俄霍布拉克煤礦副斜井在線常閉式跑車(chē)防護(hù)裝置的研究與應(yīng)用

摘 要：文章分析了俄霍布拉克煤礦副斜井撞桿式機(jī)械觸發(fā)跑車(chē)防護(hù)裝置的不足，重新設(shè)計(jì)選型了一種新型自動(dòng)在線常閉式跑車(chē)防護(hù)裝置，并對(duì)其性能、結(jié)構(gòu)、原理、功用進(jìn)行了闡述。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用，該裝置性能穩(wěn)定，工作可靠，杜絕了斜巷跑車(chē)事故，保證了提升安全，提高了運(yùn)輸效率，綜合效果良好，值得大力推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：斜巷；常閉；跑車(chē)；防護(hù)裝置；研究；應(yīng)用

引言

我國(guó)煤礦斜巷軌道運(yùn)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(chē)、跑車(chē)惡性事故頻繁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)煤礦重大事故中機(jī)運(yùn)事故占總數(shù)的20%-30%，而斜巷跑車(chē)事故占機(jī)運(yùn)事故的8%。所以防治跑車(chē)事故刻不容緩。據(jù)此《煤礦安全規(guī)程》370條要求，煤礦傾斜井巷內(nèi)必須安設(shè)能夠?qū)⑦\(yùn)行中斷繩、脫鉤的車(chē)輛阻止住的跑車(chē)防護(hù)裝置。該裝置必須經(jīng)常關(guān)閉，放車(chē)時(shí)方準(zhǔn)打開(kāi)；兼作行駛?cè)塑?chē)的斜巷，在提升人員時(shí)，必須是常開(kāi)狀態(tài)，并能可靠的鎖住。故斜巷軌道運(yùn)輸不但要安設(shè)跑車(chē)防護(hù)裝置，而且要?jiǎng)幼黛`敏可靠。

1 俄霍布拉克煤礦副斜井原跑車(chē)防護(hù)裝置的問(wèn)題

俄霍布拉克煤礦（簡(jiǎn)稱(chēng)俄礦）副斜井原有的斜巷跑車(chē)防護(hù)裝置為撞桿機(jī)式械觸發(fā)捕車(chē)器。該種防跑車(chē)裝置主要由活動(dòng)桿、撞板及觸發(fā)機(jī)構(gòu)、擋車(chē)欄和其它連接件組成，其中活動(dòng)桿是擋車(chē)欄的主要引動(dòng)部件，如圖1所示。

圖1 撞桿式跑車(chē)防護(hù)裝置示意圖

擋車(chē)門(mén)為柔性鋼絲繩網(wǎng)門(mén)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有緩沖性，能保護(hù)礦車(chē)，該裝置的特點(diǎn)是靠車(chē)輛碰撞觸發(fā)，不需外加動(dòng)力，裝置容易實(shí)施，斜巷捕車(chē)能夠起到一定作用，但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用也存在不少安全問(wèn)題：

（1）穩(wěn)定性差易誤動(dòng)作。這種裝置只適應(yīng)車(chē)輛低速運(yùn)行，速度一般不超過(guò)2m/s，當(dāng)超過(guò)時(shí)，隨著車(chē)的快速運(yùn)行撞桿就會(huì)被碰撞，獲得動(dòng)能，向前擺動(dòng)，撞桿角度超過(guò)一定度數(shù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)脫扣，擋車(chē)欄落下，車(chē)輛被攔截。但是撞桿是自由懸垂體，車(chē)輛碰撞力度難以精準(zhǔn)控制，掛鉤脫扣機(jī)構(gòu)難以調(diào)整，走車(chē)頻繁時(shí)撞桿碰撞也頻繁，經(jīng)常誤動(dòng)作，將正常運(yùn)行的車(chē)輛阻翻車(chē)產(chǎn)生事故。特別由于礦井改擴(kuò)建后副井絞車(chē)的提升速度達(dá)到5m/s，顯然老式的捕車(chē)器已經(jīng)不能適應(yīng)快速過(guò)車(chē)了，經(jīng)常性的被碰掉發(fā)生誤動(dòng)作事故。

（2）拒動(dòng)。時(shí)有雖然車(chē)輛沖擊撞桿動(dòng)作，但由于脫扣機(jī)構(gòu)卡死或不夠光滑而不能脫扣，擋車(chē)欄不能落下，溜車(chē)竄過(guò)攔不住，造成斜井跑車(chē)事故。

