混合運輸斜巷安全防護技術研究與應用

幸奠軍　劉煥石　陳巖　孟剛

【摘 要】礦井混合運輸斜巷安全防護技術是針對斜巷軌道提升和架空乘人裝置混合布置復雜條件，具有提物、運人、檢修三種不同工作狀態下的全自動控制斜巷提升安全防護系統。控制系統采用穩定可靠的可編程控制（PLC）技術、I/O通訊技術和視頻監控技術，傳感器原件選用高可靠性磁感應開關，提升安全防護技術的穩定性。實現軌道提升狀態下擋車欄全部實現自動控制，運人狀態下擋車欄處于完全下落狀態，滿足架空乘人裝置座椅通過要求，檢修狀態滿足跑車防護裝置在檢修或故障處理的要求。

【關鍵詞】混合運輸斜巷；安全防護系統；全自動控制

中圖分類號： U695.22 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）36-0232-005

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.100

Research and Application on Safety Protection Technology of Mixed Transportation Slope Lane

XING Dian-jun LIU Huan-shi CHEN Yan MENG Gang

（Yangcun Coal Mine，Yanzhou Coal Mining Company Limited，Jining Shandong 272118，China）

【Abstract】The safety protection technology of mine mixed transportation inclined lane is aimed at the complex conditions of the mixed layout of inclined lane track lifting and the aerial passenger device.It has three kinds of automatic control inclined lane lifting safety protection systems under different working conditions：lifting，transportation， and overhaul.The control system adopts a stable and reliable programmable control（PLC）technology，I/O communication technology and video monitoring technology.The original sensor selects a high-reliability magnetic sensor switch to improve the stability of the security protection technology.The automatic control of the block bar is realized under the condition of track lifting， and the block bar is completely falling under the condition of the operator.It meets the requirements of the seat passing of the aircraft carrier device，and the maintenance status meets the requirements of the sports car protection device in overhaul or fault handling.

【Key words】Mixed transportation alley；Safety protection system；Full automatic control

0 概述

目前煤礦井下傾斜井巷軌道提升系統中，斜巷防跑車及跑車防護裝置大多由各礦井自行加工制作，結構形式有門式擋欄結構、鋼絲繩擋欄結構，控制方式由深度指示器壓觸開關配合電磁氣動閥控制、旋轉編碼器配合PLC控制、手動控制系統、超速擺桿自動控制等。上述跑車防護裝置存在的主要問題有：斜巷跑車防護裝置控制安全可靠程度差；鋼絲繩擋車欄不能反向迫開；門式擋欄抗沖擊能力差；常規的跑車防護裝置適用于單獨的軌道提升斜巷內，而楊村煤礦現場軌道提升和架空乘人裝置運人聯合布置的復雜條件，常規的跑車防護裝置不能滿足現場的安全要求。基于上述情況，楊村煤礦研究開發并應用了具有反向迫開、緩沖抗沖擊、閉鎖聯動、安全可靠性強、檢測監控能力強、全自動控制的斜巷提升安全防護技術。對類似復雜條件的斜巷安裝混合提升運輸斜巷跑車防護裝置具有很好的推廣應用價值。

1 安全防護裝置結構組成

組成包括：跑車防護裝置隔爆兼本安型主控箱、隔爆兼本安型輔助電控箱、氣動收發器、礦用本質安全型接近開關、礦用隔爆兼本安型語言報警器、反向迫開式框架擋車欄、鋼絲繩、緩沖吸能器、防爆攝像儀、顯示器、通信光纜等設備設施。

2 工作原理

斜巷提升物料時，絞車房內的深度指示器上安裝位置接近開關，當礦車到達斜巷預定升起擋車欄的范圍內時，位置接近開關將信號傳遞給輔控箱。輔控箱利用通訊光纜將信號傳遞給主控箱，主控箱向相應的輔控箱發出擋車欄升起命令，擋車欄升起。車輛通過擋車欄后，此時深度指示器脫離位置接近開關，擋車欄電磁閥失電，擋車欄下落關閉。

