.5，滿足設計要求。

3.4 擋車欄防護距離及欄數確定

對于長距離巷道應采用安裝多道擋車欄來保證裝置的可靠性，即分檔防護的方式。現在把緩沖距離改為20m，則吸能為4.4MJ，由此可得擋車欄防護允許的最大距離變?yōu)?×97=194m，斜井長度1120m，所以需要布置跑車防護裝置的數量為k=1120/194=5.7，斜井需要布置跑車防護裝置6套，方能滿足安全要求。

3.5 實際擋車欄安裝位置確定

由于擋車欄存在開啟提前量，這將形成防護盲區(qū)，會增加下一道防護裝置的沖擊能，因此第二道防護裝置設計時的防護距離中減去這個盲區(qū)為實際安裝距離，即下一套擋車欄安裝距離L1=L-4V，其中4為擋車欄開啟時間，V為礦車運行速度。本裝置擋車欄開啟的提前量為24m（礦車運行速度為5m/s時，擋車欄打開時間為4s，安全余量為4m，則擋車欄開啟的提前量24m），因此，單道擋車欄打開時將產生24m的盲區(qū)，在這段距離發(fā)生跑車會使下一道擋車欄遭受更大的沖擊能量，因此，作為補償，從第二道往后，每一道擋車欄的最大擋車距離應比理論值小24m。因此，安裝擋車攔時應根據礦車運行速度，考慮安全余量，計算出擋車攔打開提前量后確定安裝位置。

4 主要功能

系統裝置主要功能有：

4.1 巡檢監(jiān)控功能：裝置能夠實現正常狀態(tài)、報警狀態(tài)的監(jiān)控。對各部件的工作情況進行巡檢，特別是對擋車欄（車擋）的位置自檢，最大限度地避免了系統的誤動作。

4.2 執(zhí)行功能：裝置在檢測到信號后，能夠有效驅動收放絞車動作，實現擋車欄的上提和下放。

4.3 擋車功能：擋車系統中擋車欄應常閉，具有跑車防護功能，正常運輸時確保擋車欄的上提和下放，當跑車時，能夠準確攔截車輛。

4.4 緩沖功能：擋車欄在受到車輛沖擊時，能夠有效緩沖車輛的沖擊力，使車輛的損壞降到最小。

4.5 常閉單向迫開功能：當擋車欄處于閉合狀態(tài)時，礦車正常反向運行時，擋車欄具有反向迫開功能。

4.6 視頻監(jiān)視功能：司機在絞車房可通過視頻系統直觀顯示擋車門的開閉和車輛通過情況。

4.7 顯示功能：系統具有車位距離數字顯示，具有各傳感器及擋車攔動作模擬顯示，具有故障自動監(jiān)測及故障部位代號顯示。窗口采用大型液晶藍屏和LED點陣燈顯示，視角大、亮度高、觀察直觀。

4.8 具有擋車欄手動、自動操作功能和提起后的鎖定功能。

4.9 具有與提升機聯機、脫機功能，具有跑車故障報警并與絞車聯鎖功能。

5 跑車防護裝置的構成

該套跑車防護裝置主要由以下部分組成：

5.1 專用主電控箱。固定在提升機房內，提供跑車防護裝置用狀態(tài)顯示器DC24V電源及編碼器、擋車欄傳感器DC24V電源，配有PLC控制器，是整個系統的核心，接收編碼器的脈沖信號和擋車欄位置傳感器信號并進行監(jiān)測、計算、判斷，發(fā)出信號，來控制外部執(zhí)行機構。當跑車和裝置故障時，電控箱故障繼電器使提升礦車絞車、收放絞車停轉，并發(fā)出報警。

5.2 狀態(tài)顯示器。安裝在提升機房，便于司機操作監(jiān)視地方。由觸發(fā)電路和液晶顯示器組成，它接收電控箱發(fā)出的信號并顯示，同時發(fā)出按鈕控制信號，能準確顯示系統的運行狀態(tài)和擋車欄的打開、關閉、聯脫機、自動、手動、運行方向和目前礦車的運行位置和速度。

