煤礦井下支架搬運車主動安全防護技術

姚志功

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

近年來，高效、安全一直是國內煤礦深化改革發展的主題。隨著煤礦井下機械化程度的逐步提高，煤礦安全也越來越多地被關注。煤礦無軌膠輪式支架搬運車(以下簡稱“支架搬運車”)，可實現設備一次裝載后從井口至工作面或工作面至井口的直達運輸，憑借其“點對點”的作業優勢，越來越多地被應用于煤礦井下綜采工作面的輔助作業中，逐漸成為了國內大中型礦井綜采工作面快速搬家倒面不可或缺的設備[1]。目前，針對不同規模綜采工作面的支架搬運成套裝備已經成熟化、系列化，成為煤礦高效生產的有力保障。

在支架搬運成套裝備型譜系列逐步完善的同時，支架搬運車的自身安全性能也相應提高，如：輪邊大扭矩制動裝置、瓦斯超標報警裝置、下坡緩速裝置、防跑車安全裝置等，這些裝置在井下車輛的安全運行中起到了一定的作用。對煤礦無軌膠輪車事故進行總結，不難發現，在這些事故中絕大部分是由于駕駛員的反應不及時、視野受限等因素造成的。因此，急需通過研究支架搬運車主動安全防護技術來提高車輛的安全避險能力，在事故發生前采取相應的措施，避免事故的發生。

1 支架搬運車安全因素分析

支架搬運車是綜采工作面輔助作業專用車輛，相比于其他井下無軌膠輪車，支架搬運車主要用于搬運工作面液壓支架、采煤機、刮板機、帶式輸送機、中部槽等大型設備。支架搬運車結構如圖1所示，其自身重量較重，外形尺寸較大，車輛裝載設備在井下運行時，駕駛員的視野范圍受限，盲區較多，加之煤礦井下巷道空間狹小、光線昏暗、路面顛簸不平、上坡下坡及轉彎道路較多，這些因素直接或間接地加大了支架搬運車事故發生的概率。另外，目前部分煤礦采取工作面搬家業務整體外包的辦法，由于外包隊若干駕駛員短時間內頻繁交互式使用支架搬運車，車輛的故障信息不能準確傳遞，同時車輛管理維護人員不能及時對車輛進行維護保養，使得車輛的小故障最終演變成大問題，進而影響了車輛的安全使用。

圖1 支架搬運車搬運液壓支架示意圖

2 支架搬運車防人員接近防護技術

支架搬運車在井下巷道運行時，光線昏暗、道路顛簸，駕駛員容易出現疲勞駕駛，加之車輛外形尺寸較大，駕駛員視野盲區范圍較廣，駕駛員往往難以完全掌握周圍巷道內作業人員的分布情況，存在撞傷人員的安全隱患[2]。車載式基于無線通信的防人員接近防護系統，能夠實時探測捕捉車輛周圍一定范圍內的人員和機械，具備自動識別障礙、智能剎車制動等功能，可以避免撞人事故的發生，如圖2所示。

圖2 支架搬運車防人員接近系統工作區域

支架搬運車防人員接近防護系統基于測距通信的無線定位技術，應井下巷道內作業人員的安全帽上安裝無線定位標識卡，支架搬運車在巷道內運行時，車載式基站時刻捕捉佩戴標識卡人員的位置信息，巷道人員進入車輛周圍危險區域時，車載基站會將該人員位置信息傳遞給控制系統，并進行計算[3]，計算控制過程如圖3所示。通過確定該人員與支架搬運車中心的相對位置，若人員處于警告區，車輛則發出聲光報警信息；若人員處于停機區，車輛則自動熄火停機，從而避免了撞人事故的發生，保證了巷道作業人員的人身安全，同時降低了車輛的停機率，保證了煤礦正常生產。

