煤矿柔性斜井拦网式防跑车装置探讨

摘要：文章首先对斜井跑车防护系统的分类、发展及应用现状进行了综述，明确了项目的研究背景及意义，在对国内外技术成熟的斜井防跑车装置进行研究的基础上，针对柔性斜井跑车防护系统的工作要求和特点，设计出了常闭式可转动拦网架防跑车装置，并对该装置的性能进行了理论分析和试验研究。

关键词：斜井运输；防跑车装置；拦网式；柔性；煤矿开采 文献标识码：A

中图分类号：TD553 文章编号：1009-2374（2015）14-0165-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.082

1 煤矿跑车防护系统的研究背景与应用现状

矿井轨道运输发展方向是应用重型、高速电机车及大容量矿车，并采用固定道床铺设重轨轨道，而高速、大载重量列车就增加了跑车事故发生的危险，因此矿井防跑车技术研究就显得极其迫切与重要。

对于矿井斜巷轨道运输中出现的跑车，往往具有很大的加速度和很强的动能，为使其在可控距离内停止下来则需采用固定挡门挡车的刚性制动形式。目前拦网式防跑车装置应用较广，其功能特点是拦网的有效拦截面积大，阻车效果明显，拦阻成功率较大，即使跑车离开轨道也能将其拦截。然而常闭式的动作方式以及刚性制动使其巷道通过性差，发生事故时易造成了系统和矿车的损坏，因此《中华人民共和国煤炭行业标准：跑车防护装置技术条件》规定：跑车防护装置应具备缓冲功能。为了解决常闭式和刚性挡车装置的缺点，提出了柔性拦网式挡车装置设计研究。

2 柔性斜井拦网式防跑车装置结构设计

2.1 柔性斜井拦网式防跑车装置的结构及原理

柔性斜井拦网式防跑车装置如图1拦网阻车器结构简图所示，该装置主要由拦网架、拦网、液压缸、四连杆机构、缓冲器、拦网分离机构和挡块等组成。

1.拦网；2.拦网架；3.液压缸；4.四连杆机构；5.钢丝绳；6.缓冲器

图1 拦网阻车器结构简图

柔性斜井拦网式防跑车装置的工作原理是：在无矿车通行时，阻车器保持阻车位置。如图2阻车位：

图2 阻车位 图3 放行位

当矿车以正常速度运行时，拦网架绕其上部销轴回转，从而将其上固定的拦网从拦车位带到巷道顶部与轨面平行的放行位置，矿车即可安全通过。如图3放行位：当发生跑车事故时，拦网架不动作，拦网处在拦车位，跑车撞上拦网，拦网与网架脱离，拦网与缓冲器通过钢丝绳相连，依靠缓冲器的作用，最终使跑车停下。

2.2 各结构设计应用与原理分析

该防跑车装置最主要的阻车特点是，利用拦网的方式将跑车兜住。因此本装置需要有用于拦车的拦网以及可起到支承和固定拦网的机构或构件。同时该机构或构件能够实现在跑车状态和正常通行状态下的阻车位置和放行位置的改变，本装置采用回转式作为该机构的动作方式。

系统的驱动装置采用液压驱动，该种驱动方式特点是，承载力大，动作平稳，动作速度不高，需要有液压系统支持，也能满足频繁启动要求和往复动作要求。

采用液压驱动，执行元件就是液压缸，液压缸将作为拦网架动作的直接动力源。需要有传动机构连接在液压缸与拦网架中间，既能使拦网架按设想轨迹动作，又能使液压缸动作不受影响，保证系统简单可靠，最主要是能够满足安全规程。能够满足网架动作要求的机构较多，如四连杆机构、转动导杆机构、曲柄滑块机构、摆动导杆机构、弧形导杆间歇机构等。考虑到机构要简单、灵活、可靠、易于维护和易于加工，再加上该动作非常简单，并不需要复杂的机构，所以相比较而言四连杆机构要优于其他的机构，而且四连杆机构的应用也非常多，比如工程上使用的挖土机、装载机，它们上面的挖斗与液压缸的传动就是通过四连杆机构实现的，所以将四连杆机构作为本装置的传动机构。

防跑车装置的另一个设计难点是，如何实现当跑车发生时拦网与拦网架的可靠分离。实现分离的结构采用膨胀螺栓，膨胀螺栓可以用于拦网与栏架的分离上的，其过盈量可通过螺母或螺钉的旋紧量来调节，而且膨胀螺栓应用广泛、购买方便、易于更换。

