幸奠軍　劉煥石　陳巖　孟剛

【摘 要】礦井混合運(yùn)輸斜巷安全防護(hù)技術(shù)是針對(duì)斜巷軌道提升和架空乘人裝置混合布置復(fù)雜條件，具有提物、運(yùn)人、檢修三種不同工作狀態(tài)下的全自動(dòng)控制斜巷提升安全防護(hù)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用穩(wěn)定可靠的可編程控制（PLC）技術(shù)、I/O通訊技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)，傳感器原件選用高可靠性磁感應(yīng)開關(guān)，提升安全防護(hù)技術(shù)的穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)軌道提升狀態(tài)下?lián)踯嚈谌繉?shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，運(yùn)人狀態(tài)下?lián)踯嚈谔幱谕耆侣錉顟B(tài)，滿足架空乘人裝置座椅通過要求，檢修狀態(tài)滿足跑車防護(hù)裝置在檢修或故障處理的要求。

【關(guān)鍵詞】混合運(yùn)輸斜巷；安全防護(hù)系統(tǒng)；全自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)： U695.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(tǒng)中，斜巷防跑車及跑車防護(hù)裝置大多由各礦井自行加工制作，結(jié)構(gòu)形式有門式擋欄結(jié)構(gòu)、鋼絲繩擋欄結(jié)構(gòu)，控制方式由深度指示器壓觸開關(guān)配合電磁氣動(dòng)閥控制、旋轉(zhuǎn)編碼器配合PLC控制、手動(dòng)控制系統(tǒng)、超速擺桿自動(dòng)控制等。上述跑車防護(hù)裝置存在的主要問題有：斜巷跑車防護(hù)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(guī)的跑車防護(hù)裝置適用于單獨(dú)的軌道提升斜巷內(nèi)，而楊村煤礦現(xiàn)場(chǎng)軌道提升和架空乘人裝置運(yùn)人聯(lián)合布置的復(fù)雜條件，常規(guī)的跑車防護(hù)裝置不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的安全要求。基于上述情況，楊村煤礦研究開發(fā)并應(yīng)用了具有反向迫開、緩沖抗沖擊、閉鎖聯(lián)動(dòng)、安全可靠性強(qiáng)、檢測(cè)監(jiān)控能力強(qiáng)、全自動(dòng)控制的斜巷提升安全防護(hù)技術(shù)。對(duì)類似復(fù)雜條件的斜巷安裝混合提升運(yùn)輸斜巷跑車防護(hù)裝置具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 安全防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)組成

組成包括：跑車防護(hù)裝置隔爆兼本安型主控箱、隔爆兼本安型輔助電控箱、氣動(dòng)收發(fā)器、礦用本質(zhì)安全型接近開關(guān)、礦用隔爆兼本安型語言報(bào)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(shè)備設(shè)施。

2 工作原理

斜巷提升物料時(shí)，絞車房?jī)?nèi)的深度指示器上安裝位置接近開關(guān)，當(dāng)?shù)V車到達(dá)斜巷預(yù)定升起擋車欄的范圍內(nèi)時(shí)，位置接近開關(guān)將信號(hào)傳遞給輔控箱。輔控箱利用通訊光纜將信號(hào)傳遞給主控箱，主控箱向相應(yīng)的輔控箱發(fā)出擋車欄升起命令，擋車欄升起。車輛通過擋車欄后，此時(shí)深度指示器脫離位置接近開關(guān)，擋車欄電磁閥失電，擋車欄下落關(guān)閉。

混合斜巷架空乘人裝置運(yùn)輸人員時(shí)，將主控制箱“主控旋鈕”旋轉(zhuǎn)到“運(yùn)人”狀態(tài)，電控箱自動(dòng)控制所有擋車欄處于常開狀態(tài)，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(tài)直至取消提人狀態(tài)，滿足架空乘人裝置座椅通過。

