矿山斜井提升防跑安全车研发及应用前景

孔晓峰

摘要：常用的矿山斜井提升跑车防护装置是在井巷中分段安装常闭式挡车栏（网），存在距挡车栏（网）较远处发生跑车后溜车速度大、控制环节多、频繁提放挡车栏（网）不确定因素多等安全問题。研发了一种斜井提升自动制动防跑安全车，其通过一种离心脱扣车轮和在车架上设置的落闸系统及制动装置等，可实现一旦发生跑车第一时间落闸缓冲制动安全停车，产品价格测算为4万～10万元，使用灵活方便，投资和运行费用小。

关键词：矿山斜井；矿车提升；防跑车；自动落闸；缓冲制动

中图分类号：TD55          文章编号：1001-1277（2023）06-0035-04

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20230608

GB 16423—2020 《金属非金属矿山安全规程》和《煤矿安全规程》均规定，在倾斜井巷内需安设能够阻止运行中断绳、脱钩车辆跑车的防护装置［1］。近年来，随着矿山现代化建设的发展，无轨胶轮车、齿轮车、单轨吊车和无极绳绞车等运输设备在采区辅助运输中被普遍应用，引起了研究人员的广泛关注，对该方面的研究也如雨后春笋般涌现，但关于斜井提升防跑安全车方面的研究较少。本文旨在研究矿山斜井提升防跑安全车基本构造、工作原理、技术特点、可行性及产品开发的必要性，以期提高矿山斜井矿车提升的安全水平。

1  研究背景

目前，国内矿山斜井提升跑车防护主要采用在井巷中分段安装几道常闭式挡车栏（网）的方式，一般至少在井口变坡点下方、井底车场上方和井巷中部安设3道挡车栏（网），提升时矿车运行到挡车栏（网）前及时提起，通过后再及时放下，一旦发生跑车，常闭挡车栏（网）可立即拦截上方溜下来的矿车［2］。应用挡车栏（网）需在井筒中安装缓冲装置和动力装置等设备设施，配套供电和控制系统，控制系统还需与提升绞车的操控系统联锁，运行过程中提升系统需频繁提起、放下，导致影响安全运行的不确定因素增加。为防止挡车栏（网）未能及时提起、放下，在提升系统运行过程中，要求绞车司机时刻观察挡车栏（网）的状态，导致绞车司机注意力负担大［3］。

在离挡车栏（网）较远处发生跑车时，矿车溜车距离长、溜车加速时间长，矿车撞到挡车栏（网）时速度大，冲击能大。以某矿斜井为例计算发生跑车事故时的各项参数。斜井长450 m，坡度25°，矿车质量1 300 kg，载质量1 600 kg，每次提升2辆矿车，总质量合计5 800 kg，提升速度3.06 m/s。斜井中共安装了3道挡车网，间隔距离180 m，假设提升运行时在距离挡车网上方170 m处发生跑车事故，矿车下溜撞到挡车网的即时速度为37.42 m/s，即5 800 kg的质量以37.4 m/s的速度撞击挡车网，动能为4.06 MJ，产生的破坏力巨大。且矿车在倾斜坡度较大的轨道上高速下溜时，在轨道不平或接缝较大处，易发生颠簸、翻车现象，导致矿石撒落，甚至会出现矿石漏过挡车栏（网）现象，对下方巷道和车场的安全造成威胁。因此，研发一种应用于矿山斜井提升的防跑安全车，对于矿山安全生产具有重要的现实意义。

