煤矿无轨胶轮车感应防撞装置设计应用

张德生

（大同煤矿集团朔州煤电有限公司，山西 朔州038300）

0 引 言

随着煤矿生产技术水平的提高，无轨胶轮车在我国多数煤矿被广泛应用，与传统架空线电机车相比，它具有运输效率高、供电设备少、适应性强等优点，无轨胶轮车主要适用平硐开拓或斜井开拓方式的矿井中；但是无轨胶轮车在实际煤矿应用过程中受巷道倾角影响，胶轮车一旦出现刹车系统失控很容易发生撞车施工，目前现有的胶轮车防撞设施是在坡度大或拐弯地带安装防撞条，但是防撞效果差，不能有效降低失效车辆速度，减小车辆碰撞危害；本文以南阳坡矿为例设计了一套无轨胶轮车感应防撞装置，并在实际中进行应用。

1 概 述

大同煤矿集团铁峰南阳坡矿位于山阴县西北部马营乡山峡村北侧，井田面积为7.58km2，矿机设计生产能力为0.9Mt/a，井田回采煤层为3-1 层，平均厚度为2.6m。矿井采用斜井开拓方式，回采工艺采用后退式、一次采全高综合机械化采煤法。采用无轨胶轮车作为辅助运输。

南阳坡矿副斜井设计长度为3800m，巷道坡度为-7°，巷道为拱形断面，断面规格为宽×高=5.0×4.5m，采用无轨胶轮车作为辅助运输。但是由于巷道坡度大，巷道从井口至井底车场一直为下坡段，采用无轨胶轮车运输时由于刹车制动系统处于长期保护动作状态，造成刹车系统经常损坏，经常出现胶轮车碰撞事故，威胁着胶轮车安全行驶。为了防止因刹车系统失效，导致运输车辆撞击煤壁事故发生，南阳坡矿在斜井两帮处安装防撞条，从而降低撞车破坏力度，但是该方法预防撞车效果差。根据矿运输科统计发现，2017 年共计发生5 起胶轮车撞车事故，造成经济损失达47.9 万元，严重威胁着矿井安全高效运输，对此大同煤矿集团朔州煤电有限公司辅助运输管理处设计了一套无轨胶轮车感应防撞装置，力求保证斜井运输安全。

2 无轨胶轮车感应防撞装置结构及工作原理

2.1 感应防撞装置结构

1）无轨胶轮车感应防撞装置主要由横梁、导向轮、立柱、牵引链、导向槽、液压伸缩杆、传感器、PLC控制器、红外线速度监测器等部分组成，如图1 所示。

2）立柱共计两根，立柱长度为4.0m，立柱采用11#工字钢梁焊制，立柱与巷帮采用锚杆进行固定；顶梁长度为5.0m，顶梁与立柱之间采用卡缆固定，卡缆连接螺母预紧力不得低于200N.m。

3）液压伸缩杆底座与顶板采用地锚进行固定，伸缩杆伸缩最大高度为2.5m，伸缩杆端头连接牵引链；液压杆内安装电控液阀，电控液阀与控制器连接。

4）该装置两个导向轮与横梁固定连接，距横梁间距为0.5m，导向轮间距为2.0m，导向轮内通过牵引链与液压伸缩杆连接。

5）通过导向轮的两根牵引链端头固定弹性防撞梁，共计三根，每根防撞梁长度为3.0m，宽度为0.3m，主要采用树脂材料制成，防撞梁间距为0.5m。防撞梁可通过牵引链下方和回收动作；在最底端防撞梁上安装传感器并与控制器连接见图1。

图1 防撞装置结构

6）红外线速度监测仪安装在立柱上，该仪器主要由红外发射器、处理器、光波接收器等部分组成，光波处理器与PLC 控制器连接，该仪器主要利用红外线发射至接收器接收时间，计算出车辆行驶速度，从而进行保护动作。

2.2 工作原理

1）无轨胶轮车感应防撞装置每隔500m 安装一台，胶轮车正产运输时该装置在动作保护前，液压伸缩杆处于收缩状态，弹性防撞梁通过牵引链回收吊挂在顶梁上，距底板间距为3.5m。

2）当胶轮车失控时，红外线速度监测仪检测到运输车辆速度达到11m/s（40km/h）时，处理器及时对计算数据进行信号处理，并通过信号线传递至PLC 控制器。

3）PLC 控制器接收到数据信号后及时进行处理，并发出“启动”指令至与液压伸缩杆电控液阀的联锁开关，电控液阀接通电液为112V 供电电源。

4）液压伸缩杆电控液阀接通电源后，在液压作用下伸缩杆伸出，从而通过牵引链、导向轮作用下放弹性防撞梁。

5）当弹性防撞梁下放至底板1.2m 处时，最底部防撞梁上传感器与安装在导向槽限位器接触后传感器及时将信号传递至PLC 控制器，控制器接收信号后对对液压伸缩杆进行限位作用，从而阻止了弹性防撞梁继续下放动作，进行阻车作用。

6）当车辆通过后红外线速度监测器未检测到车辆移动或车辆速度低于8m/s（30km/h）时，处理器将数据传递至PLC 控制器，经处理后对联锁开关发出“关闭”信号，此时液压伸缩杆电控液阀电源关闭，伸缩杆复位并通过牵引链、导向轮将防撞梁收起。

3 无轨胶轮车感应防撞装置优点及实际应用效果分析

3.1 装置优缺点

1）结构简单、成本费用低：该装置结构简单，便于安装维护，制造成本费用低，通过实际计算发现，该套装置成本费用仅需0.64 万元。

2）自动化水平高：该装置可利用各种传感器监测车辆速度，判断车辆是否存在撞车危险，从而通过控制器及时发出保护动作，自动化水平高，而且该装置无需专人全天候值守，降低劳动强度及劳动费用。

3）防撞效果好：与传统巷帮防撞条相比，该装置采用的是弹性防撞梁，弹性好对车辆头部损坏率低，能够及时降低车辆速度，起到很好的防撞效果。

4）适用性强：该装置不仅可用于煤矿生产过程中，而且还可以用于建筑、运输等领域中适用性强，应用前景广。

5）但是该装置在使用过程中还存在一些不足，主要表现在以下几方面：防撞梁长期碰撞出现变形现象，需定期进行更换；受巷道电气设备影响，红外线速度监测器出现信号接收失真现象，影响接收数据准确性。

3.2 实际应用效果分析

南阳坡矿于2018 年3 月在副斜井中共计安装4部无轨胶轮车感应防撞装置，分别安装在巷道300m（坡度为-6°）、920m（坡度为-8°）、1410 (拐弯地带，坡度为-4°），2700m（距风门为50m，坡度为-6°），3100m（距井底水泵房240m，坡度为-5°），截至2018 年9 月，通过6 个月应用观察发现，在此期间共计发生7 次胶轮车超速、4 次胶轮车刹车系统失效事故，该装置共计阻车9 次，使斜井运输撞车事故率降低至3%以下，预计全年可为煤矿节约经济费用达40 余万元。

4 结束语

大同煤矿集团朔州煤电有限公司辅助运输管理处通过技术研究，对南阳坡矿运输斜井设计了一套无轨胶轮车感应防撞装置，通过实际应用发现，该装置与传统防撞条相比，它具有对运输车防撞效果好，自动化水平高，成本费用低，安全系数高、适用性强等优点，大大降低了斜井运输事故率，保证了矿井安全高效运输，取得了显著的安全、经济效益。