3 實(shí)現(xiàn)的安全性能

3.1 安全防護(hù)裝置由控制系統(tǒng)和擋車欄組成，控制系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定可靠的可編程控制（PLC）技術(shù)、主機(jī)與分機(jī)應(yīng)用485通訊技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、傳感器原件應(yīng)用高可靠性磁感應(yīng)開關(guān)技術(shù)，建立集控制、管理一體化的綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)。擋車欄采用工字鋼框架反向迫開技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩擋車欄的反向迫開功能。

3.2 獨(dú)立實(shí)時(shí)監(jiān)控

獨(dú)立的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控提升斜巷各安全設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，人員能夠隨時(shí)觀察運(yùn)行情況，并在特殊情況下采取應(yīng)急措施，保證斜巷提升安全。

3.3 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能

具有“提物”、“運(yùn)人”、“檢修”三種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)軌道提升狀態(tài)下?lián)踯嚈趯?shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并能夠使擋車欄處于常閉擋車狀態(tài)，車輛通過時(shí)方可打開；運(yùn)人狀態(tài)下?lián)踯嚈谔幱谕耆侣錉顟B(tài)，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(tài)滿足跑車防護(hù)裝置在檢修或故障處理的要求。

3.4 緊急情況報(bào)警

跑車防護(hù)裝置用隔爆兼本安型主控箱實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制的新型安全防護(hù)主控保護(hù)裝置，內(nèi)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(jī)界面，可顯示絞車鉤頭（車輛）位置和擋車欄的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)緊急情況報(bào)警功能。

擋車欄上安裝有位置接近開關(guān)，用于檢測(cè)擋車欄的上下到位情況。如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有升起擋車欄，則發(fā)出報(bào)警及緊急停車信號(hào)。如果兩個(gè)位置接近開關(guān)之間接收信號(hào)的間隔時(shí)間小于設(shè)定值，則為絞車超速，顯示絞車超速保護(hù)，擋車欄不再升起。

超速保護(hù)功能：通過深度指示器上相鄰的位置接近開關(guān)發(fā)送信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算礦車行駛速度，當(dāng)絞車超速15%時(shí)，發(fā)出超速報(bào)警并斷開絞車安全回路，停止絞車運(yùn)行，擋車欄也不再升起。

3.5 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋

跑車防護(hù)裝置用輔助電控箱實(shí)現(xiàn)與主控裝置的信息傳輸，執(zhí)行主機(jī)命令，對(duì)各擋車欄進(jìn)行控制并反饋各擋車欄的狀態(tài)。

監(jiān)控報(bào)警功能：在擋車欄上下到位位置安裝位置接近開關(guān)，監(jiān)控?fù)踯嚈诘纳舷碌轿磺闆r，當(dāng)?shù)V車接近擋車欄，而擋車欄沒有到達(dá)上到位位置時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒絞車司機(jī)停車；

擋車功能：當(dāng)發(fā)生跑車事故時(shí)，擋車欄能保持常閉狀態(tài)將車擋住，防止跑車事故擴(kuò)大；

執(zhí)行功能：通過深度指示器上的位置接近開關(guān)，確定鉤頭位置，在提前開啟距離內(nèi)將擋車欄升起，確保正常提升運(yùn)輸?shù)倪M(jìn)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(guān)閉由跑車防護(hù)裝置用氣動(dòng)一級(jí)收放器進(jìn)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(dòng)二級(jí)收放器進(jìn)行控制，氣動(dòng)收放器由電磁氣控閥控制。氣動(dòng)收放器裝設(shè)位置傳感器，監(jiān)視擋車欄開閉狀態(tài)。