5.3 編碼器。安裝在絞車的深度指示器上，與提升機一起旋轉，檢測礦車上提、下放距離、方向、速度，安裝位置如圖4所示。

5.4 本安位置傳感器。用以檢測擋車欄升起和落下的位置和到位情況，并向本安電控箱反饋信號。

5.5 本安電控箱。用以控制外部執(zhí)行機構，接收主電控箱的指令完成對各擋車欄的提升和下放， 并將擋車攔的位置信號傳送給主控站。安裝在收放絞車附近的巷道硐室。

5.6收放絞車。在主控制箱PLC的控制下實現擋車欄的提升、下放，屬執(zhí)行機構。由減速器、電機、滾筒、底板、限位裝置等組成，結構及安裝位置如圖5所示。

圖5 收放絞車示意圖

5.7 擋車欄和緩沖器。擋車欄用以攔住脫鉤的跑車，其外形如圖6所示，圖中L為擋車攔下放到位后能使四根鋼絲繩有效防護礦車的距離；緩沖器與鋼絲繩摩擦用以吸收跑車的沖擊能量，達到阻車目的，屬于吸能器如圖7a所示，其鋼絲繩尾部繩卡分布如圖7b所示。

圖6 擋車欄緩沖器示意圖

圖7a 緩沖器內部結構示意圖

圖7b 鋼絲繩尾部繩卡分布圖

6 跑車防護裝置的工作原理

6.1 基本工作原理

跑車防護裝置采用安裝在提升絞車深度指示器上的專用旋轉脈沖編碼器作為測距傳感器，專用主電控箱內PLC作為控制核心，正常提物情況下，擋車欄處于常閉狀態(tài)。提升機啟動時，電控箱內PLC對編碼器旋轉發(fā)生脈沖進行計數，PLC根據計數的結果判斷出礦車所在的位置、速度和運行方向，在自動狀態(tài)檢測到礦車的位置為設定提升點、下降點時或手動狀態(tài)接收到狀態(tài)顯示器上提、下放信號時，PLC發(fā)出上升指令給井下的本安型就地電控箱，從而控制收放絞車動作，擋車欄提升或下放，狀態(tài)顯示器顯示擋車欄狀態(tài)。

當發(fā)生跑車時，礦車沖擊擋車欄，緩沖器緩沖0.3～10m（最大為20m）后礦車被可靠攔住，主電控箱接收到信號處理后，發(fā)出報警聲，同時斷開提升機安全回路。其工作原理框圖如圖8所示。

圖8 跑車防護裝置工作原理框圖

6.2 狀態(tài)顯示器與擋車欄的動作關系原理

當礦車正常運行時，將狀態(tài)顯示器功能選擇按鈕處于“自動”狀態(tài)，“自動”顯示燈亮，狀態(tài)顯示器顯示目前的礦車位置。

① 礦車下行。狀態(tài)顯示器顯示米數增計數，當礦車到達設定位置（距離標定點S1=L-（L1+V2×H/V1）-4米，電控箱控制收放絞車將擋車欄提升，此時“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最高位置；當礦車到達設定位置（距離標定點S2=L+4米），電控箱控制收放絞車將擋車欄下放，此時“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最低位置。

②礦車上行。顯示器顯示米數減計數，當礦車到達設定位置（距離標定點S3=L+V2×H/V1+4米）電控箱控制收放絞車將擋車欄提升，此時“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最高位置；當礦車到達設定位置（距離標定點S4=L-L1米），電控箱控制收放絞車將擋車欄下放，此時“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最低位置。

上述S1-下行礦車在擋車欄提起時距標定點距離；S2-下行礦車在擋車欄下放時距標定點距離；S3-下行礦車在擋車欄提起時距標定點距離；S4-下行礦車在擋車欄下放時距標定點距離；L-擋車欄距離標定點（即零點）的距離；L1-串車的長度；V1-收放絞車的提升速度；V2-串車的運行速度；H-擋車欄的提升高度。

7 跑車防護裝置的應用情況

該裝置在俄礦副井使用以來具有以下優(yōu)點：

7.1 裝置控制技術先進，功能強大，一臺主機集中控制多個擋車欄，結構簡單，性能穩(wěn)定，控制精準；具備系統自檢功能、斷電記憶功能、傳感器失效保護功能、參數調整、與絞車聯機等功能；

