礦山斜井提升防跑安全車研發及應用前景

孔曉峰

摘要：常用的礦山斜井提升跑車防護裝置是在井巷中分段安裝常閉式擋車欄（網），存在距擋車欄（網）較遠處發生跑車后溜車速度大、控制環節多、頻繁提放擋車欄（網）不確定因素多等安全問題。研發了一種斜井提升自動制動防跑安全車，其通過一種離心脫扣車輪和在車架上設置的落閘系統及制動裝置等，可實現一旦發生跑車第一時間落閘緩沖制動安全停車，產品價格測算為4萬～10萬元，使用靈活方便，投資和運行費用小。

關鍵詞：礦山斜井；礦車提升；防跑車；自動落閘；緩沖制動

中圖分類號：TD55? ? ? ? ? 文章編號：1001-1277（2023）06-0035-04

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20230608

GB 16423—2020 《金屬非金屬礦山安全規程》和《煤礦安全規程》均規定，在傾斜井巷內需安設能夠阻止運行中斷繩、脫鉤車輛跑車的防護裝置［1］。近年來，隨著礦山現代化建設的發展，無軌膠輪車、齒輪車、單軌吊車和無極繩絞車等運輸設備在采區輔助運輸中被普遍應用，引起了研究人員的廣泛關注，對該方面的研究也如雨后春筍般涌現，但關于斜井提升防跑安全車方面的研究較少。本文旨在研究礦山斜井提升防跑安全車基本構造、工作原理、技術特點、可行性及產品開發的必要性，以期提高礦山斜井礦車提升的安全水平。

1? 研究背景

目前，國內礦山斜井提升跑車防護主要采用在井巷中分段安裝幾道常閉式擋車欄（網）的方式，一般至少在井口變坡點下方、井底車場上方和井巷中部安設3道擋車欄（網），提升時礦車運行到擋車欄（網）前及時提起，通過后再及時放下，一旦發生跑車，常閉擋車欄（網）可立即攔截上方溜下來的礦車［2］。應用擋車欄（網）需在井筒中安裝緩沖裝置和動力裝置等設備設施，配套供電和控制系統，控制系統還需與提升絞車的操控系統聯鎖，運行過程中提升系統需頻繁提起、放下，導致影響安全運行的不確定因素增加。為防止擋車欄（網）未能及時提起、放下，在提升系統運行過程中，要求絞車司機時刻觀察擋車欄（網）的狀態，導致絞車司機注意力負擔大［3］。

在離擋車欄（網）較遠處發生跑車時，礦車溜車距離長、溜車加速時間長，礦車撞到擋車欄（網）時速度大，沖擊能大。以某礦斜井為例計算發生跑車事故時的各項參數。斜井長450 m，坡度25°，礦車質量1 300 kg，載質量1 600 kg，每次提升2輛礦車，總質量合計5 800 kg，提升速度3.06 m/s。斜井中共安裝了3道擋車網，間隔距離180 m，假設提升運行時在距離擋車網上方170 m處發生跑車事故，礦車下溜撞到擋車網的即時速度為37.42 m/s，即5 800 kg的質量以37.4 m/s的速度撞擊擋車網，動能為4.06 MJ，產生的破壞力巨大。且礦車在傾斜坡度較大的軌道上高速下溜時，在軌道不平或接縫較大處，易發生顛簸、翻車現象，導致礦石撒落，甚至會出現礦石漏過擋車欄（網）現象，對下方巷道和車場的安全造成威脅。因此，研發一種應用于礦山斜井提升的防跑安全車，對于礦山安全生產具有重要的現實意義。

