煤礦斜井跑車防護裝置的設計與實踐

鄭緒坤

（山西霍爾辛赫煤業有限責任公司，山西 長治 046600）

在煤礦斜井提升設備中，跑車防護裝置可以起到有效的保護性攔截，降低跑車事故造成的損失。山西霍爾幸赫煤業公司斜井軌道運輸中缺少該跑車防護裝置，無法滿足《煤礦安全規程》的要求，從煤礦生產安全的角度出發，該礦決定自行設計煤礦斜井跑車防護裝置。機電科技術人員根據該礦斜井提升的工作實況和跑車防護保護要求，利用礦井廢舊的設備材料設計了一套煤礦斜井跑車防護裝置。該裝置經樣品設計，安裝到井下連續進行試驗，發現問題不斷修改，最終確定設計方案，實踐應用效果理想。

1 跑車防護裝置的應用現狀分析

國內煤礦斜井跑車防護裝置類型較多，按照擋車器類型分類可分為：剛性擋車器、柔性擋車器、組合式擋車器。剛性擋車器的優點：成形好，形狀易控制；缺點：對礦車損害重，不好恢復。柔性擋車器的優點：對礦車損害小，容易恢復；缺點：成形有難度。混合式擋車器采用鋼絲繩擋車，鋼絲繩成形，并輔助氣缸阻尼作為緩沖，位置在斜巷下口作為捕車的后備保護，優點較多，應用比較廣泛。

對市面上常見的各種跑車防護裝置進行綜合分析，結合霍爾幸赫煤業公司傾斜井巷道的實際情況，設計和制作了機械常開式混合擋車器的跑車防護裝置。

2 跑車防護裝置的結構分析

2.1 跑車防護裝置的結構設計

該跑車防護裝置主要由兩部分組成。

一部分是防護欄，如圖1（a）所示。該防護欄是用50的角鐵焊接制作的2m×1.5m長方形框架，在框架的四周每隔200mm鉆一個Φ20mm的圓孔，保證框架相對的邊框上的圓孔兩兩對照。再用Φ18.5mm的廢舊鋼絲繩穿入孔中，編成網格狀，鋼絲繩相互錯壓。中間鋼絲繩交錯的位置用相同規格鋼絲繩卡固定，鋼絲繩穿過邊框的圓孔后反壓在鋼絲繩上，用同樣規格的鋼絲繩卡固定。這樣就編制成一張2m×1.5m帶邊框的鋼絲繩網。在鋼絲繩網1.5m長的一端焊接帶有兩個圓孔的厚度超過15mm的鉸支座，圓孔的直徑大約為35mm，兩個鉸支座的間距以800mm左右為宜。在巷道支架的橫梁上焊制兩個同樣規格的鉸支座，兩個鉸支座的間距以750～770mm為宜，防護欄與巷道支架的鉸支座用一根長度約為850mm的鋼制銷柱連接，銷柱的兩端分別鉆一個圓孔，打上開口銷。

跑車防護裝置的另一部分是撞擊引導裝置，如圖1（b）所示。該裝置由兩根長約1.8m的方鋼并列焊接在兩塊鋼板上，兩根方鋼之間有30mm的間隙，在距方鋼一端200mm左右的位置鉆一個通孔，通孔的位置裝一根長度約為1.5m的撞桿，撞桿與兩塊方鋼制成的底座鉸接，并保證撞桿能在底座上自由轉動。在底座的另一端200m左右的位置也鉆一個通孔，通孔上裝一個機關掛鉤保證撞桿在受到較大外力撞擊的時候能向后轉起，撞到機關掛鉤的尾部。在防護欄和機關撞鉤之間用一根Φ6mm的膠套鋼絲繩連接，在巷道支架防護欄底端向上抬起的位置處裝一個導向輪，如圖1（c）所示，用來改變鋼絲繩傳導力的方向。由于發生跑車的礦車在到達防護欄時的速度可能極大，所以撞擊引導裝置距防護梯的距離要合適，這樣才能保證發生跑車的礦車在撞擊到撞擊引導裝置的撞桿后再到達防護梯的位置。