（3）受限多。正常運(yùn)行撞桿的碰車(chē)長(zhǎng)度為100mm，當(dāng)運(yùn)輸支架大件時(shí)因巷道高度不夠影響通行，需要將撞桿拆除；運(yùn)輸?shù)桶钠桨遘?chē)或兩端中部為空檔的材料車(chē)時(shí)撞桿又碰不著，失去作用。

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

2 新型防跑車(chē)裝置的選型

按照“以防為主、防擋并重”的原則。經(jīng)過(guò)考察論證、慎重分析，我們選用了國(guó)內(nèi)相對(duì)成熟的ZDC30型在線常閉式跑車(chē)防護(hù)裝置，主要由擋車(chē)欄、電控箱、旋轉(zhuǎn)編碼器、狀態(tài)顯示器、收放絞車(chē)、本安型電控箱、擋車(chē)欄位置傳感器、攝像頭等設(shè)備組成。其核心是采用PLC控制器控制擋車(chē)欄的提升與下放，正常提物情況下，擋車(chē)欄處于常閉狀態(tài)。當(dāng)絞車(chē)運(yùn)行，礦車(chē)到達(dá)設(shè)定位置，擋車(chē)欄自動(dòng)升起，礦車(chē)通過(guò)后，擋車(chē)欄自動(dòng)下放。當(dāng)?shù)V車(chē)跑車(chē)、溜車(chē)超速時(shí)，PLC會(huì)命令擋車(chē)欄對(duì)跑車(chē)進(jìn)行可靠的攔檔，阻止礦車(chē)?yán)^續(xù)下行，避免事故的發(fā)生。配備的顯示器能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映各機(jī)構(gòu)的工作情況，司機(jī)通過(guò)視頻攝像頭能看見(jiàn)擋車(chē)欄的動(dòng)作情況，如圖2所示。

圖2 在線常閉式跑車(chē)防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 新型跑車(chē)防護(hù)裝置的參數(shù)驗(yàn)算

3.1 俄礦副斜井的基本參數(shù)

副斜井總長(zhǎng)為1120m，單軌道單鉤提升；斜巷坡度：15°；絞車(chē)正常提升速度v0=5m/s；中間甩道巷數(shù)：520、+1700、+1732；滿載為6個(gè)礦車(chē)串車(chē)，總質(zhì)量9000kg。巷道斷面見(jiàn)圖3所示。

圖3 副井巷道斷面示意圖

3.2 擋車(chē)欄抗沖擊能計(jì)算

跑車(chē)防護(hù)裝置擋車(chē)欄采用壓盤(pán)摩擦式吸能器，類(lèi)似艦載機(jī)著陸的柔性減速吸能設(shè)計(jì)，技術(shù)領(lǐng)先，吸能量大，可以使礦車(chē)的損傷程度降到最低。此裝置中，考慮現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)吸能器與擋車(chē)欄間將形成8°的夾角，故將單臺(tái)吸能器緩沖力調(diào)整范圍為0～240KN，則單臺(tái)吸能器實(shí)際吸收的緩沖力為0～250×COS8°=0～238KN，考慮2倍的安全系數(shù)取110KN計(jì)算。所以每道擋車(chē)欄設(shè)2臺(tái)吸能器，則合力為220KN。

由吸能器儲(chǔ)繩長(zhǎng)度S=0～20m（可選），取S=10m計(jì)算，兩臺(tái)吸能器可儲(chǔ)能為：E=F×S=2.2MJ。

3.3 鋼絲繩安全系數(shù)校驗(yàn)

擋車(chē)欄緩沖用6×37-Φ22型鋼絲繩，經(jīng)查表該型鋼絲繩破斷力為300KN。安全系數(shù)n=300×4/110=9.5，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 擋車(chē)欄防護(hù)距離及欄數(shù)確定

對(duì)于長(zhǎng)距離巷道應(yīng)采用安裝多道擋車(chē)欄來(lái)保證裝置的可靠性，即分檔防護(hù)的方式?，F(xiàn)在把緩沖距離改為20m，則吸能為4.4MJ，由此可得擋車(chē)欄防護(hù)允許的最大距離變?yōu)?×97=194m，斜井長(zhǎng)度1120m，所以需要布置跑車(chē)防護(hù)裝置的數(shù)量為k=1120/194=5.7，斜井需要布置跑車(chē)防護(hù)裝置6套，方能滿足安全要求。