混合斜巷架空乘人裝置運輸人員時，將主控制箱“主控旋鈕”旋轉到“運人”狀態，電控箱自動控制所有擋車欄處于常開狀態，將全斷面反向迫開式框架擋車欄落下平鋪在軌面上，并鎖住此狀態直至取消提人狀態，滿足架空乘人裝置座椅通過。

3 實現的安全性能

3.1 安全防護裝置由控制系統和擋車欄組成，控制系統應用穩定可靠的可編程控制（PLC）技術、主機與分機應用485通訊技術進行數據傳輸、傳感器原件應用高可靠性磁感應開關技術，建立集控制、管理一體化的綜合自動控制系統。擋車欄采用工字鋼框架反向迫開技術，實現鋼絲繩擋車欄的反向迫開功能。

3.2 獨立實時監控

獨立的實時監控系統，可實時監控提升斜巷各安全設施的運行狀態，人員能夠隨時觀察運行情況，并在特殊情況下采取應急措施，保證斜巷提升安全。

3.3 實現自動控制功能

具有“提物”、“運人”、“檢修”三種狀態，實現軌道提升狀態下擋車欄實現自動控制，并能夠使擋車欄處于常閉擋車狀態，車輛通過時方可打開；運人狀態下擋車欄處于完全下落狀態，滿足架空乘人裝置座椅通過要求。擋車欄控制裝置與提升絞車連鎖，與架空乘人裝置閉鎖。檢修狀態滿足跑車防護裝置在檢修或故障處理的要求。

3.4 緊急情況報警

跑車防護裝置用隔爆兼本安型主控箱實現全自動控制的新型安全防護主控保護裝置，內部配置有西門子S7-300CPU、PS-307電源模塊及I/O接口模塊，面板上安裝液晶顯示屏人機界面，可顯示絞車鉤頭（車輛）位置和擋車欄的狀態，實現緊急情況報警功能。

擋車欄上安裝有位置接近開關，用于檢測擋車欄的上下到位情況。如果在規定時間內沒有升起擋車欄，則發出報警及緊急停車信號。如果兩個位置接近開關之間接收信號的間隔時間小于設定值，則為絞車超速，顯示絞車超速保護，擋車欄不再升起。

超速保護功能：通過深度指示器上相鄰的位置接近開關發送信號的時間差，計算礦車行駛速度，當絞車超速15%時，發出超速報警并斷開絞車安全回路，停止絞車運行，擋車欄也不再升起。

3.5 實時監測反饋

跑車防護裝置用輔助電控箱實現與主控裝置的信息傳輸，執行主機命令，對各擋車欄進行控制并反饋各擋車欄的狀態。

監控報警功能：在擋車欄上下到位位置安裝位置接近開關，監控擋車欄的上下到位情況，當礦車接近擋車欄，而擋車欄沒有到達上到位位置時，發出報警信號，提醒絞車司機停車；

擋車功能：當發生跑車事故時，擋車欄能保持常閉狀態將車擋住，防止跑車事故擴大；

執行功能：通過深度指示器上的位置接近開關，確定鉤頭位置，在提前開啟距離內將擋車欄升起，確保正常提升運輸的進行；

3.6 反向迫開

反向迫開式鋼絲繩擋車欄由反向迫開框架、鋼絲繩擋車欄組成。其打開與關閉由跑車防護裝置用氣動一級收放器進行控制，鋼絲繩完全放下，滿足架空乘人裝置座椅通過則由氣動二級收放器進行控制，氣動收放器由電磁氣控閥控制。氣動收放器裝設位置傳感器，監視擋車欄開閉狀態。