每当矿车需要正常通行时，拦网架将会产生上升与下降的动作。该装置最好的放置位置就是在地面上，由于地面较好固定，受力也能满足，同时距离栏架所受到的冲击力作用点也较近，冲击力能很快地作用到地面上，这样就减少了对装置的破坏。

3 柔性斜井拦网式防跑车装置系统与安装布置

3.1 防跑车装置系统

柔性斜井拦网式防跑车装置除了机械执行部分外，还包括了液压驱动系统、电气控制系统、缓冲机构和所用的钢丝绳。

液压驱动系统分别同时驱动两侧栏架完成升降运动，故动作简单，只需有推程和回程两种工作状态。

斜井防跑车设施多为人工操作，存在着人为因素。许多跑车事故是因为煤矿工人人为操作不规范造成的。要想彻底改变这种被动状态，只有通过提高斜巷装备水平，提高设施的自动化程度来实现。基于PLC控制器功能和特点，结合跑车防护系统对其控制功能的要求，为保证安全生产和适应井下现场的恶劣环境，跑车防护装置采用PLC电气控制系统是一种理想而可行的选择。

缓冲机构工作原理，在发生跑车事故时，矿车与防跑装置碰撞后，在矿车继续下行的过程中拉动缠绕在卷筒上的钢丝绳，从而牵动卷筒转动，卷筒护板与卷筒通过焊接成为整体，在卷筒转动的同时，卷筒护板也开始转动，卷筒护板与转轴通过花键连接，从而带动转轴转动；摩擦副中的动片通过花键套与轴连接，最终使得动片随着卷筒的转动而转动，但静片保持静止，而卷筒护板也相当于动片，动片与静片之间的相对运动，从而将矿车的动能转化为摩擦热，最终使得矿车缓冲制动。

矿用钢丝绳，按捻制特性可分为点接触钢丝绳、线接触钢丝绳和面接触钢丝绳；按表面状态可分为光面钢丝绳、镀锌钢丝绳和涂塑钢丝绳；按股的断面形状可分为圆股钢丝绳和异形股钢丝绳。根据分析，应用于缓冲器中的钢丝绳适宜采用圆股，面接触，交互捻钢丝绳，且在实际生产中要按照相应的规章制度进行定期保质的检查，主要的项目包括断丝、绳径变细、锈蚀检查，并定期对钢丝绳做润滑维护，以保证其正常安全的工作。

3.2 防跑车装置安装

柔性斜井拦网系统的安装与布置如图4拦网阻车系统安装布置图所示：

图4 拦网阻车系统安装布置图

斜井上部有绞车提升装置和防跑车系统的控制箱，斜巷上面每隔300m左右就会布置一套阻车装置，图中所布置的就是拦网式阻车装置，其前后轨道上每隔一段距离都安装有传感器，用于测量矿车参数。缓冲器安装位置距离拦网架约5m左右，吊环分别安在轨道两侧，相距2.2～2.4m，与拦网架相距3m左右。拦网架支撑梁距离轨面的垂直距离为2.5m左右。梁与巷道两侧墙壁的固定方式参考了燕子山矿上电缆等设备与巷道壁的固定方式，即通常所说的牛腿结构。

4 结语

斜井柔性拦网式防跑车装置，在煤矿斜井轨道运输过程中，既能满足巷道的通过要求，又能实现在跑车事故发生时挡车的作用，且是柔性的挡车装置，对冲击力有缓冲作用，减少了对矿车和挡车装置的破坏。该装置结构简单，便于安装与维修，可靠性较强，能够极大地提高斜井轨道运输的安全性。

参考文献

[1] 李树森.矿井轨道运输[M].北京：煤炭工业出版社，1986.

[2] 张明，孙少华.矿用防跑车自动联锁防护装置[J].设计与研究，2007，（2）.

[3] 刘佳佳.倾斜巷道常闭式柔性防跑车装置[J].中州煤炭，2009，（9）.

[4] 刘海霞.智能式斜巷防跑车装置[J].山东煤炭科技，2008，（3）.

[5] 刘混举.新型防跑车及跑车防护系统的研究[J].煤矿机械，2001，（9）.

[6] 陈光毅.斜井防跑车装置的发展历程[J].矿山机械，2010，（22）.

[7] 张芹.新型防跑车缓冲吸能装置的设计与性能研究

[D].安徽理工大学，2008.

[8] 刘伟.新型摆杆式斜井防跑车装置的设计计算[J].矿山机械，2005，（5）.

作者简介：彭晓宁（1965-），男，大同煤炭职业技术学院工程师，研究方向：工业控制技术。

（责任编辑：王 波）