2 礦山斜井提升防跑安全車

2.1 基本構造及設計原理

礦山斜井提升防跑安全車由車架、普通車輪、離心脫扣車輪、落閘系統和制動裝置組成，離心脫扣車輪包括車輪體、離心脫扣機構和彈射裝置。離心脫扣機構和彈射裝置安裝在車輪輪轂與輪緣之間的環狀空間內，包括外側大軸孔離心板、帶有下鉗卡口的第一平衡連板、帶有上鉗卡口的第二平衡連板、內側大軸孔離心板、離心板鉸接軸、內側小軸孔離心板和外側小軸孔離心板；彈射裝置包括外卡簧、撥桿滑套、內卡簧、彈簧擋板、彈射撥桿、彈射彈簧、鎖母和一次性密封帽。礦山斜井提升防跑安全車基本結構如圖1所示，實物圖如圖2所示。本設計所要解決的技術問題是提供一種斜井提升自動制動防跑安全車，其通過車架、普通車輪、離心脫扣車輪、落閘系統和制動裝置等，實現即時就地緩沖制動停車。

2.2 工作原理

礦山斜井提升防跑安全車的車架上，其中一只車輪設置為專用離心脫扣車輪，外形與普通車輪相似（如圖3-a所示）。離心脫扣車輪上輪輻處設置為繞輪轂的環形槽腔，環形槽腔中對稱設置離心脫扣機構（如圖3-b所示）。離心脫扣機構的離心板等部件繞輪轂對稱布置，直線動慣力平衡抵消，劇烈碰撞不誤動作［4］。車輪正常旋轉時，離心板離心力小于彈簧拉力緊貼輪轂，卡住彈射撥桿，使其縮在車輪內保持鎖閉狀態。礦山斜井提升防跑安全車使用時串接在提升鋼絲繩的鉤頭和礦車間，與礦車一起運行。一旦發生溜車或跑車，車輪轉速加快至設定的離心板啟動轉速，離心板張開，釋放的彈射撥桿從車輪內側的孔口頂開一次性密封帽彈射伸出，伸出的撥桿繞車輪中心隨著車輪轉動，撥桿利用溜車的慣性撥動車架上的轉柄轉動，帶動落閘機構動作，釋放制動閘自動落閘，通過抽出式牽引碰頭拉動鋼絲繩緩沖器緩沖制動，在最短時間內安全停車［5］。

2.3 性能測試

為檢驗礦山斜井提升防跑安全車安全性能，參考GB 16423—2020 《金屬非金屬礦山安全規程》、AQ 2028—2010 《礦山在用斜井人車安全性能檢驗規范》等國家標準和行業標準，結合現有檢驗手段和方法，在五礦邯邢礦業有限公司西石門鐵礦北區地表斜井JTP-1.6×1.5進行了空載、重載脫鉤自動制動停車試驗。試驗基本技術參數：斜井坡度25°，斜長260 m，脫鉤位置距井口180 m，軌距600 mm，軌型24 kg/m，礦車型號為礦山斜井提升防跑安全車（非標準），礦車數量1，礦車自身質量590 kg，礦車載質量1 000 kg。試驗所需檢驗設備：CJK5礦用架空乘人裝置安全性能檢測儀、JZC-B2坡度尺、鋼卷尺5 m、WS2080A溫濕度表、AWA5636聲級計。礦山斜井提升防跑安全車安全性能測試結果如表1所示。由表1可知：離心脫扣車輪和落閘機構動作靈活、落閘準確、制動可靠，同時，實現了即時就地緩沖制動停車，安全可靠。