3.5 實(shí)際擋車(chē)欄安裝位置確定

由于擋車(chē)欄存在開(kāi)啟提前量，這將形成防護(hù)盲區(qū)，會(huì)增加下一道防護(hù)裝置的沖擊能，因此第二道防護(hù)裝置設(shè)計(jì)時(shí)的防護(hù)距離中減去這個(gè)盲區(qū)為實(shí)際安裝距離，即下一套擋車(chē)欄安裝距離L1=L-4V，其中4為擋車(chē)欄開(kāi)啟時(shí)間，V為礦車(chē)運(yùn)行速度。本裝置擋車(chē)欄開(kāi)啟的提前量為24m（礦車(chē)運(yùn)行速度為5m/s時(shí)，擋車(chē)欄打開(kāi)時(shí)間為4s，安全余量為4m，則擋車(chē)欄開(kāi)啟的提前量24m），因此，單道擋車(chē)欄打開(kāi)時(shí)將產(chǎn)生24m的盲區(qū)，在這段距離發(fā)生跑車(chē)會(huì)使下一道擋車(chē)欄遭受更大的沖擊能量，因此，作為補(bǔ)償，從第二道往后，每一道擋車(chē)欄的最大擋車(chē)距離應(yīng)比理論值小24m。因此，安裝擋車(chē)攔時(shí)應(yīng)根據(jù)礦車(chē)運(yùn)行速度，考慮安全余量，計(jì)算出擋車(chē)攔打開(kāi)提前量后確定安裝位置。

4 主要功能

系統(tǒng)裝置主要功能有：

4.1 巡檢監(jiān)控功能：裝置能夠?qū)崿F(xiàn)正常狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)的監(jiān)控。對(duì)各部件的工作情況進(jìn)行巡檢，特別是對(duì)擋車(chē)欄（車(chē)擋）的位置自檢，最大限度地避免了系統(tǒng)的誤動(dòng)作。

4.2 執(zhí)行功能：裝置在檢測(cè)到信號(hào)后，能夠有效驅(qū)動(dòng)收放絞車(chē)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)擋車(chē)欄的上提和下放。

4.3 擋車(chē)功能：擋車(chē)系統(tǒng)中擋車(chē)欄應(yīng)常閉，具有跑車(chē)防護(hù)功能，正常運(yùn)輸時(shí)確保擋車(chē)欄的上提和下放，當(dāng)跑車(chē)時(shí)，能夠準(zhǔn)確攔截車(chē)輛。

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

4.5 常閉單向迫開(kāi)功能：當(dāng)擋車(chē)欄處于閉合狀態(tài)時(shí)，礦車(chē)正常反向運(yùn)行時(shí)，擋車(chē)欄具有反向迫開(kāi)功能。

4.6 視頻監(jiān)視功能：司機(jī)在絞車(chē)房可通過(guò)視頻系統(tǒng)直觀顯示擋車(chē)門(mén)的開(kāi)閉和車(chē)輛通過(guò)情況。

4.7 顯示功能：系統(tǒng)具有車(chē)位距離數(shù)字顯示，具有各傳感器及擋車(chē)攔動(dòng)作模擬顯示，具有故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障部位代號(hào)顯示。窗口采用大型液晶藍(lán)屏和LED點(diǎn)陣燈顯示，視角大、亮度高、觀察直觀。

4.8 具有擋車(chē)欄手動(dòng)、自動(dòng)操作功能和提起后的鎖定功能。

4.9 具有與提升機(jī)聯(lián)機(jī)、脫機(jī)功能，具有跑車(chē)故障報(bào)警并與絞車(chē)聯(lián)鎖功能。

5 跑車(chē)防護(hù)裝置的構(gòu)成

該套跑車(chē)防護(hù)裝置主要由以下部分組成：

5.1 專(zhuān)用主電控箱。固定在提升機(jī)房?jī)?nèi)，提供跑車(chē)防護(hù)裝置用狀態(tài)顯示器DC24V電源及編碼器、擋車(chē)欄傳感器DC24V電源，配有PLC控制器，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，接收編碼器的脈沖信號(hào)和擋車(chē)欄位置傳感器信號(hào)并進(jìn)行監(jiān)測(cè)、計(jì)算、判斷，發(fā)出信號(hào)，來(lái)控制外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)跑車(chē)和裝置故障時(shí)，電控箱故障繼電器使提升礦車(chē)絞車(chē)、收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，并發(fā)出報(bào)警。

5.2 狀態(tài)顯示器。安裝在提升機(jī)房，便于司機(jī)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(hào)并顯示，同時(shí)發(fā)出按鈕控制信號(hào)，能準(zhǔn)確顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和擋車(chē)欄的打開(kāi)、關(guān)閉、聯(lián)脫機(jī)、自動(dòng)、手動(dòng)、運(yùn)行方向和目前礦車(chē)的運(yùn)行位置和速度。

