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1、1倾斜井巷跑车防护装置自动控制技术与应用倾斜井巷跑车防护装置自动控制技术与应用铁煤集团公司 杨起 丁正凡 王忠平摘要：本文论述了煤矿倾斜井巷跑车事故造成的危害，和煤矿安全规程中关于跑 车防护装置的规定。介绍了跑车防护装置的分类，并介绍了铁能公司跑车防护装置的现状， 及由人工操作中存在的危害与不足。并详细介绍了一种新型基于 PLC 自动控制跑车防护装 置在铁能公司晓南矿的成功应用。关键词： 斜井 跑车防护 自动控制1 概述概述1.1 倾斜井巷跑车危害：在煤矿生产中，矿井运输事故是最易发生的事故，而倾斜井巷跑车又是矿井运输事故中最为严重、最易发生的事故之一，在我国煤矿倾斜井巷运输多数是采用绞车牵引
2、钢丝绳串车运输，随着煤矿的开采，采区延伸，倾斜井巷越来越多，在倾斜井巷运输中跑车事故是危害最大的，跑车事故轻则撞坏矿车，重则撞坏电缆、管路、巷道支护造成停电、停风、停水影响生产，甚至造成人员伤亡。1.2 煤矿安全规程中关于跑车防护装置的规定：可见，在倾斜井巷中安设能将已跑车辆阻止住的防护装置是必不可少的。所以煤矿安全规程第 370 条规定：在倾斜井巷内使用串车提升时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。而且还规定挡车装置必须经常关闭，放车时方准打开1.3 倾斜井巷跑车防护装置分类：跑车防护装置是在倾斜井巷内安设的能够将运行中断绳或脱钩的车辆阻止住的装置或设施。是使跑车事故造
3、成的损失减少到最低程度而安设的安装防护装置。2跑车防护装置按驱动方式可分为：电机驱动、压风驱动、手动。按开启状态分：常开式、常闭式。按控制方式分：人工控制、碰杆或碰爪式、车速速度检测控制、PLC 控制。按挡杆（栏）制造材料可分为：刚性防护装置、柔性防护装置。因常开式挡车装置存在不动作或误动作等安全隐患不符合煤矿安全规程规定，这里不做讨论。1.4 铁能公司跑车防护装置的现状： 多年来，铁能公司在跑车防护装置的应用上，不断研究探索，取得了一定的经验。从最初的手动，发展到现在的风动、电动驱动形式。挡杆（栏）形式主要有两种形式，一、刚性横档、二、刚性竖挡。但控制方式还全部采用人工控制。这样一是操作人员
4、有车辆没运行就打开防护装置的情况，还有就是人为操作，容易失误，对车辆的判断不准确，造成提前打开或滞后打开挡车栏，提前打开起不到防护作用，滞后打开使车辆与挡车栏相撞造成事故。2 2 新型自动控制跑车防护装置的引进、安装与使用新型自动控制跑车防护装置的引进、安装与使用为解决上述问题，铁能公司在 2010 年初在晓南矿引进一套PLC 自动控制的 ZDC30-1.5 型跑车防护装置（以下简称装置），安装在晓南矿副暗斜井。2.1装置的基本构成此套装置的基本构成包括：跑车防护装置用本质安全型显示器、跑车防护装置用隔爆兼本质安全型电控箱、跑车防护装置用挡车栏、跑车防护装置用收放绞车、跑车防护装置用霍尔转数传
5、感器、本质3安全型接近开关。组成结构见图一.4接近开关绞车阻车器车串挡车栏显示器电控箱总接地缓冲器滑轮霍尔转数传感器0.4m斜巷跑车防护装置自动1工作2工作3工作深度失效过卷上行自动1上提2上提3上提备用脱机选择提人济源市华泰矿山机械有限公司严禁带电开盖A向收放绞车轨道A向图一 跑车防护装置组成结构示意图52.2 装置的主要功能系统可在绞车房进行操作、显示；系统具有手动、自动双重功能； 系统能与矿上绞车联机使用，且能单机使用；系统具有跑车及故障报警功能，并且与绞车联锁；具有车位距离、绞车速度及故障代码数字显示功能；具有故障自动监测及挡车栏动作状态显示功能，在绞车房可实时显示和控制；系统采用 P
