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1、斜巷防跑车挡车栏选型与使用分析刘景成 尹承勇（山东能源肥城矿业集团公司机电处，山东 泰安 271608）摘 要：介绍了在煤矿生产中应用相对广泛的斜巷防跑车挡车栏类型，并分析了其优缺点，对斜巷跑车动力学原理进行了分析，提供了计算方法，对防跑车挡车栏的选型、使用有较强的指导意义。关键词：斜巷防跑车 跑车动力学分析 挡车栏 选型 1.斜巷辅助运输概述 目前我国矿山井下辅助运输绝大多数仍然以轨道运输为主要方式，斜巷轨道运输又是煤矿辅助运输的重要一环，其特点是工作范围广、战线长、占用设备多、设备设施流动性大、涉及人员多。在目前煤矿生产中，运输事故还占有很大的比例。在斜巷串车提升中，由于绞车司机的违章作业
2、、信号把钩工的不规范推车、连挂车和矿车连接装置的不完好等原因,易发生跑车事故。一旦发生跑车，就可能造成设备损坏、中断斜巷运输,造成严重的经济损失，严重的还会造成人员伤亡,对矿井的安全生产造成严重影响。如何设置跑车防护装置,把跑车事故的损失降到最低限度,至关重要。下面根据倾斜井巷防跑车挡车栏的类型,对跑车防护装置的在井巷的安装要求和受力大小、跑车车辆作用于防跑车挡车栏上的冲击力及冲击能量、等方面进行探讨,为选择、使用防跑车挡车栏提供参考依据。2.防跑车挡车栏定义 防跑车挡车栏是一种防跑车挡车装置，安装在轨道上、下山，防止矿车跑车事故的安全设施。防跑车挡车栏设置在上部平车场变坡点以下略大于一列车长
3、度处，起到防止未连挂车辆继续向下跑车的作用。3.防跑车挡车栏的类型矿井上部平车场斜巷提升，一般在变坡点以上安装阻车器，变坡点以下安装挡车栏。目前矿井安装使用比较普遍的挡车栏型式：（一）按挡车本体的柔韧性分：刚性挡车栏，柔性挡车栏；（二）按挡车本体的结构型式分：门式挡车栏，梯式挡车栏，网式挡车栏，滑闸式，丁字式；（三）按安装固定方式分：顶板固定式挡车栏，轨道固定式挡车栏，底板固定式挡车栏；（四）按操作动作方式分：手动挡车栏，气动挡车栏，电动挡车栏。每种型式的挡车栏各有其优缺点和适应性，不论哪种挡车栏挡住串车后，其缓冲器应进行缓冲，缓冲距离应不小于 0.3 m，不大于 10 m。并且缓冲装置不应有
4、裂纹、变形、开焊等缺陷。现场使用哪种形式的挡车栏要根据使用环境而定，主要依据承受矿车冲击能量和冲击力强度大小，巷道具体安装条件，选择适宜的具体型式。全国矿山使用的挡车栏从生产厂家购进的成套产品占有一定的比例，其构造较为复杂，维护较为要求高，成本花费较大,但是其防护性能可靠、效果较好。我国目前斜巷挡车栏生产厂家十几个，具有矿用产品安安全标志的产品不到 20 个，全部是柔性、缓冲吸能、电动、底板固定、网式挡车栏。在矿山现场使用的挡车栏自制加工的也较为普遍。自制加工挡车栏成本低，安装、维护简便，较符合现场职工的使用习惯，因此使用量较大。但是自制加工挡车栏也存在规格样式不统一，少数制作加工质量低劣，强
5、度不够，安装不规范的现象。4.防跑车挡车栏安装规定要求斜巷防跑车装置是斜巷运输中必不可少的安全设施之一。 煤矿安全规程中明确规定：“在斜井串车提升井巷中，必须安设能够将运行中断绳、脱钩的车辆阻止住的跑车防护装置；在变坡点下方略大于 1 列车长度的地点，设置能够防止未连挂的车辆继续往下跑车的挡车栏。上述挡车装置必须经常关闭，放车时方准打开。 ” 国家煤矿安全监察局 2004 年的运输安全质量标准化标准及考核评分办法中也专门规定“斜巷挡车装置符合煤矿安全规程规定，操作灵敏、可靠；1.2m 及以上的绞车的变坡点以下略大于 1 列车长度处挡车装置应与绞车实现联动。 ”原煤炭工业部煤生字（1996）第