5.3 編碼器。安裝在絞車(chē)的深度指示器上，與提升機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)礦車(chē)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(cè)擋車(chē)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(hào)。

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

5.6收放絞車(chē)。在主控制箱PLC的控制下實(shí)現(xiàn)擋車(chē)欄的提升、下放，屬執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由減速器、電機(jī)、滾筒、底板、限位裝置等組成，結(jié)構(gòu)及安裝位置如圖5所示。

圖5 收放絞車(chē)示意圖

5.7 擋車(chē)欄和緩沖器。擋車(chē)欄用以攔住脫鉤的跑車(chē)，其外形如圖6所示，圖中L為擋車(chē)攔下放到位后能使四根鋼絲繩有效防護(hù)礦車(chē)的距離；緩沖器與鋼絲繩摩擦用以吸收跑車(chē)的沖擊能量，達(dá)到阻車(chē)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(chē)欄緩沖器示意圖

圖7a 緩沖器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖7b 鋼絲繩尾部繩卡分布圖

6 跑車(chē)防護(hù)裝置的工作原理

6.1 基本工作原理

跑車(chē)防護(hù)裝置采用安裝在提升絞車(chē)深度指示器上的專(zhuān)用旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器作為測(cè)距傳感器，專(zhuān)用主電控箱內(nèi)PLC作為控制核心，正常提物情況下，擋車(chē)欄處于常閉狀態(tài)。提升機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電控箱內(nèi)PLC對(duì)編碼器旋轉(zhuǎn)發(fā)生脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，PLC根據(jù)計(jì)數(shù)的結(jié)果判斷出礦車(chē)所在的位置、速度和運(yùn)行方向，在自動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)到礦車(chē)的位置為設(shè)定提升點(diǎn)、下降點(diǎn)時(shí)或手動(dòng)狀態(tài)接收到狀態(tài)顯示器上提、下放信號(hào)時(shí)，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(chē)動(dòng)作，擋車(chē)欄提升或下放，狀態(tài)顯示器顯示擋車(chē)欄狀態(tài)。

當(dāng)發(fā)生跑車(chē)時(shí)，礦車(chē)沖擊擋車(chē)欄，緩沖器緩沖0.3～10m（最大為20m）后礦車(chē)被可靠攔住，主電控箱接收到信號(hào)處理后，發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)斷開(kāi)提升機(jī)安全回路。其工作原理框圖如圖8所示。

圖8 跑車(chē)防護(hù)裝置工作原理框圖

6.2 狀態(tài)顯示器與擋車(chē)欄的動(dòng)作關(guān)系原理

當(dāng)?shù)V車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，將狀態(tài)顯示器功能選擇按鈕處于“自動(dòng)”狀態(tài)，“自動(dòng)”顯示燈亮，狀態(tài)顯示器顯示目前的礦車(chē)位置。

① 礦車(chē)下行。狀態(tài)顯示器顯示米數(shù)增計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S1=L-（L1+V2×H/V1）-4米，電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄提升，此時(shí)“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最高位置；當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S2=L+4米），電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄下放，此時(shí)“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最低位置。

②礦車(chē)上行。顯示器顯示米數(shù)減計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S3=L+V2×H/V1+4米）電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄提升，此時(shí)“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最高位置；當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S4=L-L1米），電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄下放，此時(shí)“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最低位置。

上述S1-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄提起時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；S2-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄下放時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；S3-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄提起時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；S4-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄下放時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；L-擋車(chē)欄距離標(biāo)定點(diǎn)（即零點(diǎn)）的距離；L1-串車(chē)的長(zhǎng)度；V1-收放絞車(chē)的提升速度；V2-串車(chē)的運(yùn)行速度；H-擋車(chē)欄的提升高度。

7 跑車(chē)防護(hù)裝置的應(yīng)用情況

該裝置在俄礦副井使用以來(lái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

7.1 裝置控制技術(shù)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，一臺(tái)主機(jī)集中控制多個(gè)擋車(chē)欄，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，控制精準(zhǔn)；具備系統(tǒng)自檢功能、斷電記憶功能、傳感器失效保護(hù)功能、參數(shù)調(diào)整、與絞車(chē)聯(lián)機(jī)等功能；

7.2裝置能夠準(zhǔn)確確定車(chē)輛運(yùn)行位置，將擋車(chē)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(chē)欄動(dòng)作、控制故障報(bào)警，配合視頻監(jiān)控，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理問(wèn)題，具有人性化的界面；

