斜巷防跑車系統(tǒng)的應用與研制

王坦果

(山西義棠煤業(yè)有限責任公司，山西 介休 032000)

斜巷運輸是井下作業(yè)的一個重要環(huán)節(jié)，礦車在斜巷道運輸過程中因脫鉤、斷繩、掉軌等引起礦車發(fā)生跑車事故，造成重大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定:在斜巷提升運輸巷道中必須安裝可靠的防跑車裝置［1］。斜巷防跑車系統(tǒng)用于檢測和控制斜巷運輸?shù)墓ぷ鬟^程，對突發(fā)事故及時動作以避免事故的發(fā)生。目前，防跑車裝置主要分為常開式和常閉式。常開式防跑車的工作原理是在正常工作情況下，擋車欄為打開狀，只有在發(fā)生跑車、脫鉤、斷繩等事故時，控制器發(fā)出指令，擋車欄下降，蓄能器工作從而攔截跑車。但很可能在事故發(fā)生時，控制器無信號或失誤導致?lián)踯嚈跓o動作，或動作不及時而造成礦井事故。因此，在斜巷提升運輸巷道中常采用一坡三擋的常閉式結構，該制動結構在工作狀態(tài)下?lián)踯嚈跒殛P閉狀態(tài)，當傳感器顯示值在設定的范圍內，即礦車為安全運行狀態(tài)時，控制器發(fā)出指令，控制擋車欄打開，礦車安全通行，該常閉式防跑車系統(tǒng)可以準確可靠地防止跑車的發(fā)生，可靠的斜巷防跑車系統(tǒng)可提高斜巷道工作的安全系數(shù)，保障安全生產(chǎn)和礦工的人身安全。

1 整體設計

斜巷防跑車系統(tǒng)的工作原理見圖1，該防跑車安全制動系統(tǒng)由平巷阻車器(12)、壓力傳感器(11)、速度測試器(9)、斜巷蓄能制動器(8)、擋車欄組件(7)以及信號控制器(2)等部分組成。

圖1 斜巷防跑車系統(tǒng)原理圖

阻車器主要用于礦車在平巷運行時的通行制動，斜巷蓄能制動器安裝在斜坡處，在距離坡頂口s1處安裝一組由蓄能器和擋車欄組成的制動裝置，在距離坡低s2處安裝另一組制動裝置，s1和s2斜巷道中間部分再安裝一組制動裝置，即一坡三擋裝置，具體安裝情況也可以根據(jù)井下斜巷的實際長度和坡角選擇設置幾處擋車攔制動裝置，可以有效地起到安全制動的作用。當?shù)V車運行正常時，擋車欄升起，礦車安全通過，當發(fā)生跑車事故時，擋車欄不升起，礦車撞擊擋車欄致使脫扣器斷開，蓄能器作用攔截礦車，防止礦車加速滑落礦底，造成礦井內碰撞等引起的爆炸等重大礦井事故，也保障了在井下礦工的人身安全。當發(fā)生跑車時，礦車撞擊擋車欄，根據(jù)撞擊性質，分為剛性撞擊和柔性撞擊，常采用的是剛性撞擊，柔性撞擊雖然在一定程度上具有緩沖性能，但在安裝和實際工作中未能達到礦車安全通過的要求，所以常采用剛性撞擊擋車欄，其緩沖要求在蓄能器設計中可以優(yōu)化其結構，起到緩沖制動的作用。

2 蓄能制動機構

設計的防跑車監(jiān)控系統(tǒng)為保障制動動作的可靠性，蓄能器采用純機械結構的制動方式，通過電控系統(tǒng)配合監(jiān)測，以保障整個系統(tǒng)的安全正常工作。目前，市場上蓄能器的種類繁多，根據(jù)原理大致分為以下幾類:壓板式、楔形塊式、彈簧式和多盤式。后三種制動方式均具有一定的緩沖性能，在發(fā)生跑車時，若無緩沖性能，瞬間的沖擊力很可能導致攔截跑車的鋼絲繩斷裂，無法可靠地攔截礦車，但不足之處在于:楔形塊制動中楔形槽長度、彈簧式制動中彈簧變形量、多盤式制動中蝶形片變形量的限制，不適用于較大制動力的情況，否則制動時間短，制動力大，作用效果不佳。