圖1 跑車防護裝置圖

2.2 巷道模擬計算分析

針對設計的機械常開式混合擋車器的跑車防護裝置，以中普煤業25絞車運行巷道為實際運行環境，采用巷道模擬計算從而確定相關技術參數。巷道坡度25°，長度約230m，巷道斷面8m2。巷道模擬計算示意圖如圖2所示。

圖2 巷道模擬計算示意圖

設定礦車從擋車梯自由落下的最大速度為v2，礦車行車速度為v1，撞擊引導裝置的速度為v3。從擋車梯到撞擊引導裝置的距離為120m，從自由落下的最大速度起至撞擊引導裝置為52m。

假設從經過擋車梯的位置就發生跑車事故，計算礦車從擋車梯自由落下的最大速度：

經試驗，礦車從擋車梯自由落下的時間大約為0.5s，故

從撞擊引導裝置到防護欄的距離最小應該為21.4m。

當然，這里計算的距離僅僅適合于該礦25絞車安裝巷道，如果針對其他不同的巷道，還要進行具體的分析。

2.3 跑車防護裝置的原理

運行中的礦車發生跑車事故時，礦車會以較大的速度向巷道底部沖去，當礦車撞到撞擊引導裝置上的撞桿時，撞桿會以極大的力量向后彈起，撞擊在引導裝置另一端的機關掛鉤上，接受撞擊的機關掛鉤的一端向上旋轉，另一端向下旋轉，掛在機關掛鉤上的連接鋼絲繩脫落，防護網落下擋住高速向下沖的礦車。

決定跑車防護裝置能否起作用的一個重要因素就是發生跑車事故的礦車與撞桿撞擊瞬間的速度，只有這一瞬間速度達到一定值時撞擊到撞桿，撞桿才能有足夠的速度和力量彈起，而決定這個瞬間撞擊速度的因素主要有兩個：（1）斜巷傾角的大小。斜巷傾角的大小直接影響了跑車速度的大小，又決定了沖力的大小。（2）發生跑車事故的位置到跑車防護裝置的距離，還有撞擊引導裝置防護欄之間的距離。要保證從最上面發生跑車事故時，該裝置能夠有效地攔住跑車的礦車。

3 實踐應用情況分析

霍爾幸赫煤業公司的25絞車坡度大約為25°，長度235m，巷道斷面為8m2，肩負著往工作面上巷運送材料的任務。由于礦井的顯示條件，巷道還兼做行人巷，在巷道上邊坡點裝了一組自動阻車器，邊坡點下5m處裝有一組擋車梯，巷道的下邊坡點上一列車處裝了一個擋車梯，巷道的支護方式為架棚支護。井口變坡點以下約30m安裝一套設計的防跑車裝置后強度不足以應對事故跑車的沖擊，因此需要對安裝防跑車裝置處前后兩米的巷道及支護支架進行加固。對巷道頂部要加裝錨桿，與頂部巖巷接頂，中間空當位置打上水泥混凝土，最下面一層的四排支護支架要相互連鎖。

在實踐中，自行設計的斜井跑車防護裝置可以有效控制擋車梯的提升、下放，能有效攔截車輛跑動，保證了礦井運輸的安全性。

4 結論

設計和安裝的斜井跑車防護裝置是利用鋼絲繩繩卡、廢舊的鋼絲繩、角鋼、膠套鋼絲繩錨等廢舊材料和煤礦常用的廢舊材料自制而成。該裝置可以對發生跑車事故的礦車進行保護性攔截，把可能發生的事故損失降到最低。設計的斜井跑車防護裝置費用較低，實際應用效果較好，安全和經濟效益明顯，目前正在山西霍爾幸赫煤業公司進行全面推廣，適宜在任何有斜巷軌道的礦井進行推廣。