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

8 結(jié)束語(yǔ)

該裝置投入以來(lái)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，安全可靠，基本無(wú)故障，杜絕了斜巷跑車(chē)事故，而且系統(tǒng)功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，提高了副井提升效率，受到良好的安全經(jīng)濟(jì)效果，值得大力推廣應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介：陳國(guó)強(qiáng)（1972-），男，江蘇金壇人，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)電專(zhuān)業(yè)，研究生學(xué)歷，碩士學(xué)位，現(xiàn)為徐礦集團(tuán)天山礦業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電副總經(jīng)理，高級(jí)工程師。

4 主要功能

系統(tǒng)裝置主要功能有：

4.1 巡檢監(jiān)控功能：裝置能夠?qū)崿F(xiàn)正常狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)的監(jiān)控。對(duì)各部件的工作情況進(jìn)行巡檢，特別是對(duì)擋車(chē)欄（車(chē)擋）的位置自檢，最大限度地避免了系統(tǒng)的誤動(dòng)作。

4.2 執(zhí)行功能：裝置在檢測(cè)到信號(hào)后，能夠有效驅(qū)動(dòng)收放絞車(chē)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)擋車(chē)欄的上提和下放。

4.3 擋車(chē)功能：擋車(chē)系統(tǒng)中擋車(chē)欄應(yīng)常閉，具有跑車(chē)防護(hù)功能，正常運(yùn)輸時(shí)確保擋車(chē)欄的上提和下放，當(dāng)跑車(chē)時(shí)，能夠準(zhǔn)確攔截車(chē)輛。

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

4.5 常閉單向迫開(kāi)功能：當(dāng)擋車(chē)欄處于閉合狀態(tài)時(shí)，礦車(chē)正常反向運(yùn)行時(shí)，擋車(chē)欄具有反向迫開(kāi)功能。

4.6 視頻監(jiān)視功能：司機(jī)在絞車(chē)房可通過(guò)視頻系統(tǒng)直觀顯示擋車(chē)門(mén)的開(kāi)閉和車(chē)輛通過(guò)情況。

4.7 顯示功能：系統(tǒng)具有車(chē)位距離數(shù)字顯示，具有各傳感器及擋車(chē)攔動(dòng)作模擬顯示，具有故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障部位代號(hào)顯示。窗口采用大型液晶藍(lán)屏和LED點(diǎn)陣燈顯示，視角大、亮度高、觀察直觀。

4.8 具有擋車(chē)欄手動(dòng)、自動(dòng)操作功能和提起后的鎖定功能。

4.9 具有與提升機(jī)聯(lián)機(jī)、脫機(jī)功能，具有跑車(chē)故障報(bào)警并與絞車(chē)聯(lián)鎖功能。

5 跑車(chē)防護(hù)裝置的構(gòu)成

該套跑車(chē)防護(hù)裝置主要由以下部分組成：

5.1 專(zhuān)用主電控箱。固定在提升機(jī)房?jī)?nèi)，提供跑車(chē)防護(hù)裝置用狀態(tài)顯示器DC24V電源及編碼器、擋車(chē)欄傳感器DC24V電源，配有PLC控制器，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，接收編碼器的脈沖信號(hào)和擋車(chē)欄位置傳感器信號(hào)并進(jìn)行監(jiān)測(cè)、計(jì)算、判斷，發(fā)出信號(hào)，來(lái)控制外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)跑車(chē)和裝置故障時(shí)，電控箱故障繼電器使提升礦車(chē)絞車(chē)、收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，并發(fā)出報(bào)警。

5.2 狀態(tài)顯示器。安裝在提升機(jī)房，便于司機(jī)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(hào)并顯示，同時(shí)發(fā)出按鈕控制信號(hào)，能準(zhǔn)確顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和擋車(chē)欄的打開(kāi)、關(guān)閉、聯(lián)脫機(jī)、自動(dòng)、手動(dòng)、運(yùn)行方向和目前礦車(chē)的運(yùn)行位置和速度。

5.3 編碼器。安裝在絞車(chē)的深度指示器上，與提升機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)礦車(chē)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(cè)擋車(chē)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(hào)。

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

5.6收放絞車(chē)。在主控制箱PLC的控制下實(shí)現(xiàn)擋車(chē)欄的提升、下放，屬執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由減速器、電機(jī)、滾筒、底板、限位裝置等組成，結(jié)構(gòu)及安裝位置如圖5所示。

