煤矿副斜井无轨胶轮车阻车系统研制与应用

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(1.鄂尔多斯市天地华泰采矿工程技术有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000；2.北京天地华泰采矿工程技术有限公司，北京 100013)

煤矿副斜井无轨胶轮车阻车系统研制与应用

李正甲1，刘邹县1，赵宏伟2

(1.鄂尔多斯市天地华泰采矿工程技术有限公司，内蒙古鄂尔多斯017000；2.北京天地华泰采矿工程技术有限公司，北京100013)

在浅埋深、近水平开采的平硐或斜井提升运输煤矿中，大多设计为斜井无轨运输，无轨胶轮车使用比较广泛。但是国内无轨胶轮车防跑车系统的设计与研制属于空白。本设计包括电气控制技术、无线射频技术、气动控制技术、阻车装置等，通过雷达测速监测车辆运行速度，车载遥控器作为后备保护，当车辆失控时电气系统及时动作，阻车泡沫4s内脱钩到位，起到柔性阻车的效果。根据用户需要本系统还可以实现车辆监测、定位、数据、图像上传等功能。

无轨胶轮车；阻车系统；车辆检测；泡沫阻车装置

1 概述

煤矿辅助无轨化运输，一般在浅埋深、近水平开采的平硐或斜井提升运输矿井中使用比较广泛。防爆无轨胶轮车是无轨化运输的重要组成部分，车辆的行驶安全直接影响矿井的安全生产。特别在煤矿副斜井倾斜坡面上，如果发生车辆脱档、刹车失效、司机操作失误等现象，车辆可能在倾斜坡面上发生“跑车”事故，极易造成车辆损坏和人员伤亡的恶性事故。因此有必要研制副斜井无轨胶轮阻车系统，以避免此类事故发生。

2 研究现状

2.1 轨道运输的副斜井阻车技术

煤矿有轨运输的斜井防跑车装置，国内已进行了多年研究，技术上较为成熟，现场使用也取得了良好效果。该装置主要分为挡车器和阻车器两大类，通过安装在斜井中的阻车器和挡车器，对失去控制的矿车进行拦阻，防止跑车事故的发生。

2.2 无轨运输的副斜井阻车技术

根据已掌握的文献资料，煤矿无轨运输阻车装置在我国基本属于空白状态。只有个别煤矿在副斜井底装设简易缓冲装置，即在副斜井井底铺上沙袋，井底正前方的巷帮上，挂上废旧轮胎，用以吸收失控车辆与帮部碰触时产生的巨大能量。但这种措施的实际使用效果极其有限。近两年，有个别煤矿借鉴高速公路使用的可导向防撞垫技术。在井底车场正对副斜井方向安装防撞垫。但这项技术只是车辆发生跑车事故后的一种补救措施，不能在跑车事故发生的初期使失控车辆得到控制。

3 主要结构及原理

为避免刚性阻车对人员和车辆的伤害，采用柔性阻车系统。安装位置设在斜井倒车硐室或巷道帮部。以车辆测速雷达进行测速为主，车载遥控系统为辅，两种控制方式相结合的方式使阻车机构动作，防止副斜井防爆车辆发生跑车事故。

3.1 阻车器

阻车器的设计是本系统的核心部件，设计上既要体积小、重量轻，又要注重实际使用效果。该装置主要包括阻车泡沫和动作机构两部分。

阻车泡沫是在发生跑车时，阻车泡沫及时工作，能够阻止车辆下滑。

动作机构是控制阻车泡沫如何快速移动到巷道中央的机械装置。

3.2 车辆速度检测系统

本系统通过检测车辆的行驶速度，判断车辆是否发生了失控跑车事故。

通过测速雷达监测巷道内的超速车辆，通过数据通信总线，及时传输至控制系统。巷道形状复杂，且巷道内的风速较高，对雷达的测速精度、距离要求较高，选用的系统必须适用于煤矿井下复杂的环境。

3.3 车载遥控系统

车载遥控系统是实现阻车机构及时动作的一种后备保护，采用低功耗设计，系统不工作时处于待机状态，要求要有一定的遥控距离，使阻车机构有足够的工作时间。

3.4 控制系统

本装置中的控制系统是整个装置的大脑、核心，通过它判断是否发生了车辆跑车事故，要求系统控制灵敏、可靠，且功率消耗较低。本系统采用上位机、下位机的控制模式，下位机把采集到的车辆速度信号、遥控信号，及时通过总线方式传至上位机，由上位机进行判断、控制。

4 系统硬件原理介绍

4.1 阻车泡沫

阻车泡沫是阻车器的关键部件，对其使用的材料和形状进行了深入研究，最终确定为梯形结构。阻车器材料为聚氨酯泡沫，保证车轮与之碰撞时，有一定弹性，失控车辆碾压住阻车泡沫后与地面产生摩擦阻力，起到刹车作用，迫使车辆减速并及时停车。具体实物如图1所示。

图1 阻车泡沫

4.2测速雷达

本系统的雷达采用CS12型测速雷达，测量的速度值通过RS232口接收发送数据，自带上位机应用程序，在应用程序中通过协议可直接控制雷达，设定雷达各项工作参数。雷达工作在静止状态下，可以同时测量目标车辆的最强速度值和最快速度值，并可锁定目标速度值；可设置成只测单向行驶车辆或同时测双向行驶车辆。本系统只要求测量副斜井行驶的同向车辆。