7.2裝置能夠準確確定車輛運行位置，將擋車欄的提升中、提升到位、下放中、下放到位的狀態(tài)信息在聲光顯示器上顯示，指示檔車欄動作、控制故障報警，配合視頻監(jiān)控，便于及時發(fā)現處理問題，具有人性化的界面；

7.3擋車欄采用電動升降，位置可以鎖定，采用壓盤摩擦式緩沖吸能器，緩沖效果好，破壞力小，能把礦車損傷降到最低，安全性高。

8 結束語

該裝置投入以來系統工作穩(wěn)定，安全可靠，基本無故障，杜絕了斜巷跑車事故，而且系統功能強大，操作簡單、維護方便，提高了副井提升效率，受到良好的安全經濟效果，值得大力推廣應用。

作者簡介：陳國強（1972-），男，江蘇金壇人，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學礦山機電專業(yè)，研究生學歷，碩士學位，現為徐礦集團天山礦業(yè)有限責任公司機電副總經理，高級工程師。

4 主要功能

系統裝置主要功能有：

4.1 巡檢監(jiān)控功能：裝置能夠實現正常狀態(tài)、報警狀態(tài)的監(jiān)控。對各部件的工作情況進行巡檢，特別是對擋車欄（車擋）的位置自檢，最大限度地避免了系統的誤動作。

4.2 執(zhí)行功能：裝置在檢測到信號后，能夠有效驅動收放絞車動作，實現擋車欄的上提和下放。

4.3 擋車功能：擋車系統中擋車欄應常閉，具有跑車防護功能，正常運輸時確保擋車欄的上提和下放，當跑車時，能夠準確攔截車輛。

4.4 緩沖功能：擋車欄在受到車輛沖擊時，能夠有效緩沖車輛的沖擊力，使車輛的損壞降到最小。

4.5 常閉單向迫開功能：當擋車欄處于閉合狀態(tài)時，礦車正常反向運行時，擋車欄具有反向迫開功能。

4.6 視頻監(jiān)視功能：司機在絞車房可通過視頻系統直觀顯示擋車門的開閉和車輛通過情況。

4.7 顯示功能：系統具有車位距離數字顯示，具有各傳感器及擋車攔動作模擬顯示，具有故障自動監(jiān)測及故障部位代號顯示。窗口采用大型液晶藍屏和LED點陣燈顯示，視角大、亮度高、觀察直觀。

4.8 具有擋車欄手動、自動操作功能和提起后的鎖定功能。

4.9 具有與提升機聯機、脫機功能，具有跑車故障報警并與絞車聯鎖功能。

5 跑車防護裝置的構成

該套跑車防護裝置主要由以下部分組成：

5.1 專用主電控箱。固定在提升機房內，提供跑車防護裝置用狀態(tài)顯示器DC24V電源及編碼器、擋車欄傳感器DC24V電源，配有PLC控制器，是整個系統的核心，接收編碼器的脈沖信號和擋車欄位置傳感器信號并進行監(jiān)測、計算、判斷，發(fā)出信號，來控制外部執(zhí)行機構。當跑車和裝置故障時，電控箱故障繼電器使提升礦車絞車、收放絞車停轉，并發(fā)出報警。

5.2 狀態(tài)顯示器。安裝在提升機房，便于司機操作監(jiān)視地方。由觸發(fā)電路和液晶顯示器組成，它接收電控箱發(fā)出的信號并顯示，同時發(fā)出按鈕控制信號，能準確顯示系統的運行狀態(tài)和擋車欄的打開、關閉、聯脫機、自動、手動、運行方向和目前礦車的運行位置和速度。

5.3 編碼器。安裝在絞車的深度指示器上，與提升機一起旋轉，檢測礦車上提、下放距離、方向、速度，安裝位置如圖4所示。

5.4 本安位置傳感器。用以檢測擋車欄升起和落下的位置和到位情況，并向本安電控箱反饋信號。

5.5 本安電控箱。用以控制外部執(zhí)行機構，接收主電控箱的指令完成對各擋車欄的提升和下放， 并將擋車攔的位置信號傳送給主控站。安裝在收放絞車附近的巷道硐室。