3 技術特點及效益預測

3.1 技術特點

1）全程自動即時防跑車，純機械機構動作，落閘連板機構環節少，安全防護形式和可靠性與豎井提升的防墜器類似。

2）離心脫扣機構密封設置在離心脫扣車輪內，在伸出口設置一次性防水蓋，防塵、防水、防撞，便于保養，不占用車架上的安裝空間。

3）離心脫扣機構的離心板等部件繞輪轂對稱布置，直線動慣力平衡抵消，劇烈碰撞不誤動作。

4）彈射撥桿伸出后隨車輪旋轉，利用溜車慣性撥動車架上的落閘轉柄落閘，撥動轉柄的作用力大，動作可靠。

5）兩側落閘機構和制動閘設置有同步聯動機構，兩側制動閘落閘制動同步性好。

6）利用下溜礦車的慣性推動制動閘的滑楔卡軌閘體壓緊楔形閘，卡緊軌道頭，制動可靠。

7）兩只制動閘為獨立自由抓捕，適應軌道間距偏差。

8）抽出式連接碰頭與鋼絲繩緩沖器配合，緩沖距離長，制動平穩。

9）采用四繩鋼絲繩緩沖器，本質安全，鋼絲繩繩徑較小，恢復操作方便。

10）產品制造成本低，使用方便，維護保養簡單，便于推廣應用。

3.2 經濟和社會效益

1）礦山斜井提升防跑安全車實行全程即時防跑車，礦車在任何位置發生跑車后均能在最短時間內自動制動緩沖停車，可避免高速下溜的礦車撞壞井筒支護和井筒中的風管、電纜、水管等設施，避免人員傷害等重大安全事故。

2）擋車欄（網）跑車防護裝置設備多，安裝工作量大，投資和維護費用高。經調研，根據擋車欄（網）產品和安裝條件不同，安裝3道擋車欄（網）需投資14萬～23萬元，運行維護工作量大，需專人巡檢，運行費用包括檢修人員工資和材料消耗，每年5萬元左右［6-7］。而本研究的礦山斜井提升防跑安全車根據制動方式和規格的不同，產品價格測算為4萬～10萬元，使用靈活方便，節省安裝費，維護保養主要包括例行外觀檢查和落閘動作試驗，落閘后恢復簡單，使用和維護費用低。礦山斜井提升防跑安全車與擋車攔（網）技術經濟指標對比如表2所示。

4 結 語

隨著科技飛速發展，礦山運輸機械化水平不斷提高，斜井礦車提升由于其生產效率較低和安全生產難度較大等原因逐漸退出了主提升應用，但在中國許多老金屬礦山和煤礦地下開采的輔助運輸中仍有大量應用，即使是新建的現代化礦山，只要有斜巷，就要用到礦車提升，就有防跑安全車的應用市場。中國礦山眾多，現有的擋車欄（網）跑車防護裝置保有量巨大，防護裝置需投資14萬～23萬元，運行維護工作量大，需專人巡檢，每年還需5萬元左右的維修費用。而本研究的礦山斜井提升防跑安全車根據制動方式和規格的不同，產品價格測算為4萬～10萬元，使用靈活方便，節省安裝費，是擋車欄（網）跑車防護裝置理想的更新換代產品，產品技術已有專利保護，產品市場前景廣闊。

［參 考 文 獻］

［1］ 趙清華.地下礦山斜井跑車事故原因分析與預防［J］.中國礦業，2007，116（4）：53-57，60.

［2］ 張蘇，王若瑄，李蓉蓉，等.基于行為安全的煤礦斜井跑車事故原因研究［J］.煤礦安全，2018，49（11）：245-248.

［3］ 曹亮.芻議煤礦斜井跑車防護裝置監控系統［J］.當代化工研究，2019，50（14）：53-54.

［4］ 鄭標祥.斜井跑車防護裝置的研究探討［J］.科技風，2009（15）：166.

［5］ 汪進雅.斜井跑車防護裝置布置形式分析［J］.煤礦開采，2008，13（6）：74，62.

［6］ 寧要武，朱香衛.自動無人職守煤礦斜井跑車防護裝置的設計［J］.煤礦安全，2011，42（12）：58-60.

［7］ 李宏斌，周永峰.黃金礦山成本控制的有效途徑探析［J］.黃金，2014，35（1）：1-4.

Abstract：The commonly used protection measures for cart sliding is to install constantly closed cart barriers （nets） in sections in tunnels，which has some safety problems such as high-speed sliding when the cart starts to slide far away from the cart barriers （nets），too many control links，and uncertain factors caused by frequent lifting of the cart barriers （nets）.An automatic-braking sliding-prevention safety cart for ascending carts in inclined shafts is deve-loped.By using a centrifugal tripping wheel，a braking system，and a braking device arranged on the frame，it can realize the safe parking of sliding carts immediately.The product price is estimated to be 40 000-100 000 yuan.The use is flexible and convenient，and the investment and operating expenses are small.

Keywords：inclined shaft in mines;mine cart ascending;sliding-prevention cart;automatic braking;buffing braking