圖5 收放絞車(chē)示意圖

5.7 擋車(chē)欄和緩沖器。擋車(chē)欄用以攔住脫鉤的跑車(chē)，其外形如圖6所示，圖中L為擋車(chē)攔下放到位后能使四根鋼絲繩有效防護(hù)礦車(chē)的距離；緩沖器與鋼絲繩摩擦用以吸收跑車(chē)的沖擊能量，達(dá)到阻車(chē)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(chē)欄緩沖器示意圖

圖7a 緩沖器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖7b 鋼絲繩尾部繩卡分布圖

6 跑車(chē)防護(hù)裝置的工作原理

6.1 基本工作原理

跑車(chē)防護(hù)裝置采用安裝在提升絞車(chē)深度指示器上的專(zhuān)用旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器作為測(cè)距傳感器，專(zhuān)用主電控箱內(nèi)PLC作為控制核心，正常提物情況下，擋車(chē)欄處于常閉狀態(tài)。提升機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電控箱內(nèi)PLC對(duì)編碼器旋轉(zhuǎn)發(fā)生脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，PLC根據(jù)計(jì)數(shù)的結(jié)果判斷出礦車(chē)所在的位置、速度和運(yùn)行方向，在自動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)到礦車(chē)的位置為設(shè)定提升點(diǎn)、下降點(diǎn)時(shí)或手動(dòng)狀態(tài)接收到狀態(tài)顯示器上提、下放信號(hào)時(shí)，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(chē)動(dòng)作，擋車(chē)欄提升或下放，狀態(tài)顯示器顯示擋車(chē)欄狀態(tài)。

當(dāng)發(fā)生跑車(chē)時(shí)，礦車(chē)沖擊擋車(chē)欄，緩沖器緩沖0.3～10m（最大為20m）后礦車(chē)被可靠攔住，主電控箱接收到信號(hào)處理后，發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)斷開(kāi)提升機(jī)安全回路。其工作原理框圖如圖8所示。

圖8 跑車(chē)防護(hù)裝置工作原理框圖

6.2 狀態(tài)顯示器與擋車(chē)欄的動(dòng)作關(guān)系原理

當(dāng)?shù)V車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，將狀態(tài)顯示器功能選擇按鈕處于“自動(dòng)”狀態(tài)，“自動(dòng)”顯示燈亮，狀態(tài)顯示器顯示目前的礦車(chē)位置。

① 礦車(chē)下行。狀態(tài)顯示器顯示米數(shù)增計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S1=L-（L1+V2×H/V1）-4米，電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄提升，此時(shí)“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最高位置；當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S2=L+4米），電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄下放，此時(shí)“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最低位置。

②礦車(chē)上行。顯示器顯示米數(shù)減計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S3=L+V2×H/V1+4米）電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄提升，此時(shí)“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最高位置；當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S4=L-L1米），電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄下放，此時(shí)“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最低位置。

上述S1-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄提起時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；S2-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄下放時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；S3-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄提起時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；S4-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄下放時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；L-擋車(chē)欄距離標(biāo)定點(diǎn)（即零點(diǎn)）的距離；L1-串車(chē)的長(zhǎng)度；V1-收放絞車(chē)的提升速度；V2-串車(chē)的運(yùn)行速度；H-擋車(chē)欄的提升高度。

7 跑車(chē)防護(hù)裝置的應(yīng)用情況

該裝置在俄礦副井使用以來(lái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

7.1 裝置控制技術(shù)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，一臺(tái)主機(jī)集中控制多個(gè)擋車(chē)欄，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，控制精準(zhǔn)；具備系統(tǒng)自檢功能、斷電記憶功能、傳感器失效保護(hù)功能、參數(shù)調(diào)整、與絞車(chē)聯(lián)機(jī)等功能；

7.2裝置能夠準(zhǔn)確確定車(chē)輛運(yùn)行位置，將擋車(chē)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(chē)欄動(dòng)作、控制故障報(bào)警，配合視頻監(jiān)控，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理問(wèn)題，具有人性化的界面；

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

8 結(jié)束語(yǔ)

該裝置投入以來(lái)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，安全可靠，基本無(wú)故障，杜絕了斜巷跑車(chē)事故，而且系統(tǒng)功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，提高了副井提升效率，受到良好的安全經(jīng)濟(jì)效果，值得大力推廣應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介：陳國(guó)強(qiáng)（1972-），男，江蘇金壇人，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)電專(zhuān)業(yè)，研究生學(xué)歷，碩士學(xué)位，現(xiàn)為徐礦集團(tuán)天山礦業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電副總經(jīng)理，高級(jí)工程師。