5.6收放絞車。在主控制箱PLC的控制下實現擋車欄的提升、下放，屬執(zhí)行機構。由減速器、電機、滾筒、底板、限位裝置等組成，結構及安裝位置如圖5所示。

圖5 收放絞車示意圖

5.7 擋車欄和緩沖器。擋車欄用以攔住脫鉤的跑車，其外形如圖6所示，圖中L為擋車攔下放到位后能使四根鋼絲繩有效防護礦車的距離；緩沖器與鋼絲繩摩擦用以吸收跑車的沖擊能量，達到阻車目的，屬于吸能器如圖7a所示，其鋼絲繩尾部繩卡分布如圖7b所示。

圖6 擋車欄緩沖器示意圖

圖7a 緩沖器內部結構示意圖

圖7b 鋼絲繩尾部繩卡分布圖

6 跑車防護裝置的工作原理

6.1 基本工作原理

跑車防護裝置采用安裝在提升絞車深度指示器上的專用旋轉脈沖編碼器作為測距傳感器，專用主電控箱內PLC作為控制核心，正常提物情況下，擋車欄處于常閉狀態(tài)。提升機啟動時，電控箱內PLC對編碼器旋轉發(fā)生脈沖進行計數，PLC根據計數的結果判斷出礦車所在的位置、速度和運行方向，在自動狀態(tài)檢測到礦車的位置為設定提升點、下降點時或手動狀態(tài)接收到狀態(tài)顯示器上提、下放信號時，PLC發(fā)出上升指令給井下的本安型就地電控箱，從而控制收放絞車動作，擋車欄提升或下放，狀態(tài)顯示器顯示擋車欄狀態(tài)。

當發(fā)生跑車時，礦車沖擊擋車欄，緩沖器緩沖0.3～10m（最大為20m）后礦車被可靠攔住，主電控箱接收到信號處理后，發(fā)出報警聲，同時斷開提升機安全回路。其工作原理框圖如圖8所示。

圖8 跑車防護裝置工作原理框圖

6.2 狀態(tài)顯示器與擋車欄的動作關系原理

當礦車正常運行時，將狀態(tài)顯示器功能選擇按鈕處于“自動”狀態(tài)，“自動”顯示燈亮，狀態(tài)顯示器顯示目前的礦車位置。

① 礦車下行。狀態(tài)顯示器顯示米數增計數，當礦車到達設定位置（距離標定點S1=L-（L1+V2×H/V1）-4米，電控箱控制收放絞車將擋車欄提升，此時“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最高位置；當礦車到達設定位置（距離標定點S2=L+4米），電控箱控制收放絞車將擋車欄下放，此時“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最低位置。

②礦車上行。顯示器顯示米數減計數，當礦車到達設定位置（距離標定點S3=L+V2×H/V1+4米）電控箱控制收放絞車將擋車欄提升，此時“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最高位置；當礦車到達設定位置（距離標定點S4=L-L1米），電控箱控制收放絞車將擋車欄下放，此時“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最低位置。

上述S1-下行礦車在擋車欄提起時距標定點距離；S2-下行礦車在擋車欄下放時距標定點距離；S3-下行礦車在擋車欄提起時距標定點距離；S4-下行礦車在擋車欄下放時距標定點距離；L-擋車欄距離標定點（即零點）的距離；L1-串車的長度；V1-收放絞車的提升速度；V2-串車的運行速度；H-擋車欄的提升高度。

7 跑車防護裝置的應用情況

該裝置在俄礦副井使用以來具有以下優(yōu)點：

7.1 裝置控制技術先進，功能強大，一臺主機集中控制多個擋車欄，結構簡單，性能穩(wěn)定，控制精準；具備系統自檢功能、斷電記憶功能、傳感器失效保護功能、參數調整、與絞車聯機等功能；

7.2裝置能夠準確確定車輛運行位置，將擋車欄的提升中、提升到位、下放中、下放到位的狀態(tài)信息在聲光顯示器上顯示，指示檔車欄動作、控制故障報警，配合視頻監(jiān)控，便于及時發(fā)現處理問題，具有人性化的界面；

