一种煤矿斜井巷道跑车防护装置的推广应用

陈海亮

（阳泉煤业集团翼城石丘煤业有限公司， 山西 临汾 041000）

引言

我国大部分煤矿斜井受到地质条件的影响，存在多层次、分布不均匀和运输线冗长的特点。此外，随着矿井机械化的不断发展，矿井斜巷道铺设安装了许多设备以满足井上和地面之间人员、物料和设备的运输，使原本狭窄的斜道变得更为拥挤。诸多这些因素导致了煤矿斜井巷安全事故的发生[1]。据统计，在2019年上半年，我国共发生煤炭运输事故16起，占总事故的29%。在这些事故中，大部分是发生在煤矿斜井巷的跑车事故。斜井跑车事故指的是在井下运输过程中设备断绳和脱钩导致的绞车行驶异常的事故，因为事故的不确定性和绞车时速往往较大，跑车事故经常造成重大事故。因此煤矿斜井巷道跑车防护装置的研究对于煤矿运输系统的安全十分重要。

1 斜井跑车防护装置系统的研究现状

根据国家《煤矿安全规程》中的相关规定，煤矿在斜井提升巷中，必须安装能够阻拦断绳、脱钩车辆的跑车防护装置。目前国内的相关装置发展迅速，种类繁多，主要分为以下两大类：机电联控式和机械式。根据它们不同的工作原理，跑车防护装置又可以分为常开式跑车防护装置、常闭式跑车防护装置、人力式驱动装置、机械式驱动装置、电动式驱动装置和液压气压式驱动装置。

以目前国内大部分生产单位采用的常闭式斜井跑车防护装置为例[2]，介绍现有的防护装置如何实现对跑车的监控和阻拦。它的结构设置如图1所示，在一般状态下，装置的挡车栏处于关闭状态。绞车开始运动到达指定位置后，系统的传感器感应到车辆经过将信号发往控制箱，控制箱控制电机将挡车栏收起供车辆通过。在绞车通过后，感应器向控制箱发出信号挡车栏落下。当发生跑车事故时，由于绞车速度快，控制系统没有足够时间完成信号传输和指令下达，挡车栏无法升起从而未达到阻拦车辆的目的。该系统可以有效地避免跑车事故的发生，但仍然存在一些不完善的地方。例如只有挡车栏一处防护安全系数并不高，需要人工监测并且监测困难，这些都是需要改进提升的部分。

图1 煤矿斜井跑车防护装置结构图

2 煤矿斜井巷道跑车防护装置PLC控制系统的程序设计

PLC是以继电器控制器为基础，结合了计算机控制技术的一种新型电气自动化技术，在工业界得到了广泛的运用。为了提升煤矿斜井巷道跑车防护装置的安全性能，提高防护系统的监测能力，笔者设计出一种基于可编程逻辑控制器（PLC）的控制系统[3]。该系统通过PLC内置的计数口，对绞车上的旋转脉冲编码器产生的脉冲数进行统计，然后与之前计算的预设值进行比较，将统计出的信号转换为指令，输出至车辆来控制它们的前进方向和行驶距离。整套装置由升降绞车、编码器、挡车栏和提升电机组成。自动化电气控制装置由三项交流发电机、传感器、旋转脉冲编码器、PLC控制器和电机控制接触器构成。装置的结构构成图如下页图2所示。

该系统的工作逻辑图如下页图3所示，当系统通电开始工作时，车辆在系统中的状态先被设置为下行模式。位于主站的PLC在同一时刻开始对位于绞车上的编码器进行脉冲计数[4]，将高速计数器得到的脉冲信号和原来装置中的设定值进行比较。如果两组数据一致时，主站发出下行信号，从站PLC在接收到信号后控制绞车的电机进行正转将挡车栏提起。当挡车栏上升到指定安全位置时，传感器控制信号灯由红变绿，绞车电机停止提升，结束车辆下行准备工作。当车辆通过挡车栏后，位于挡车栏下方的传感器发出离开信号，主站PLC发出命令开始控制电机进行反转，将挡车栏下放到安全位置。当下方感应器感应到到达指定位置后，向总站发出信号，总站PLC控制电机停止转动，信号灯由绿转红，完成通过命令。整个运输系统在这时处于封闭状态，防止出现跑车现象。如果发生跑车事故，在规定时间内计数器的计数会和设定值不符，总站的PLC会控制绞车电机停止工作并发出警报，达到防护目的。

图2 装置结构图

图3 装置工作逻辑图

3 防护系统的监控设计

为了对斜井巷道进行实时监控，了解巷道状态，本装置还设计了一种基于MCGS的实时监控系统[5]。MCGS（通用监控系统）具有操作简单，画面生动和完善的功能结构等优点，在目前工业界监控领域有着广泛的运用。结合井下实际生产作业，本装置的监控系统由三部分组成：工业现场区，自动控制区和上机位区，其结构如图4所示。

图4 装置监控系统结构图

监控系统的工作原理是：位于生产现场的设备包括摄像头和传感器对巷道进行实时监控，将巷道信号传往智能控制区。智能控制区由上述的防护装置组成，经过信息处理后，将信息再经过可视化处理送至位于机房的计算机中，相关工作人员可以直观的了解到巷道内的各种情况。当有情况发生时，位于机房的工作人员可以直观地了解现场状况，通过自身判断采取措施，对控制区可以下达工作命令，也可以及时将事故消息传往井上和地面，达到防护和及时处理现场的目的。

4 结语

新型的斜井巷道跑车防护装置，使用基于PLC的控制系统，结合MCGS对现场进行实时监控和智能处理，具有自动化程度高，防护措施强和可视化高的优点。但是在具体的调试和现场工作中还存在以下一些问题：设备的电控箱对精度要求比较高，所以要求的强度也比较高，目前还没有合适的材料满足这些功能需求。此外本装置的集成度比较高，在后期的维修维护中耗费人力财力。这些问题需要通过进一步对斜井巷道跑车防护装置进行优化而得以解决。