綜合目前實際井下作業(yè)環(huán)境，壓板式蓄能器應用較為廣泛，其機構原理示意圖見圖2。為實現(xiàn)緩沖性能，安裝時，對壓板式蓄能器進行一些優(yōu)化，略增大上下壓板間的距離可減少摩擦力，在剛發(fā)生斷繩時，制動力僅為鋼絲繩滑過上下壓板間產(chǎn)生的摩擦力，繩卡被卡住的越多，制動力越大，制動力逐漸增大直至完全攔截礦車。其安裝時需要根據(jù)具體工礦，設定上下壓板間距離，距離過小會導致無緩沖，發(fā)生跑車時瞬間沖擊力損壞設備，甚至導致攔截的鋼絲繩斷裂。距離過大，則導致制動失敗，無法起到制動的效果。

圖2 壓板式蓄能器示意圖

3 信號控制系統(tǒng)

信號控制系統(tǒng)采用西門子S7系列PLC控制機。信號控制系統(tǒng)硬件組成見圖3。

圖3 系統(tǒng)硬件組成示意圖

制動部分由擋車欄構成，是整個系統(tǒng)的動作部分。測量部分由壓力和速度傳感器組成，測量跑車運行狀況是否為正常工作狀態(tài)，則其性能的好壞決定了該系統(tǒng)的安全可靠性，采用壓力和速度兩個數(shù)據(jù)輸出，增加安全可靠性，防止一個工作實效而未能準確檢測出故障的發(fā)生，致使擋車欄無動作。采用采集卡傳送測量數(shù)據(jù)至PC機，通過程序設定工作狀態(tài)，操作PC機可以簡單有效地控制礦車的正常安全運行，其系統(tǒng)工作流程見圖4。

圖4 系統(tǒng)工作流程圖

上電后，壓力傳感器、速度測試器處于待機工作狀態(tài)，當?shù)V車無跑車事故發(fā)生，壓力傳感器、速度測試器顯示值在設定的范圍內，礦車下行時，絞車開始啟動運行，礦車運行，通過深度指示器顯示礦車運行的位置，在PLC內部設定礦車到達擋車欄前后的升降信號，當?shù)V車到達PLC內部設定的距離值后，主控PLC發(fā)出信號給控制箱，控制箱中控制擋車欄動作的提升機啟動，使擋車欄升起。升到位后，限位傳感器發(fā)出到位信號，PLC控制提升機停止旋轉。當?shù)V車通過擋車欄后，主控PLC發(fā)出下降擋車欄信號給控制箱，控制電機啟動，擋車欄下放。放到位后，限位傳感器發(fā)出下放到位的信號，PLC控制提升機停止運轉，使擋車欄處于關閉狀態(tài)。當?shù)V車發(fā)生跑車時，壓力傳感器、速度測試器顯示異常，控制語音報警器，警笛聲提示此時為“非安全工作狀態(tài)”，擋車欄無動作，處于防護跑車狀態(tài)。

4 結束語

該斜巷運輸系統(tǒng)采用一坡三擋的設置方式，具有整套完善的安全制動設備，能較可靠地減少跑車事故的發(fā)生，在實際斜巷運輸中應用廣泛。

［1］徐曉明，任爭香，羅建中，等.KFP －BG 斜巷防跑車裝置［J］.煤礦機械，2011，32(2):130 －131.

［2］曹 艷.斜井防跑車緩沖蓄能裝置應用設計［J］.煤礦機械，2012，33(7):154－155.

［3］陸興華，劉金龍，黃傳輝.斜井防跑車裝置［J］.煤礦機械，2006，27(2):293－295.

［4］杜 磊，冀捐灶，劉家章，等.一種高可靠常閉型斜井防跑車裝置［J］.煤礦安全，2005，36(6):31－33.