煤礦柔性斜井攔網式防跑車裝置探討

摘要：文章首先對斜井跑車防護系統的分類、發展及應用現狀進行了綜述，明確了項目的研究背景及意義，在對國內外技術成熟的斜井防跑車裝置進行研究的基礎上，針對柔性斜井跑車防護系統的工作要求和特點，設計出了常閉式可轉動攔網架防跑車裝置，并對該裝置的性能進行了理論分析和試驗研究。

關鍵詞：斜井運輸；防跑車裝置；攔網式；柔性；煤礦開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD553 文章編號：1009-2374（2015）14-0165-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.082

1 煤礦跑車防護系統的研究背景與應用現狀

礦井軌道運輸發展方向是應用重型、高速電機車及大容量礦車，并采用固定道床鋪設重軌軌道，而高速、大載重量列車就增加了跑車事故發生的危險，因此礦井防跑車技術研究就顯得極其迫切與重要。

對于礦井斜巷軌道運輸中出現的跑車，往往具有很大的加速度和很強的動能，為使其在可控距離內停止下來則需采用固定擋門擋車的剛性制動形式。目前攔網式防跑車裝置應用較廣，其功能特點是攔網的有效攔截面積大，阻車效果明顯，攔阻成功率較大，即使跑車離開軌道也能將其攔截。然而常閉式的動作方式以及剛性制動使其巷道通過性差，發生事故時易造成了系統和礦車的損壞，因此《中華人民共和國煤炭行業標準：跑車防護裝置技術條件》規定：跑車防護裝置應具備緩沖功能。為了解決常閉式和剛性擋車裝置的缺點，提出了柔性攔網式擋車裝置設計研究。

2 柔性斜井攔網式防跑車裝置結構設計

2.1 柔性斜井攔網式防跑車裝置的結構及原理

柔性斜井攔網式防跑車裝置如圖1攔網阻車器結構簡圖所示，該裝置主要由攔網架、攔網、液壓缸、四連桿機構、緩沖器、攔網分離機構和擋塊等組成。

1.攔網；2.攔網架；3.液壓缸；4.四連桿機構；5.鋼絲繩；6.緩沖器

圖1 攔網阻車器結構簡圖

柔性斜井攔網式防跑車裝置的工作原理是：在無礦車通行時，阻車器保持阻車位置。如圖2阻車位：

圖2 阻車位 圖3 放行位

當礦車以正常速度運行時，攔網架繞其上部銷軸回轉，從而將其上固定的攔網從攔車位帶到巷道頂部與軌面平行的放行位置，礦車即可安全通過。如圖3放行位：當發生跑車事故時，攔網架不動作，攔網處在攔車位，跑車撞上攔網，攔網與網架脫離，攔網與緩沖器通過鋼絲繩相連，依靠緩沖器的作用，最終使跑車停下。

2.2 各結構設計應用與原理分析

該防跑車裝置最主要的阻車特點是，利用攔網的方式將跑車兜住。因此本裝置需要有用于攔車的攔網以及可起到支承和固定攔網的機構或構件。同時該機構或構件能夠實現在跑車狀態和正常通行狀態下的阻車位置和放行位置的改變，本裝置采用回轉式作為該機構的動作方式。

系統的驅動裝置采用液壓驅動，該種驅動方式特點是，承載力大，動作平穩，動作速度不高，需要有液壓系統支持，也能滿足頻繁啟動要求和往復動作要求。

采用液壓驅動，執行元件就是液壓缸，液壓缸將作為攔網架動作的直接動力源。需要有傳動機構連接在液壓缸與攔網架中間，既能使攔網架按設想軌跡動作，又能使液壓缸動作不受影響，保證系統簡單可靠，最主要是能夠滿足安全規程。能夠滿足網架動作要求的機構較多，如四連桿機構、轉動導桿機構、曲柄滑塊機構、擺動導桿機構、弧形導桿間歇機構等。考慮到機構要簡單、靈活、可靠、易于維護和易于加工，再加上該動作非常簡單，并不需要復雜的機構，所以相比較而言四連桿機構要優于其他的機構，而且四連桿機構的應用也非常多，比如工程上使用的挖土機、裝載機，它們上面的挖斗與液壓缸的傳動就是通過四連桿機構實現的，所以將四連桿機構作為本裝置的傳動機構。