2 矿山斜井提升防跑安全车

2.1 基本构造及设计原理

矿山斜井提升防跑安全车由车架、普通车轮、离心脱扣车轮、落闸系统和制动装置组成，离心脱扣车轮包括车轮体、离心脱扣机构和弹射装置。离心脱扣机构和弹射装置安装在车轮轮毂与轮缘之间的环状空间内，包括外侧大轴孔离心板、带有下钳卡口的第一平衡连板、带有上钳卡口的第二平衡连板、内侧大轴孔离心板、离心板铰接轴、内侧小轴孔离心板和外侧小轴孔离心板；弹射装置包括外卡簧、拨杆滑套、内卡簧、弹簧挡板、弹射拨杆、弹射弹簧、锁母和一次性密封帽。矿山斜井提升防跑安全车基本结构如图1所示，实物图如图2所示。本设计所要解决的技术问题是提供一种斜井提升自动制动防跑安全车，其通过车架、普通车轮、离心脱扣车轮、落闸系统和制动装置等，实现即时就地缓冲制动停车。

2.2 工作原理

矿山斜井提升防跑安全车的车架上，其中一只车轮设置为专用离心脱扣车轮，外形与普通车轮相似（如图3-a所示）。离心脱扣车轮上轮辐处设置为绕轮毂的环形槽腔，环形槽腔中对称设置离心脱扣机构（如图3-b所示）。离心脱扣机构的离心板等部件绕轮毂对称布置，直线动惯力平衡抵消，剧烈碰撞不误动作［4］。车轮正常旋转时，离心板离心力小于弹簧拉力紧贴轮毂，卡住弹射拨杆，使其缩在车轮内保持锁闭状态。矿山斜井提升防跑安全车使用时串接在提升钢丝绳的钩头和矿车间，与矿车一起运行。一旦发生溜车或跑车，车轮转速加快至设定的离心板启动转速，离心板张开，释放的弹射拨杆从车轮内侧的孔口顶开一次性密封帽弹射伸出，伸出的拨杆绕车轮中心随着车轮转动，拨杆利用溜车的惯性拨动车架上的转柄转动，带动落闸机构动作，释放制动闸自动落闸，通过抽出式牵引碰头拉动钢丝绳缓冲器缓冲制动，在最短时间内安全停车［5］。

2.3 性能测试

为检验矿山斜井提升防跑安全车安全性能，参考GB 16423—2020 《金属非金属矿山安全规程》、AQ 2028—2010 《矿山在用斜井人车安全性能检验规范》等国家标准和行业标准，结合现有检验手段和方法，在五矿邯邢矿业有限公司西石门铁矿北区地表斜井JTP-1.6×1.5进行了空载、重载脱钩自动制动停车试验。试验基本技术参数：斜井坡度25°，斜长260 m，脱钩位置距井口180 m，轨距600 mm，轨型24 kg/m，矿车型号为矿山斜井提升防跑安全车（非标准），矿车数量1，矿车自身质量590 kg，矿车载质量1 000 kg。试验所需检验设备：CJK5矿用架空乘人装置安全性能检测仪、JZC-B2坡度尺、钢卷尺5 m、WS2080A温湿度表、AWA5636声级计。矿山斜井提升防跑安全车安全性能测试结果如表1所示。由表1可知：离心脱扣车轮和落闸机构动作灵活、落闸准确、制动可靠，同时，实现了即时就地缓冲制动停车，安全可靠。