4 主要功能

系統(tǒng)裝置主要功能有：

4.1 巡檢監(jiān)控功能：裝置能夠?qū)崿F(xiàn)正常狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)的監(jiān)控。對(duì)各部件的工作情況進(jìn)行巡檢，特別是對(duì)擋車(chē)欄（車(chē)擋）的位置自檢，最大限度地避免了系統(tǒng)的誤動(dòng)作。

4.2 執(zhí)行功能：裝置在檢測(cè)到信號(hào)后，能夠有效驅(qū)動(dòng)收放絞車(chē)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)擋車(chē)欄的上提和下放。

4.3 擋車(chē)功能：擋車(chē)系統(tǒng)中擋車(chē)欄應(yīng)常閉，具有跑車(chē)防護(hù)功能，正常運(yùn)輸時(shí)確保擋車(chē)欄的上提和下放，當(dāng)跑車(chē)時(shí)，能夠準(zhǔn)確攔截車(chē)輛。

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

4.5 常閉單向迫開(kāi)功能：當(dāng)擋車(chē)欄處于閉合狀態(tài)時(shí)，礦車(chē)正常反向運(yùn)行時(shí)，擋車(chē)欄具有反向迫開(kāi)功能。

4.6 視頻監(jiān)視功能：司機(jī)在絞車(chē)房可通過(guò)視頻系統(tǒng)直觀顯示擋車(chē)門(mén)的開(kāi)閉和車(chē)輛通過(guò)情況。

4.7 顯示功能：系統(tǒng)具有車(chē)位距離數(shù)字顯示，具有各傳感器及擋車(chē)攔動(dòng)作模擬顯示，具有故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障部位代號(hào)顯示。窗口采用大型液晶藍(lán)屏和LED點(diǎn)陣燈顯示，視角大、亮度高、觀察直觀。

4.8 具有擋車(chē)欄手動(dòng)、自動(dòng)操作功能和提起后的鎖定功能。

4.9 具有與提升機(jī)聯(lián)機(jī)、脫機(jī)功能，具有跑車(chē)故障報(bào)警并與絞車(chē)聯(lián)鎖功能。

5 跑車(chē)防護(hù)裝置的構(gòu)成

該套跑車(chē)防護(hù)裝置主要由以下部分組成：

5.1 專(zhuān)用主電控箱。固定在提升機(jī)房?jī)?nèi)，提供跑車(chē)防護(hù)裝置用狀態(tài)顯示器DC24V電源及編碼器、擋車(chē)欄傳感器DC24V電源，配有PLC控制器，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，接收編碼器的脈沖信號(hào)和擋車(chē)欄位置傳感器信號(hào)并進(jìn)行監(jiān)測(cè)、計(jì)算、判斷，發(fā)出信號(hào)，來(lái)控制外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)跑車(chē)和裝置故障時(shí)，電控箱故障繼電器使提升礦車(chē)絞車(chē)、收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，并發(fā)出報(bào)警。

5.2 狀態(tài)顯示器。安裝在提升機(jī)房，便于司機(jī)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(hào)并顯示，同時(shí)發(fā)出按鈕控制信號(hào)，能準(zhǔn)確顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和擋車(chē)欄的打開(kāi)、關(guān)閉、聯(lián)脫機(jī)、自動(dòng)、手動(dòng)、運(yùn)行方向和目前礦車(chē)的運(yùn)行位置和速度。

5.3 編碼器。安裝在絞車(chē)的深度指示器上，與提升機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)礦車(chē)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(cè)擋車(chē)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(hào)。

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

5.6收放絞車(chē)。在主控制箱PLC的控制下實(shí)現(xiàn)擋車(chē)欄的提升、下放，屬執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由減速器、電機(jī)、滾筒、底板、限位裝置等組成，結(jié)構(gòu)及安裝位置如圖5所示。

圖5 收放絞車(chē)示意圖

5.7 擋車(chē)欄和緩沖器。擋車(chē)欄用以攔住脫鉤的跑車(chē)，其外形如圖6所示，圖中L為擋車(chē)攔下放到位后能使四根鋼絲繩有效防護(hù)礦車(chē)的距離；緩沖器與鋼絲繩摩擦用以吸收跑車(chē)的沖擊能量，達(dá)到阻車(chē)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(chē)欄緩沖器示意圖

