煤礦無軌膠輪車自動防撞裝置應用

付李剛

（霍州煤電集團有限責任公司，山西 霍州 031400）

引言

無軌膠輪車作為煤礦重要輔助運輸工具，具有運輸靈敏度高、運輸能力大、速度快等優點。無軌膠輪車主要適用于平硐開拓或斜井開拓的礦井中，但是在實際應用中發現，當斜井坡度大于8°時無軌膠輪車下山運輸時很容易出現剎車失靈現象，容易造成撞車事故，而傳統煤礦對斜井拐彎或角度較大區域安裝防撞條進行阻車，雖然防撞條在一定程度上可降低膠輪車損壞程度，但是無法從根本上降低無軌膠輪車速度，達不到預期的阻車效果。本文以三交河煤礦主斜井為研究對象，在斜井段安裝了一套膠輪車感應防撞裝置，確保煤礦輔助運輸安全。

1 三交河煤礦主斜井概述

霍州煤電三交河煤礦主斜井設計長度為2 700 m，斜井設計坡度為-7°42′，巷道為半圓拱形，巷道寬度為5.2 m，高度為4.5 m，巷道采用WqC型無軌膠輪車運輸，包括人員運輸及物料運輸，井下煤矸采用帶式輸送機井下運輸。由于主斜井坡度較大，為了降低無軌膠輪車速度，方便車輛避讓、掉頭，在巷道1 200 m、2 400 m段設置為平巷段，平巷長度為30 m。但是在煤礦實際輔助運輸過程中，由于傾斜段運距長，導致無軌絞車出現超速現象，實測在傾斜段平均時速達55 km/h，導致容易出現剎車失靈現象，而三交河煤礦在斜井每隔50 m安裝一對橡膠防撞裝置防止撞車事故。但是在實際輔助運輸過程中發現，傳統防撞條起不到有效的防撞效果。通過數據統計發現，2020—2021年全年三交河煤礦共計發生6起無軌膠輪車撞車事故，造成經濟損失達31.2萬元，嚴重威脅著煤礦輔助運輸安全[1-2]。

2 無軌膠輪車自動防撞裝置應用

2無軌膠輪車感應防撞裝置結構及工作原理

2.1 感應防撞裝置結構

為了解決傳統防撞條阻車效果差、自動化水平低等技術難題，三交河煤礦決定在主斜井安裝無軌膠輪車自動防撞裝置。

1）三交河煤礦主斜井安裝的無軌膠輪車自動防撞裝置主要由液壓伸縮有光、固定梁、滑輪、牽引鏈、彈性防撞梁、傳感器、PLC控制器、速度監測器、立柱等部分組成，如圖1所示。

圖1 無軌膠輪車自動防撞裝置結構示意圖

2）立柱采用11號工字鋼梁焊制而成，立柱長度為4.5 m，立柱與巷幫之間采用錨桿進行固定，固定梁長度為5.2 m，固定梁與立柱之間采用卡纜進行固定。

3）液壓伸縮油缸共計兩個，分別安裝在巷道兩側底板上，并采用地錨進行固定，伸縮油缸內部電控液閥與PLC控制器連接，伸縮油缸上的伸縮桿與牽引鏈連接，伸縮油缸最大張拉行程為2.5 m。

4）兩個滑輪安裝在固定梁下方，距固定梁間距為0.4 m，兩個滑輪安裝距離為2.2 m，滑輪通過牽引鏈與液壓伸縮油缸進行連接。

5）兩根牽引鏈兩端固定安裝彈性防撞梁，共計三根，每根防撞梁長度為3.2 m，防撞梁主要為聚氨酯彈性材質，相鄰兩根防撞梁間距為0.5 m。防撞梁可通過兩根牽引鏈自由伸縮，在最下一根防撞梁上安裝傳感器并與控制器進行連接。

6）速度監測儀主要包括紅外線發射器、接收器、處理器等部分，該裝置主要安裝在立柱上，處理器與PLC控制器連接，該裝置主要利用紅外線發射與接收之間時間差，計算出無軌膠輪車行駛速度。