圖3 支架搬運車防人員接近系統控制流程

3 支架搬運車自動監控滅火技術

支架搬運車在煤礦井下作業時，防爆柴油機系統常常處于高溫狀態，柴油機周圍往往布置著數量較多的各種油液管路，車輛使用或維修時，避免不了油液滲漏，存在火災隱患。目前多數井下支架搬運車僅僅配備手持式滅火器，發生火災時，由于防爆柴油機倉四周布置有大容積的柴油箱、液壓油箱等易燃易爆危險源，箱體周邊往往存在滴漏油液，使得火勢迅速蔓延[4]，此時駕駛員因顧及自身安全，手持式滅火器基本派不上用場。針對這種情況，在支架搬運車上配備車載式自動監控滅火裝置，智能判定車倉內是否發生火災，并自動實施滅火，可以有效阻止車輛火災事故的發生。

如圖4所示，將自動監控滅火裝置若干火焰探頭布置安裝于車輛防爆柴油機容易出現火情的部位，這些探頭在一定環境溫度的作用下，其熱敏元件會自行熔斷，從而觸發啟動自動滅火裝置，實施滅火[5]。該裝置能在車輛出現燃燒初期的最佳滅火時間內，進行滅火操作，能有效控制車體燃燒。該裝置基于溫度、可燃物及氧氣等火災形成的條件進行設計，其特殊設計的噴頭可噴出大量細顆粒狀滅火劑，可在火源表面形成巨大反應面，帶走大量火源熱量，溫度可迅速降低。冷卻效應破壞了火的熱反應條件，降低了反應速度，最終達到滅火的目的，使用該裝置，可以為駕駛員提供火情警報和滅火操作，從而有效保證駕駛員的人生安全，減少火災損失[6]。

4 支架搬運車輔助倒車技術

煤礦井下巷道狹窄、環境復雜，支架搬運車在井下作業時，因為裝載、卸載、錯車、調頭等需要，往往需要頻繁倒車，倒車時，由于支架搬運車外形龐大，環境光線較弱，倒車困難，存在撞人撞物的安全隱患。礦用車輛專用防爆低照度工況可視倒車雷達系統，兼有倒車雷達和倒車影像功能，具有夜視和紅外補光特點，可較為直觀地顯示倒車情況，保證車輛的倒車安全[7]。

這類系統多數具備存儲記錄功能，可對車輛行車、倒車、駕駛員操作視頻影像等進行記錄和存儲，以供查閱。同時這類系統可增加人員離車熄火功能，系統通過探測器結合帶定位標簽礦燈判定駕駛員是否在車內駕駛，當駕駛員離開駕駛室區域時，車輛會自動熄火，從而保證車輛井下使用的安全性。

5 支架搬運車主動安全技術發展趨勢

隨著煤礦采掘領域智能化的不斷發展，井下無軌輔助運輸領域也將不斷進步，在國家針對煤礦高效、安全的大力號召下，井下車輛的主動安全性越來越多地被關注，除上述主動安全技術外，車輛自動制動技術、車輛自動緩速控制技術、車輛防疲勞駕駛技術將是支架搬運車的發展方向[8]。

未來井下車輛的主動安全技術終將朝著智能化和集成化的方向發展。智能化支架搬運車將會實現無人控制化，減少人員參與的操作，確保車輛主動安全技術的自動性和智能性，實現車輛的主動安全控制特性。高度集成化支架搬運車將在車輛分類安全技術不斷發展的基礎上，進行高度集成，各部分的聯系更加緊密，整個主動安全系統的控制技術將更便于信息的傳遞，從而保證車輛主動預警時的及時性與準確性，提高車輛安全的保障效率。

6 結論

通過闡述煤礦井下支架搬運車的車型特征及作業特點，分析了車輛井下作業運行時的安全因素，提出了車輛配備主動安全防護系統的重要性，分別從車輛防人員接近技術、車輛自動監控滅火技術及車輛輔助倒車技術等方面，對支架搬運車的主動安全技術進行了總結，研究了各類技術的先進性及安全保障范圍，并分析了井下車輛主動安全技術的發展趨勢，對支架搬運車主動安防水平的提高提供了參考。