4.3 控制系统

控制系统是由上位机、下位机、通信总线、气动控制等几部分组成的，上位机负责对下位机传输过来的速度信号、遥控信号进行判断，再通过下位机控制气动控制箱内的电磁阀动作。

4.3.1 上位机

上位机安装在防爆外壳内，由人机界面(液晶屏)、按键检测板、逻辑控制板、电源转换板、本安电源模块、外部接线板等几部分组成。

电源转换板 上位机内部各部分电路提供必要的电源，包括人机界面所需的24V电压。各功能板所需的5V和12V电压。

本安电源模块 下位机沿线提供18V电压。

按键检测板 系统提供了参数设置功能，通过操作按键，可以对上位机进行操作。

逻辑控制板 通过通信总线，将下位机采样的数据进行实时采集，负责采样和控制下位机使解锁机构动作，从而实现系统的控制功能，是整个斜井阻车装置的大脑。

人机界面 实时显示系统的工作状态，并且可以通过视频合成器显示多路视频信号，供操作者查看副斜井内车辆通行状况。

4.3.2 下位机

下位机采用本安型设计，使用本安型18V电源供电，由外壳和下位机板两部分组成。

下位机通过与之连接的雷达、遥控接收器、电磁阀接收雷达采集的速度信号，遥控接收器的控制信号也被其采样。这些信号都通过下位机的通信接口传输至上位机控制器。当需要使阻车装置动作时，则下位机可输出给电磁阀一个信号，控制电磁阀动作。

4.3.3 气动控制

斜井阻车装置属于机电一体化的设备，除了包含电气控制，还有气动控制部分，它是由电磁阀、氮气瓶、减压阀、连接管路等部分组成，安装在气动控制箱内，外接动作气缸，具体原理见图2。气瓶型号为15CF、气瓶预置压力为10MPa ,减压阀型号为YQD-08、减压阀调节压力为0.6MPa 。需要阻车时由下位机控制电磁阀导通，高压气体通过减压阀减压，打开单向阀使气缸快速动作，阻车泡沫脱钩滑落到巷道中，阻停事故车辆。

图2 气动操作箱原理

5 现场应用

2013年9月1日至12月1日对系统进行了为期3个月的运行状态统计，对系统可靠性进行分析研究，记录系统出现故障的次数，预测系统平均无故障时间和故障出现的概率。通过对记录数据的分析发现系统的平均故障率非常低，基本未出现大的系统性故障。

通过现场模拟试验得知，阻车泡沫动作到位时间为4s，车辆阻停距离在10m之内，能够起到缓冲和阻停事故车辆的效果。

6 特色与创新

(1)本装置融电气控制技术、无线射频技术、气动控制技术等多项技术于一体，各技术相互融合。现场实用性强，针对性强，避免了不必要的倒车操作，提高了煤矿副斜井的行车安全性，可有效避免斜井跑车事故的发生。

(2)设计的可移植性强，利用PIC单片机作为控制系统的核心，可以方便地对单片机编程，及时更新程序。通过专用编程电缆，可以实现现场编程，灵活地适应各种现场状况，抗干扰能力强。

(3)系统设计理念较先进，能主动监测井下车辆的行驶状态，速度检测与遥控信号检测并行工作，两者任一满足阻车器动作时，均可使阻车器动作，两者互为冗余备份，提高了装置可靠性。

(4)该项设计填补国内空白，目前尚未有煤矿使用该套装置，具有很强的推广应用价值。

7 结论

煤矿副斜井无轨胶轮车阻车作为一个全新的系统，在实际应用中还需要不断改进。在系统软件方面，软件的基本功能已经完成，大部分功能也已实现，但有些新功能还需要进一步的开发和完善。通过现场试验能够对事故车辆起到缓冲和阻停作用，对煤矿副斜井的行车安全意义重大。

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[5]饶运涛，邹继勇，王进宏，等.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

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[8]张明峰.PIC单片机入门与实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

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[责任编辑：徐亚军]

Development of Car-resistance System of Trackless Rubber Vehiclefor Auxiliary Slope and Its Application

LI Zheng-jia1, LIU Zou-xian1, ZHAO Hong-wei2

(1.Erdos Tiandi Huatai Mining Engineering Technology Co., Ltd., Erdos 017000, China;2.Beijing Tiandi Huatai Mining Engineering Technology Co., Ltd., Beijing 100013, China)

In coal mines with shallow-buried and nearly-horizontal footrill or slope lift and transportation, most were designed as slope transportation with trackless rubber vehicle.But domestic car-resistance system design and development of trackless rubber vehicle was blank.This design included electric control technology, radio frequency identification technology, pneumatic control technology, car-resistance device, etc.By monitoring vehicle speed with radar speed measurement, vehicle-mounted remote-control as backup protection, when vehicle was out of control, electric system acted timely, car-resistance foam unhooked and realized flexible car-resistance.This system could realize vehicle monitoring, location, data and image upload according to users’ need.

trackless rubber vehicle; car-resistance system; vehicle detection; foam car-resistance device

2014-04-09

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.06.011

国家科技支撑计划课题(2013BAH12F00)；天地科技股份有限公司技术创新基金项目(KJ-2012-TDHT-01)；天地科技股份有限公司工艺技术创新基金项目：现代煤矿生产运营服务模式研究及应用示范(KJ-2013-TDHT-01)；天地科技股份有限公司技术创新基金项目：新疆煤炭资源开发关键技术与应用调查研究(KJ-2014-TDHT-01)

李正甲(1973-),男，山东聊城人，硕士,高级工程师，主要从事煤矿开采工作。

李正甲，刘邹县，赵宏伟.煤矿副斜井无轨胶轮车阻车系统研制与应用[J].煤矿开采，2014，19(6)：41-43.

TD562

A

1006-6225(2014)06-0041-03