7.3擋車欄采用電動升降，位置可以鎖定，采用壓盤摩擦式緩沖吸能器，緩沖效果好，破壞力小，能把礦車損傷降到最低，安全性高。

8 結束語

該裝置投入以來系統工作穩(wěn)定，安全可靠，基本無故障，杜絕了斜巷跑車事故，而且系統功能強大，操作簡單、維護方便，提高了副井提升效率，受到良好的安全經濟效果，值得大力推廣應用。

作者簡介：陳國強（1972-），男，江蘇金壇人，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學礦山機電專業(yè)，研究生學歷，碩士學位，現為徐礦集團天山礦業(yè)有限責任公司機電副總經理，高級工程師。

4 主要功能

系統裝置主要功能有：

4.1 巡檢監(jiān)控功能：裝置能夠實現正常狀態(tài)、報警狀態(tài)的監(jiān)控。對各部件的工作情況進行巡檢，特別是對擋車欄（車擋）的位置自檢，最大限度地避免了系統的誤動作。

4.2 執(zhí)行功能：裝置在檢測到信號后，能夠有效驅動收放絞車動作，實現擋車欄的上提和下放。

4.3 擋車功能：擋車系統中擋車欄應常閉，具有跑車防護功能，正常運輸時確保擋車欄的上提和下放，當跑車時，能夠準確攔截車輛。

4.4 緩沖功能：擋車欄在受到車輛沖擊時，能夠有效緩沖車輛的沖擊力，使車輛的損壞降到最小。

4.5 常閉單向迫開功能：當擋車欄處于閉合狀態(tài)時，礦車正常反向運行時，擋車欄具有反向迫開功能。

4.6 視頻監(jiān)視功能：司機在絞車房可通過視頻系統直觀顯示擋車門的開閉和車輛通過情況。

4.7 顯示功能：系統具有車位距離數字顯示，具有各傳感器及擋車攔動作模擬顯示，具有故障自動監(jiān)測及故障部位代號顯示。窗口采用大型液晶藍屏和LED點陣燈顯示，視角大、亮度高、觀察直觀。

4.8 具有擋車欄手動、自動操作功能和提起后的鎖定功能。

4.9 具有與提升機聯機、脫機功能，具有跑車故障報警并與絞車聯鎖功能。

5 跑車防護裝置的構成

該套跑車防護裝置主要由以下部分組成：

5.1 專用主電控箱。固定在提升機房內，提供跑車防護裝置用狀態(tài)顯示器DC24V電源及編碼器、擋車欄傳感器DC24V電源，配有PLC控制器，是整個系統的核心，接收編碼器的脈沖信號和擋車欄位置傳感器信號并進行監(jiān)測、計算、判斷，發(fā)出信號，來控制外部執(zhí)行機構。當跑車和裝置故障時，電控箱故障繼電器使提升礦車絞車、收放絞車停轉，并發(fā)出報警。

5.2 狀態(tài)顯示器。安裝在提升機房，便于司機操作監(jiān)視地方。由觸發(fā)電路和液晶顯示器組成，它接收電控箱發(fā)出的信號并顯示，同時發(fā)出按鈕控制信號，能準確顯示系統的運行狀態(tài)和擋車欄的打開、關閉、聯脫機、自動、手動、運行方向和目前礦車的運行位置和速度。

5.3 編碼器。安裝在絞車的深度指示器上，與提升機一起旋轉，檢測礦車上提、下放距離、方向、速度，安裝位置如圖4所示。

5.4 本安位置傳感器。用以檢測擋車欄升起和落下的位置和到位情況，并向本安電控箱反饋信號。

5.5 本安電控箱。用以控制外部執(zhí)行機構，接收主電控箱的指令完成對各擋車欄的提升和下放， 并將擋車攔的位置信號傳送給主控站。安裝在收放絞車附近的巷道硐室。

5.6收放絞車。在主控制箱PLC的控制下實現擋車欄的提升、下放，屬執(zhí)行機構。由減速器、電機、滾筒、底板、限位裝置等組成，結構及安裝位置如圖5所示。

圖5 收放絞車示意圖

5.7 擋車欄和緩沖器。擋車欄用以攔住脫鉤的跑車，其外形如圖6所示，圖中L為擋車攔下放到位后能使四根鋼絲繩有效防護礦車的距離；緩沖器與鋼絲繩摩擦用以吸收跑車的沖擊能量，達到阻車目的，屬于吸能器如圖7a所示，其鋼絲繩尾部繩卡分布如圖7b所示。