圖7a 緩沖器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖7b 鋼絲繩尾部繩卡分布圖

6 跑車(chē)防護(hù)裝置的工作原理

6.1 基本工作原理

跑車(chē)防護(hù)裝置采用安裝在提升絞車(chē)深度指示器上的專(zhuān)用旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器作為測(cè)距傳感器，專(zhuān)用主電控箱內(nèi)PLC作為控制核心，正常提物情況下，擋車(chē)欄處于常閉狀態(tài)。提升機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電控箱內(nèi)PLC對(duì)編碼器旋轉(zhuǎn)發(fā)生脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，PLC根據(jù)計(jì)數(shù)的結(jié)果判斷出礦車(chē)所在的位置、速度和運(yùn)行方向，在自動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)到礦車(chē)的位置為設(shè)定提升點(diǎn)、下降點(diǎn)時(shí)或手動(dòng)狀態(tài)接收到狀態(tài)顯示器上提、下放信號(hào)時(shí)，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(chē)動(dòng)作，擋車(chē)欄提升或下放，狀態(tài)顯示器顯示擋車(chē)欄狀態(tài)。

當(dāng)發(fā)生跑車(chē)時(shí)，礦車(chē)沖擊擋車(chē)欄，緩沖器緩沖0.3～10m（最大為20m）后礦車(chē)被可靠攔住，主電控箱接收到信號(hào)處理后，發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)斷開(kāi)提升機(jī)安全回路。其工作原理框圖如圖8所示。

圖8 跑車(chē)防護(hù)裝置工作原理框圖

6.2 狀態(tài)顯示器與擋車(chē)欄的動(dòng)作關(guān)系原理

當(dāng)?shù)V車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，將狀態(tài)顯示器功能選擇按鈕處于“自動(dòng)”狀態(tài)，“自動(dòng)”顯示燈亮，狀態(tài)顯示器顯示目前的礦車(chē)位置。

① 礦車(chē)下行。狀態(tài)顯示器顯示米數(shù)增計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S1=L-（L1+V2×H/V1）-4米，電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄提升，此時(shí)“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最高位置；當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S2=L+4米），電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄下放，此時(shí)“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最低位置。

②礦車(chē)上行。顯示器顯示米數(shù)減計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S3=L+V2×H/V1+4米）電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄提升，此時(shí)“上提”顯示燈閃爍，提升到位后，“上提”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最高位置；當(dāng)?shù)V車(chē)到達(dá)設(shè)定位置（距離標(biāo)定點(diǎn)S4=L-L1米），電控箱控制收放絞車(chē)將擋車(chē)欄下放，此時(shí)“下放”顯示燈閃爍，下放到位后，“下放”顯示燈常亮，收放絞車(chē)停轉(zhuǎn)，擋車(chē)欄停止在設(shè)定的最低位置。

上述S1-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄提起時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；S2-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄下放時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；S3-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄提起時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；S4-下行礦車(chē)在擋車(chē)欄下放時(shí)距標(biāo)定點(diǎn)距離；L-擋車(chē)欄距離標(biāo)定點(diǎn)（即零點(diǎn)）的距離；L1-串車(chē)的長(zhǎng)度；V1-收放絞車(chē)的提升速度；V2-串車(chē)的運(yùn)行速度；H-擋車(chē)欄的提升高度。

7 跑車(chē)防護(hù)裝置的應(yīng)用情況

該裝置在俄礦副井使用以來(lái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

7.1 裝置控制技術(shù)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，一臺(tái)主機(jī)集中控制多個(gè)擋車(chē)欄，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，控制精準(zhǔn)；具備系統(tǒng)自檢功能、斷電記憶功能、傳感器失效保護(hù)功能、參數(shù)調(diào)整、與絞車(chē)聯(lián)機(jī)等功能；

7.2裝置能夠準(zhǔn)確確定車(chē)輛運(yùn)行位置，將擋車(chē)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(chē)欄動(dòng)作、控制故障報(bào)警，配合視頻監(jiān)控，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理問(wèn)題，具有人性化的界面；

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

8 結(jié)束語(yǔ)

該裝置投入以來(lái)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，安全可靠，基本無(wú)故障，杜絕了斜巷跑車(chē)事故，而且系統(tǒng)功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，提高了副井提升效率，受到良好的安全經(jīng)濟(jì)效果，值得大力推廣應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介：陳國(guó)強(qiáng)（1972-），男，江蘇金壇人，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)電專(zhuān)業(yè)，研究生學(xué)歷，碩士學(xué)位，現(xiàn)為徐礦集團(tuán)天山礦業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電副總經(jīng)理，高級(jí)工程師。