3.7 緩沖吸能

擋車欄鋼絲繩用規格為φ24-6×37的鋼絲繩，擋車門與吸能器之間的距離約5米，擋車欄鋼絲繩經過吸能器，末端留余繩10米，在末端處加φ24繩卡固定。吸能緩沖器安裝采用6根直徑30mm的地腳螺栓固定在巷道底板上，地腳螺栓長度為800mm，擋車欄采用φ24-6×37的鋼絲繩壓放在吸能器里，吸能器前端鋼絲繩留有大于10m余繩，吸能器與擋車欄距離大于5m。當發生跑車事故時，全斷面繩欄能在繩欄常閉狀態下將礦車擋住，防止跑車事故進一步擴大；跑車事故發生后，車輛沖入全斷面繩欄中，能夠在緩沖器0.3～10m范圍內有效阻攔車輛，避免跑車事故造成更大事故和損失。

緩沖功能：跑車事故發生后，串車到達擋車欄位置時往往已具有較大的速度和動能，此時如果在極短的距離內將車輛攔下，會使擋車欄承受極大的沖擊力，損壞擋車欄，使跑車事故繼續擴大。所以必須安裝緩沖裝置，使擋車欄能在0.3～10m范圍內將跑車攔下，通過緩沖防止擋車欄和車輛的損壞。

4 安全防護裝置主要技術參數

巷道最大傾角：30°

最大抗沖擊能量：2.5MJ

緩沖距離：0.3-10m

單臺緩沖器最大緩沖阻力值：125kN

擋車欄：普通型

工作方式：常閉式

緩沖和擋車網用鋼絲繩型號：6×37-1770—Φ28

緩沖器外形尺寸：680×300×98（mm）

緩沖器重量：兩臺150kg

擋車網外形尺寸：1200×1600（mm）

擋車網重量：69.13kg

礦車最大運行速度：5m/s

5 防護距離確定

根據巷道運輸的實際情況計算最大的擋車防護距離，計算公式為：

對于長距離的斜巷，應采取多套防護裝置，分檔防護的方式。由于擋車欄存在開啟提前量，將形成防護盲區，在盲區跑車時，會增加下一道防護裝置的沖擊能，因此在第二道防護裝置設計的防護距離中減去這個盲區為實際安裝距離，即下一道擋車欄安裝距離L1=L-L2，其中L2為擋車欄提前開啟距離。

當收放器的提升高度為1.6m，加上擋車網距軌道高度約為0.34m時，實際通過礦車允許高度約為不大于1.94m。幾種典型速度下的提開啟距離L2如下：

注意：新建大型礦井，需擋車欄升起高度增加時，L2的數值相應增加。擋車欄的安裝應保證裝置正常工作及有效防護，并處于常閉狀態。

7 關鍵技術及創新點

7.1 安全防護主控保護裝置的設計與研制

本研究的重點是設計可以實現全自動控制的新型安全防護主控保護裝置，內部配置有西門子S7-300CPU、PS-307電源模塊及I/O接口模塊，面板上安裝液晶顯示屏人機界面，可顯示絞車鉤頭（車輛）位置和擋車欄的狀態。主控裝置有轉換開關，可實現“提物”、“運人”、“檢修”外加三種狀態的轉換，實現軌道提升狀態下擋車欄實現自動控制，并能夠使擋車欄處于常閉擋車狀態，車輛通過時方可打開；運人狀態下擋車欄處于完全下落狀態，滿足架空乘人裝置座椅通過要求；檢修狀態滿足跑車防護裝置在檢修或故障處理的要求。

7.2 跑車防護裝置用隔爆兼本質安全型電控箱分機

設計分控裝置以實現與主控裝置的信息傳輸，執行主機命令，對各擋車欄進行控制并反饋各擋車欄的狀態。分機內安裝西門子ET200遠程I/O通訊模塊，可收集并傳遞該處擋車欄開閉狀態，并發送信號。面板上安裝有文本顯示屏，顯示信號的相關信息，有按鈕和指示燈，當主機在檢修狀態下，可通過分機按鈕實現對該處擋車欄的開啟和關閉，達到檢修擋車欄就近操作的要求。分控箱側面安裝喇叭，用于發出報警信號及語音提示。