圖6 擋車欄緩沖器示意圖

圖7a 緩沖器內部結構示意圖

圖7b 鋼絲繩尾部繩卡分布圖

6 跑車防護裝置的工作原理

6.1 基本工作原理

跑車防護裝置采用安裝在提升絞車深度指示器上的專用旋轉脈沖編碼器作為測距傳感器，專用主電控箱內PLC作為控制核心，正常提物情況下，擋車欄處于常閉狀態(tài)。提升機啟動時，電控箱內PLC對編碼器旋轉發(fā)生脈沖進行計數，PLC根據計數的結果判斷出礦車所在的位置、速度和運行方向，在自動狀態(tài)檢測到礦車的位置為設定提升點、下降點時或手動狀態(tài)接收到狀態(tài)顯示器上提、下放信號時，PLC發(fā)出上升指令給井下的本安型就地電控箱，從而控制收放絞車動作，擋車欄提升或下放，狀態(tài)顯示器顯示擋車欄狀態(tài)。

當發(fā)生跑車時，礦車沖擊擋車欄，緩沖器緩沖0.3～10m（最大為20m）后礦車被可靠攔住，主電控箱接收到信號處理后，發(fā)出報警聲，同時斷開提升機安全回路。其工作原理框圖如圖8所示。

圖8 跑車防護裝置工作原理框圖

6.2 狀態(tài)顯示器與擋車欄的動作關系原理

當礦車正常運行時，將狀態(tài)顯示器功能選擇按鈕處于“自動”狀態(tài)，“自動”顯示燈亮，狀態(tài)顯示器顯示目前的礦車位置。

① 礦車下行。狀態(tài)顯示器顯示米數增計數，當礦車到達設定位置（距離標定點S1=L-（L1+V2×H/V1）-4米，電控箱控制收放絞車將擋車欄提升，此時“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最高位置；當礦車到達設定位置（距離標定點S2=L+4米），電控箱控制收放絞車將擋車欄下放，此時“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最低位置。

②礦車上行。顯示器顯示米數減計數，當礦車到達設定位置（距離標定點S3=L+V2×H/V1+4米）電控箱控制收放絞車將擋車欄提升，此時“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最高位置；當礦車到達設定位置（距離標定點S4=L-L1米），電控箱控制收放絞車將擋車欄下放，此時“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車停轉，擋車欄停止在設定的最低位置。

上述S1-下行礦車在擋車欄提起時距標定點距離；S2-下行礦車在擋車欄下放時距標定點距離；S3-下行礦車在擋車欄提起時距標定點距離；S4-下行礦車在擋車欄下放時距標定點距離；L-擋車欄距離標定點（即零點）的距離；L1-串車的長度；V1-收放絞車的提升速度；V2-串車的運行速度；H-擋車欄的提升高度。

7 跑車防護裝置的應用情況

該裝置在俄礦副井使用以來具有以下優(yōu)點：

7.1 裝置控制技術先進，功能強大，一臺主機集中控制多個擋車欄，結構簡單，性能穩(wěn)定，控制精準；具備系統自檢功能、斷電記憶功能、傳感器失效保護功能、參數調整、與絞車聯機等功能；

7.2裝置能夠準確確定車輛運行位置，將擋車欄的提升中、提升到位、下放中、下放到位的狀態(tài)信息在聲光顯示器上顯示，指示檔車欄動作、控制故障報警，配合視頻監(jiān)控，便于及時發(fā)現處理問題，具有人性化的界面；

7.3擋車欄采用電動升降，位置可以鎖定，采用壓盤摩擦式緩沖吸能器，緩沖效果好，破壞力小，能把礦車損傷降到最低，安全性高。

8 結束語

該裝置投入以來系統工作穩(wěn)定，安全可靠，基本無故障，杜絕了斜巷跑車事故，而且系統功能強大，操作簡單、維護方便，提高了副井提升效率，受到良好的安全經濟效果，值得大力推廣應用。

作者簡介：陳國強（1972-），男，江蘇金壇人，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學礦山機電專業(yè)，研究生學歷，碩士學位，現為徐礦集團天山礦業(yè)有限責任公司機電副總經理，高級工程師。