2.2 裝置工作原理

1）正常狀態下自動防撞裝置中的液壓伸縮油缸處于伸縮狀態，此時通過牽引鏈將彈性防撞梁收起，收起后防撞梁距頂板間距為2.5 m。

2）車輛超速失控時，安裝在立柱上的速度監測儀及時檢測車輛行駛速度，當檢測車輛行駛速度達50 km/h時，速度監測儀中的處理器及時對數據信號進行處理，并將數據信號發送至PLC控制內。

3）PLC控制器接收信號后及時對液壓伸縮油缸內的電控液壓閥發出啟動指令，電控液壓接收指令后對油缸進行供液，電控液閥供電電壓為36 V。液壓伸縮油缸在液壓作用下伸縮桿伸出，伸縮桿伸出過程中通過牽引鏈逐漸放下彈性防撞梁。

4）當防撞梁下放至距底板間距為1.2 m時，防撞梁上的傳感器與限位槽上的限位器接觸后，傳感器及時將信號發送至PLC控制器，控制器接收信號及時發出指令關閉伸縮油缸電磁閥，此時伸縮桿停止運動，防撞梁停止下放。

5）當裝置中速度監測儀未檢測到車輛，或者車輛行駛速度低于30 km/h時，速度監測儀中的處理器再次將信號發送至PLC控制器內，控制器接收信號后關閉液壓伸縮油缸中的電控液閥，伸縮桿復位收回，在復位過程中通過牽引鏈、滑輪帶動防撞梁上升收起。

3 自動防撞裝置優缺點及實際應用效果

3.1 裝置優點

1）結構簡單。自動防撞裝置結構相對簡單，整套裝置制造成本費用不足0.56萬元，裝置在使用過程中故障率低，且該裝置便于操作維護。

2）自動化水平高。該裝置利用速度監測儀監測行駛車輛速度，利用PLC控制器對裝置進行控制，實現自動阻車的目的，整個過程中無需人工干預，裝置阻車自動化水平高，實現了全天候無人值守的目的。

3）防撞效果好。傳統防撞條安裝在巷幫上，當車輛超速失控時，車輛車頭左右側先進行碰撞，導致車輛人員很容易受傷，而且傳統防撞條防撞效果差；而采用彈性防撞梁進行阻車時，直接對整個車頭進行防撞，而且可吸收車輛動能，提高了車輛防撞效果。

4）實用性強。該裝置不僅可用于煤礦井下，而且還可用于地面運輸、化工、橋梁隧道等領域中，具有較強的應用背景，實用性強，應用區域廣。

3.2 裝置缺點

由于彈性防撞梁長期在井下阻車，局部變形，降低了阻車效果，需定期對防撞梁進行維護，嚴重變形的需及時更換。由于巷道內粉塵濃度大，導致速度監測儀出現監測失穩現象，影響著系統穩定運行[3-4]。

3.3 實際應用效果分析

三交河煤礦主斜井每隔500 m安裝一套自動防撞裝置，巷道內共計安裝5套，2021年2月開始安裝，2021年3月底驗收完成并投入使用，截至2021年12月，通過9個月實際應用效果來看，在此期間主斜井共計出現7起無軌膠輪車超速現象，該裝置共計成功阻車7次，未發生一起因阻車裝置失效導致的無軌膠輪車撞車、人員傷亡事故，全年撞車事故率降低了4%，設備維修費用減少了30余萬元。

4 結語

霍州煤電集團有限責任公司三交河煤礦針對主斜井前期防撞裝置在實際應用中主要存在的問題，根據井下輔助運輸現狀，決定在主斜井安裝若干套無軌膠輪車自動防撞裝置，通過實際應用效果來看，該裝置具有自動化水平高、保護動作靈敏可靠以及阻車效果好等優點，該裝置投入使用后有效降低了主斜井因無軌膠輪車剎車失靈導致的撞車事故率，保證了煤礦輔助運輸安全，取得了顯著應用成效。