6、615 号文关于印发煤矿窄轨电机车年审细则和矿井斜巷防跑车和跑车防护装置基本技术要求 （试行）的通知规定，在倾斜井巷轨道上车场变坡点以下略大于一列车长度的地方安装挡车栏，以防止上车场跑车后车辆沿斜坡继续下滑。使用绞车滚筒滚筒直径 1.2 米以上的轨道倾斜井巷挡车栏应为自动、常闭且与绞车实现联锁。下放车辆时列车全部进入斜坡后，挡车栏方可开始动作。车辆通过后挡车栏应立即关闭，但必须有足够的安全距离，防止列车撞栏。使用绞车滚筒直径在 1.2 米以下的倾斜井巷轨道，挡车栏应与阻车器联锁。下放车辆时打开阻车器（挡车栏处于关闭状态） ，车辆全部进入斜坡后，关闭阻车器（挡车栏处于打开状态） 。车挡宜设计成单
7、向迫开式，向上提升车辆接近车挡，因系统发生故障车挡不能自动开启时，能使车辆顺利通过，不致造成断绳事故。上述规定对挡车栏的设置要求明确具体，矿井生产现场必须严格按照标准安装，落实以防为主、防挡并重的原则，减少进而消灭跑车事故。5.跑车动力学分析 5.1 矿车跑车时对挡车栏的冲击能量计算由于各斜巷倾角不同，挡车栏至变坡点距离不同，拉车数不同，矿车的运动状态也不相同，应对串车未连挂时误入下山的冲击能量进行计算作为选型依据之一。设绞车一次提升串车未与钢丝绳钩头连挂而自由跑下变坡点，撞击时对挡车栏冲击能量计算公式：W= nQv02+nQgL(sin-cos) （1）1式中：W：冲击能量，J；n：绞车一次
8、提升最大拉车数，个；Q：矿车重车质量（矿车自重加装载矸石最大质量） ，kg；Q=Q0+Q1Q0: 矿车自重；Q1: 装载矸石质量；v0： 车辆跑车通过变坡点瞬时的速度，一般设为 0.5m/s 或绞车正常运行速度；g：重力加速度 9.8m/s；L：变坡点（跑车点）至挡车栏的轨道斜长，m；：斜巷的倾角，；：矿车运行阻力系数，一般取 0.015-0.02。5.2 矿车跑车时对挡车栏的冲击力计算方法一由于各斜巷提升特征的差异，还应对未连挂串车误入下山对挡车栏的冲击力进行计算作为选型依据之一。(1)单个矿车从变坡点跑车时对挡车栏冲击力计算公式：F=QVt/t=Q(2W/Q) 1/2 /t=（2WQ） 1
9、/2 /t （2）式中：F：单个矿车从变坡点跑下对挡车栏冲击力，N；Q：矿车重车质量（矿车自重加装载矸石最大质量） ，kg；W：单个矿车跑车时对挡车栏的冲击动能，J；t：矿车与挡车栏碰撞时间，s；柔性挡车栏一般取 0.25s，刚性挡车栏一般不大于 0.2s；(2) 当多辆矿车与挡车栏碰撞时,如果出现以下两种情况，要对单辆矿车计算出的冲击力进行修正。 当矿车之间的距离很小，出现重叠撞击的情况：由于矿车之间没有足够的间距，当第一辆矿车与挡车栏的撞击过程尚未完成时，第二辆矿车又撞击到第一辆矿车上，出现重叠撞击的现象。 当矿车受到非正常阻力，出现整体撞击的情况：当第一辆矿车受到非正常阻力速度减慢时，后
10、面的矿车紧贴在前面的矿车上，会出现整体撞击捕车门的现象。鉴于上述情况，计算冲击力时，每辆矿车都应考虑增加一个小于 1 的叠加系数 i，一般煤矿斜井提升重车最大为 6 辆。F 总= F (1+2+3+ i) （3）式中F：单个矿车跑车对挡车栏的冲击力，N；F 总：串车提升时串车跑车对挡车栏冲击力，N；i：串车提升一次拉车数；i：每辆矿车的叠加系数，则第 i 辆矿车i= 1.1-0.2 i ( 2i5 ) （4）矿车跑车时对挡车栏的冲击力计算方法一依赖于前述对矿车冲击能量的计算，不具有独立性，而且计算冲击力时矿车与挡车栏碰撞时间具有不确切性。5.3 矿车跑车时对挡车栏的冲击力计算方法二5.3.1