防跑車裝置的另一個設計難點是，如何實現當跑車發生時攔網與攔網架的可靠分離。實現分離的結構采用膨脹螺栓，膨脹螺栓可以用于攔網與欄架的分離上的，其過盈量可通過螺母或螺釘的旋緊量來調節，而且膨脹螺栓應用廣泛、購買方便、易于更換。

每當礦車需要正常通行時，攔網架將會產生上升與下降的動作。該裝置最好的放置位置就是在地面上，由于地面較好固定，受力也能滿足，同時距離欄架所受到的沖擊力作用點也較近，沖擊力能很快地作用到地面上，這樣就減少了對裝置的破壞。

3 柔性斜井攔網式防跑車裝置系統與安裝布置

3.1 防跑車裝置系統

柔性斜井攔網式防跑車裝置除了機械執行部分外，還包括了液壓驅動系統、電氣控制系統、緩沖機構和所用的鋼絲繩。

液壓驅動系統分別同時驅動兩側欄架完成升降運動，故動作簡單，只需有推程和回程兩種工作狀態。

斜井防跑車設施多為人工操作，存在著人為因素。許多跑車事故是因為煤礦工人人為操作不規范造成的。要想徹底改變這種被動狀態，只有通過提高斜巷裝備水平，提高設施的自動化程度來實現。基于PLC控制器功能和特點，結合跑車防護系統對其控制功能的要求，為保證安全生產和適應井下現場的惡劣環境，跑車防護裝置采用PLC電氣控制系統是一種理想而可行的選擇。

緩沖機構工作原理，在發生跑車事故時，礦車與防跑裝置碰撞后，在礦車繼續下行的過程中拉動纏繞在卷筒上的鋼絲繩，從而牽動卷筒轉動，卷筒護板與卷筒通過焊接成為整體，在卷筒轉動的同時，卷筒護板也開始轉動，卷筒護板與轉軸通過花鍵連接，從而帶動轉軸轉動；摩擦副中的動片通過花鍵套與軸連接，最終使得動片隨著卷筒的轉動而轉動，但靜片保持靜止，而卷筒護板也相當于動片，動片與靜片之間的相對運動，從而將礦車的動能轉化為摩擦熱，最終使得礦車緩沖制動。

礦用鋼絲繩，按捻制特性可分為點接觸鋼絲繩、線接觸鋼絲繩和面接觸鋼絲繩；按表面狀態可分為光面鋼絲繩、鍍鋅鋼絲繩和涂塑鋼絲繩；按股的斷面形狀可分為圓股鋼絲繩和異形股鋼絲繩。根據分析，應用于緩沖器中的鋼絲繩適宜采用圓股，面接觸，交互捻鋼絲繩，且在實際生產中要按照相應的規章制度進行定期保質的檢查，主要的項目包括斷絲、繩徑變細、銹蝕檢查，并定期對鋼絲繩做潤滑維護，以保證其正常安全的工作。

3.2 防跑車裝置安裝

柔性斜井攔網系統的安裝與布置如圖4攔網阻車系統安裝布置圖所示：

圖4 攔網阻車系統安裝布置圖

斜井上部有絞車提升裝置和防跑車系統的控制箱，斜巷上面每隔300m左右就會布置一套阻車裝置，圖中所布置的就是攔網式阻車裝置，其前后軌道上每隔一段距離都安裝有傳感器，用于測量礦車參數。緩沖器安裝位置距離攔網架約5m左右，吊環分別安在軌道兩側，相距2.2～2.4m，與攔網架相距3m左右。攔網架支撐梁距離軌面的垂直距離為2.5m左右。梁與巷道兩側墻壁的固定方式參考了燕子山礦上電纜等設備與巷道壁的固定方式，即通常所說的牛腿結構。

4 結語

斜井柔性攔網式防跑車裝置，在煤礦斜井軌道運輸過程中，既能滿足巷道的通過要求，又能實現在跑車事故發生時擋車的作用，且是柔性的擋車裝置，對沖擊力有緩沖作用，減少了對礦車和擋車裝置的破壞。該裝置結構簡單，便于安裝與維修，可靠性較強，能夠極大地提高斜井軌道運輸的安全性。

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作者簡介：彭曉寧（1965-），男，大同煤炭職業技術學院工程師，研究方向：工業控制技術。

（責任編輯：王 波）