3.7 緩沖吸能

擋車欄鋼絲繩用規(guī)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(jīng)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(zhǎng)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(dāng)發(fā)生跑車事故時(shí)，全斷面繩欄能在繩欄常閉狀態(tài)下將礦車擋住，防止跑車事故進(jìn)一步擴(kuò)大；跑車事故發(fā)生后，車輛沖入全斷面繩欄中，能夠在緩沖器0.3～10m范圍內(nèi)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(fā)生后，串車到達(dá)擋車欄位置時(shí)往往已具有較大的速度和動(dòng)能，此時(shí)如果在極短的距離內(nèi)將車輛攔下，會(huì)使擋車欄承受極大的沖擊力，損壞擋車欄，使跑車事故繼續(xù)擴(kuò)大。所以必須安裝緩沖裝置，使擋車欄能在0.3～10m范圍內(nèi)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(hù)裝置主要技術(shù)參數(shù)

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(tái)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(wǎng)用鋼絲繩型號(hào)：6×37-1770—Φ28

緩沖器外形尺寸：680×300×98（mm）

緩沖器重量：兩臺(tái)150kg

擋車網(wǎng)外形尺寸：1200×1600（mm）

擋車網(wǎng)重量：69.13kg

礦車最大運(yùn)行速度：5m/s

5 防護(hù)距離確定

根據(jù)巷道運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況計(jì)算最大的擋車防護(hù)距離，計(jì)算公式為：

對(duì)于長(zhǎng)距離的斜巷，應(yīng)采取多套防護(hù)裝置，分檔防護(hù)的方式。由于擋車欄存在開啟提前量，將形成防護(hù)盲區(qū)，在盲區(qū)跑車時(shí)，會(huì)增加下一道防護(hù)裝置的沖擊能，因此在第二道防護(hù)裝置設(shè)計(jì)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(dāng)收放器的提升高度為1.6m，加上擋車網(wǎng)距軌道高度約為0.34m時(shí)，實(shí)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(shí)，L2的數(shù)值相應(yīng)增加。擋車欄的安裝應(yīng)保證裝置正常工作及有效防護(hù)，并處于常閉狀態(tài)。

7 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

7.1 安全防護(hù)主控保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與研制

本研究的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制的新型安全防護(hù)主控保護(hù)裝置，內(nèi)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(jī)界面，可顯示絞車鉤頭（車輛）位置和擋車欄的狀態(tài)。主控裝置有轉(zhuǎn)換開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)“提物”、“運(yùn)人”、“檢修”外加三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)軌道提升狀態(tài)下?lián)踯嚈趯?shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并能夠使擋車欄處于常閉擋車狀態(tài)，車輛通過時(shí)方可打開；運(yùn)人狀態(tài)下?lián)踯嚈谔幱谕耆侣錉顟B(tài)，滿足架空乘人裝置座椅通過要求；檢修狀態(tài)滿足跑車防護(hù)裝置在檢修或故障處理的要求。

7.2 跑車防護(hù)裝置用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱分機(jī)

設(shè)計(jì)分控裝置以實(shí)現(xiàn)與主控裝置的信息傳輸，執(zhí)行主機(jī)命令，對(duì)各擋車欄進(jìn)行控制并反饋各擋車欄的狀態(tài)。分機(jī)內(nèi)安裝西門子ET200遠(yuǎn)程I/O通訊模塊，可收集并傳遞該處擋車欄開閉狀態(tài)，并發(fā)送信號(hào)。面板上安裝有文本顯示屏，顯示信號(hào)的相關(guān)信息，有按鈕和指示燈，當(dāng)主機(jī)在檢修狀態(tài)下，可通過分機(jī)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)該處擋車欄的開啟和關(guān)閉，達(dá)到檢修擋車欄就近操作的要求。分控箱側(cè)面安裝喇叭，用于發(fā)出報(bào)警信號(hào)及語音提示。

7.3 反向迫開和緩沖抗沖擊擋車欄設(shè)計(jì)與研制

設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)車輛自下向上運(yùn)行時(shí)，擋車欄在沒有打開狀態(tài)下，能夠自動(dòng)迫開，消除車輛刮掛擋車欄事故的隱患。同時(shí)為減緩跑下的高速車輛對(duì)系統(tǒng)損壞，在鋼絲繩擋車欄固定底座處設(shè)計(jì)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(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研制