11、以一个矿车的冲击力计算不管是一个或两个及两个以上的矿车发生跑车与挡车栏碰撞的总是单个矿车,因矿车下跑时,不管是无初速度释放,还是机械顶送(使矿车处于压缩状态) 在某加速度的情况下,前头的矿车总是比后面的矿车提前t 的时间加速,因而前面矿车的速度始终大于后面的矿车;矿车之间的连接链处于拉紧状态。下跑矿车受阻时,只有前头第一辆矿车与防护装置相碰,后面矿车则相继与它前面相邻的矿车相碰撞,前者挡车栏为被撞击物,后面的冲击物则是前面相邻的矿车。一个重车作用在跑车防护装置上的冲击力可用下式计算:F = KFj （5）式中:F 为冲击力，N; Fj 为重车作用在跑车防护装置上的静力,N;Fj = Qg( s
12、in- cos ) ; (6)Q 为矿车重车质量; K 为动荷载系数,K= 1 + (1 + v2 / gFjcos) 1/ 2 。 （7）5.3.2 以多个矿车的冲击力计算上述以一个矿车的冲击力计算,只有在矿车串车运行的理想状态下才能成立。实际情况则不然,由于不同的原因;下跑串车的矿车的第一个就有可能受阻,后面矿车就将拥着前面矿车往前行, (矿车间处于压缩状态) 第一辆和第二辆甚至多个矿车同时加速,同时对挡车栏着力,这样跑车防护装置承受的冲击力就将超过一个矿车的冲击力。即为:F 总= F(1 +2 +3 + ) （8）式中:F 为一个下跑矿车冲击力; 为叠加系数, 一般取 0.6 。矿车跑车
13、时对挡车栏的冲击力计算方法二不涉及矿车冲击能量的计算。仅以冲击力为选型强度参数依据时，此方法比较简便。6.挡车栏的选型挡车栏应防护可靠，操作简便，安装维护方便。使用哪种型式的挡车栏，要根据现场条件确定。首先要对斜巷挡车栏防护现场车辆冲击能量、冲击力进行计算，出具选型设计计算书，依据计算书的结果进行选用。其次要根据现场巷道条件选用适当型式的挡车栏：根据顶底板情况，顶板坚固可以选用顶部固定式，底板坚固则可选用底板固定式，顶底板状况不理想，则可选用固定在轨道上的形式；根据现场动力源条件，选用电动、手动、或气动操作；根据巷道断面大小可选用门式挡车栏，梯式挡车栏，网式挡车栏，滑闸式，丁字式中适当的类型。
14、（1）选用外购挡车栏时，要对生产厂家的资质进行审核，是否具备生产制造能力和资格，生产的挡车栏及其电气附件是否具有有效期内的矿用产品安全标志、产品合格证、防爆合格证。其产品说明书标明的抗冲击强度是否达到安装地点实际防护要求。一般厂家都提供生产的挡车栏的抗冲击强度，即能承受的车辆跑车时对挡车栏的最大冲击能量，设计计算书计算的结果小于或等于产品说明书标明的抗冲击强度即可选用。（2）自制加工挡车栏时，根据选型设计计算书的结果进行选型，并设计加工结构图纸，其抗冲击强度要根据制作材料及设计结构进行理论力学计算，必须以最薄弱部位作为设计选用依据，抗冲击力的能力必须要有不小于 3 倍的安全系数。加工制作的同一
15、型式的挡车栏投入使用前要进行现场实验，性能满足要求，即可投入使用。7.结语（1）防跑车挡车栏在斜井串车提升中特别重要,必须严格按标准设置，起到防止跑车事故发生的作用；（2）由于提升井巷的倾角、断面各异,所需防跑车挡车栏也各不相同,矿井一定要根据现场特定条件对脱离控制的车辆运行情况进行动力学分析计算,进行设计、选型，安装、使用好防跑车挡车栏，做到操作方便、安全可靠；（3）自制加工挡车栏时，设计加工结构图纸，其抗冲击强度要根据制作材料及设计结构进行理论力学计算，必须以最薄弱部位作为设计选用依据，抗冲击力的能力必须要有足够的安全系数；（4）选用外购挡车栏时，具有有效期内的矿用产品安全标志、产品合格证、防爆合格证，其抗冲击强度必须不小于矿车跑车时的最大冲击强度。参考文献: 1 杨明涛. 矿井跑车防护装置问题探讨J. 江西煤炭科技，2008年02 期. 2 王华杰. 冲击动荷系数的统一J. 襄樊大学学报, 1996年01期.3 张斌, 张功学等. 基于MATLAB的倾斜井巷运输跑车装置的仿真分析J. 煤矿机械， 2008年07期.4 谢黎新. 一种灵敏可靠