3 技术特点及效益预测

3.1 技术特点

1）全程自动即时防跑车，纯机械机构动作，落闸连板机构环节少，安全防护形式和可靠性与竖井提升的防墜器类似。

2）离心脱扣机构密封设置在离心脱扣车轮内，在伸出口设置一次性防水盖，防尘、防水、防撞，便于保养，不占用车架上的安装空间。

3）离心脱扣机构的离心板等部件绕轮毂对称布置，直线动惯力平衡抵消，剧烈碰撞不误动作。

4）弹射拨杆伸出后随车轮旋转，利用溜车惯性拨动车架上的落闸转柄落闸，拨动转柄的作用力大，动作可靠。

5）两侧落闸机构和制动闸设置有同步联动机构，两侧制动闸落闸制动同步性好。

6）利用下溜矿车的惯性推动制动闸的滑楔卡轨闸体压紧楔形闸，卡紧轨道头，制动可靠。

7）两只制动闸为独立自由抓捕，适应轨道间距偏差。

8）抽出式连接碰头与钢丝绳缓冲器配合，缓冲距离长，制动平稳。

9）采用四绳钢丝绳缓冲器，本质安全，钢丝绳绳径较小，恢复操作方便。

10）产品制造成本低，使用方便，维护保养简单，便于推广应用。

3.2 经济和社会效益

1）矿山斜井提升防跑安全车实行全程即时防跑车，矿车在任何位置发生跑车后均能在最短时间内自动制动缓冲停车，可避免高速下溜的矿车撞坏井筒支护和井筒中的风管、电缆、水管等设施，避免人员伤害等重大安全事故。

2）挡车栏（网）跑车防护装置设备多，安装工作量大，投资和维护费用高。经调研，根据挡车栏（网）产品和安装条件不同，安装3道挡车栏（网）需投资14万～23万元，运行维护工作量大，需专人巡检，运行费用包括检修人员工资和材料消耗，每年5万元左右［6-7］。而本研究的矿山斜井提升防跑安全车根据制动方式和规格的不同，产品价格测算为4万～10万元，使用灵活方便，节省安装费，维护保养主要包括例行外观检查和落闸动作试验，落闸后恢复简单，使用和维护费用低。矿山斜井提升防跑安全车与挡车拦（网）技术经济指标对比如表2所示。

4 结 语

随着科技飞速发展，矿山运输机械化水平不断提高，斜井矿车提升由于其生产效率较低和安全生产难度较大等原因逐渐退出了主提升应用，但在中国许多老金属矿山和煤矿地下开采的辅助运输中仍有大量应用，即使是新建的现代化矿山，只要有斜巷，就要用到矿车提升，就有防跑安全车的应用市场。中国矿山众多，现有的挡车栏（网）跑车防护装置保有量巨大，防护装置需投资14万～23万元，运行维护工作量大，需专人巡检，每年还需5万元左右的维修费用。而本研究的矿山斜井提升防跑安全车根据制动方式和规格的不同，产品价格测算为4万～10万元，使用灵活方便，节省安装费，是挡车栏（网）跑车防护装置理想的更新换代产品，产品技术已有专利保护，产品市场前景广阔。

［参 考 文 献］

［1］ 赵清华.地下矿山斜井跑车事故原因分析与预防［J］.中国矿业，2007，116（4）：53-57，60.

［2］ 张苏，王若瑄，李蓉蓉，等.基于行为安全的煤矿斜井跑车事故原因研究［J］.煤矿安全，2018，49（11）：245-248.

［3］ 曹亮.刍议煤矿斜井跑车防护装置监控系统［J］.当代化工研究，2019，50（14）：53-54.

［4］ 郑标祥.斜井跑车防护装置的研究探讨［J］.科技风，2009（15）：166.

［5］ 汪进雅.斜井跑车防护装置布置形式分析［J］.煤矿开采，2008，13（6）：74，62.

［6］ 宁要武，朱香卫.自动无人职守煤矿斜井跑车防护装置的设计［J］.煤矿安全，2011，42（12）：58-60.

［7］ 李宏斌，周永峰.黄金矿山成本控制的有效途径探析［J］.黄金，2014，35（1）：1-4.

Abstract：The commonly used protection measures for cart sliding is to install constantly closed cart barriers （nets） in sections in tunnels，which has some safety problems such as high-speed sliding when the cart starts to slide far away from the cart barriers （nets），too many control links，and uncertain factors caused by frequent lifting of the cart barriers （nets）.An automatic-braking sliding-prevention safety cart for ascending carts in inclined shafts is deve-loped.By using a centrifugal tripping wheel，a braking system，and a braking device arranged on the frame，it can realize the safe parking of sliding carts immediately.The product price is estimated to be 40 000-100 000 yuan.The use is flexible and convenient，and the investment and operating expenses are small.

Keywords：inclined shaft in mines;mine cart ascending;sliding-prevention cart;automatic braking;buffing braking