在上下車場(chǎng)及絞車房安裝防爆視頻監(jiān)控主機(jī)和顯示器，監(jiān)控主機(jī)具有不少于500G存儲(chǔ)能力和上傳數(shù)字化信息接口。在各擋車欄處設(shè)置固定防爆高清攝像儀，各攝像儀數(shù)據(jù)通過通信光纜進(jìn)行連接。絞車司機(jī)和上下車場(chǎng)信號(hào)把鉤工可通過視頻顯示器實(shí)時(shí)觀察斜巷內(nèi)車輛及安全設(shè)施情況，絞車司機(jī)發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)停車處理。

7.5 關(guān)鍵技術(shù)

7.5.1 控制系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定可靠的可編程控制（PLC）技術(shù)、主機(jī)與分機(jī)應(yīng)用485通訊技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、傳感器原件應(yīng)用高可靠性磁感應(yīng)開關(guān)技術(shù)，建立集控制、管理一體化的綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)。

7.5.2 應(yīng)用礦山工業(yè)用多通道寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)，滿足工業(yè)以太網(wǎng)信號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提升了安全可靠性。

7.6 創(chuàng)新點(diǎn)

7.6.1 具有“提物”、“運(yùn)人”、“檢修”三種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)軌道提升狀態(tài)下?lián)踯嚈趯?shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并能夠使擋車欄處于常閉擋車狀態(tài)，車輛通過時(shí)方可打開；運(yùn)人狀態(tài)下?lián)踯嚈谔幱谕耆侣錉顟B(tài)，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(jī)與分機(jī)應(yīng)用485通訊技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，擋車欄開閉狀態(tài)、位置編號(hào)等重要信息通過485串口通信技術(shù)由分機(jī)與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)化了線路布置，減少線路的投入，減少了隱患故障點(diǎn)，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(shù)，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩擋車欄的反向迫開功能。

7.6.4 獨(dú)立的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控提升斜巷各安全設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，保證斜巷提升安全。絞車司機(jī)及上下車場(chǎng)信號(hào)把鉤工通過視頻顯示器對(duì)斜巷安全設(shè)施及車輛情況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常情況能夠及時(shí)停車處理，提高了斜巷運(yùn)輸?shù)陌踩煽啃浴?/p>

8 應(yīng)用效果

楊村煤礦南三煤軌道上山混合提升斜巷安全防護(hù)裝置安裝應(yīng)用，在上車場(chǎng)把鉤硐室內(nèi)設(shè)置跑車防護(hù)裝置主控箱，布置3組反向迫開鋼絲繩式擋車欄，上車場(chǎng)變坡點(diǎn)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(chǎng)以上20-30m，各擋車欄處布置分控箱及監(jiān)控?cái)z像儀，在上、下車場(chǎng)信號(hào)硐室及絞車房?jī)?nèi)布置防爆監(jiān)視器。擋車欄的主控裝置有轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了“提物”、“運(yùn)人”、“檢修”外加三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)軌道提升狀態(tài)下?lián)踯嚈趯?shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并能夠使擋車欄處于常閉擋車狀態(tài)，車輛通過時(shí)方可打開；運(yùn)人狀態(tài)下?lián)踯嚈谔幱谕耆侣錉顟B(tài)，滿足架空乘人裝置座椅通過要求；檢修狀態(tài)滿足跑車防護(hù)裝置在檢修或故障處理時(shí)要求。

針對(duì)軌道斜巷提升運(yùn)輸和架空乘人裝置運(yùn)人混合布置的復(fù)雜條件，研究開發(fā)具有反向迫開、緩沖抗沖擊、閉鎖聯(lián)動(dòng)、安全可靠性強(qiáng)、檢測(cè)監(jiān)控能力強(qiáng)、全自動(dòng)控制的斜巷提升安全防護(hù)技術(shù)，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)類似復(fù)雜條件的斜巷安裝混合提升運(yùn)輸斜巷跑車防護(hù)裝置具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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