7.3 反向迫開和緩沖抗沖擊擋車欄設計與研制

設計具有反向迫開功能和帶緩沖功能的多繩抗沖擊功能的擋車欄，實現車輛自下向上運行時，擋車欄在沒有打開狀態下，能夠自動迫開，消除車輛刮掛擋車欄事故的隱患。同時為減緩跑下的高速車輛對系統損壞，在鋼絲繩擋車欄固定底座處設計緩沖阻尼，提升鋼絲繩攔車能力。緩沖擋車欄總攔截能力不少于2.5兆焦。

7.4 視頻監控系統的設計與研制

在上下車場及絞車房安裝防爆視頻監控主機和顯示器，監控主機具有不少于500G存儲能力和上傳數字化信息接口。在各擋車欄處設置固定防爆高清攝像儀，各攝像儀數據通過通信光纜進行連接。絞車司機和上下車場信號把鉤工可通過視頻顯示器實時觀察斜巷內車輛及安全設施情況，絞車司機發現異常情況及時停車處理。

7.5 關鍵技術

7.5.1 控制系統應用穩定可靠的可編程控制（PLC）技術、主機與分機應用485通訊技術進行數據傳輸、傳感器原件應用高可靠性磁感應開關技術，建立集控制、管理一體化的綜合自動控制系統。

7.5.2 應用礦山工業用多通道寬帶傳輸網絡，滿足工業以太網信號、標準工業現場總線信號進行實時監測，提升了安全可靠性。

7.6 創新點

7.6.1 具有“提物”、“運人”、“檢修”三種狀態，實現軌道提升狀態下擋車欄實現自動控制，并能夠使擋車欄處于常閉擋車狀態，車輛通過時方可打開；運人狀態下擋車欄處于完全下落狀態，滿足架空乘人裝置座椅通過要求。擋車欄控制裝置與提升絞車連鎖，與架空乘人裝置閉鎖。

7.6.2 主機與分機應用485通訊技術進行數據傳輸，擋車欄開閉狀態、位置編號等重要信息通過485串口通信技術由分機與主機進行數據傳輸，優化了線路布置，減少線路的投入，減少了隱患故障點，提升了安全可靠性。

7.6.3 擋車欄采用工字鋼框架反向迫開技術，實現鋼絲繩擋車欄的反向迫開功能。

7.6.4 獨立的實時監控系統，可實時監控提升斜巷各安全設施的運行狀態，保證斜巷提升安全。絞車司機及上下車場信號把鉤工通過視頻顯示器對斜巷安全設施及車輛情況實現實時監控，發現異常情況能夠及時停車處理，提高了斜巷運輸的安全可靠性。

8 應用效果

楊村煤礦南三煤軌道上山混合提升斜巷安全防護裝置安裝應用，在上車場把鉤硐室內設置跑車防護裝置主控箱，布置3組反向迫開鋼絲繩式擋車欄，上車場變坡點以下20—30m為第一組，以下150m處第二組，第三組擋車欄在底車場以上20-30m，各擋車欄處布置分控箱及監控攝像儀，在上、下車場信號硐室及絞車房內布置防爆監視器。擋車欄的主控裝置有轉換開關，實現了“提物”、“運人”、“檢修”外加三種狀態的轉換。實現軌道提升狀態下擋車欄實現自動控制，并能夠使擋車欄處于常閉擋車狀態，車輛通過時方可打開；運人狀態下擋車欄處于完全下落狀態，滿足架空乘人裝置座椅通過要求；檢修狀態滿足跑車防護裝置在檢修或故障處理時要求。

針對軌道斜巷提升運輸和架空乘人裝置運人混合布置的復雜條件，研究開發具有反向迫開、緩沖抗沖擊、閉鎖聯動、安全可靠性強、檢測監控能力強、全自動控制的斜巷提升安全防護技術，具有重大的現實意義。對類似復雜條件的斜巷安裝混合提升運輸斜巷跑車防護裝置具有很好的推廣應用價值。

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