6、LC、旋转编码传感器监测控制，具备高精度、高可靠性、高安全性；具备防止跑车和超速挡车性能，并且是经常关闭，放车时方准打开，满足煤矿安全规程要求；具有掉电记忆功能；具有运行人车时跑车防护装置打开并可靠锁住功能。2.3 使用条件要求适用巷道最大倾角，30；最大抗冲击能量，1.5MJ；最高矿车运行速度，5m/s；缓冲距离，0.3-10m；2.4 跑车防护装置的工作原理装置通电后，安装在绞车上的轴编码器随时检测绞车动态。再配合从绞车电控取得的绞车旋转方向信号，电控箱处理得出车串车所在位置及运动方向，并通过显示器指示出来。6若装置工作在提物状态时，当电控箱检测出串车正常到达提升位置后，电控箱发出信号令收
7、放绞车提升挡车栏。当安装在收放绞车上的到位接近开关感应到提升到位信号后，电控箱将停止发出收放绞车提升信号。同样，当电控箱检测出串车正常通过挡车栏并到达设定的挡车栏下放位置后，电控箱发出信号令收放绞车下放挡车栏。当安装在收放绞车上的到位接近开关感应到下放到位信号后，电控箱即停止发出收放绞车下放信号。若电控箱通过检测轴编码器信号，计算出的提升绞车速度过速时即闭锁各提升绞车信号，禁止提升挡车栏。若装置工作在提人状态时，电控箱自动控制收放绞车提升挡车栏到“常开”状态，并锁住此状态直至取消提人状态。2.5 跑车防护装置在晓南矿副暗斜井的安装与调试 2.5.1 防护距离的确定安装前根据巷道运输的实际情况计
8、算最大挡车防护距离，计算公式为： 2 01 2 (sincos)Emv Lmg （1）其中： E-挡车栏的抗冲击能，1.5106Jm-满载矿车串车总质量，车3400kgv0-串车下放初始速度，取 v0=m/sg-重力加速度，取 g=9.8m/s2 -串车运行阻力系数,取 =0.015-斜坡轨道倾角,(20)L-最大挡车防护距离,m7则晓南矿副暗斜井每档防护距离：L= 米安装防护装置时，对于晓南矿副暗斜井采取多套防护装置，分档防护的方式。由于挡车栏存在开启提前量，将形成防护盲区，在盲区跑车时，会增加下一道防护装置的冲击能，因此在第二道防护装置设计的防护距离中减去这个盲区为实际安装距离，即下一套挡
9、车栏安装距离 L1=L-3V-4,其中 3 为挡车栏开启时间（s） ，V 为矿车运行速度（m/s） 。即可确定斜巷内所需安装的挡车栏数量。当收放绞车提升高度为 1.6m，加上挡车网距轨道高度约 0.34m时，实际通过矿车允许高度约为不大于 1.94m。几种典型速度下的提前量如表 1：表 1 几种典型速度下的提前量v（m/s）l(m)h(m)22.533.544.551.61011.51314.51617.519注意：挡车栏的安装应保证装置正常工作及有效防护，并处于常闭状态。2.5.2 安装装置各部示意图见附图 1 所示。2.5.2.1 隔爆兼本质安全型电控箱安装安装在绞车房做架子或打锚杆将电控
10、箱固定牢靠，其安装应有8良好的接地装置。2.5.2.2 本质安全型显示器安装安装在斜巷绞车操作台附近，便于司机观察的地方。2.5.2.3 收放绞车安装横梁的安装横梁安装在巷道顶部，与两轨轨面平行，以不影响人和物料的通行为原则，横梁下面距轨道面高度为 2.2m，但必须确保横梁上面距巷道顶部的尺寸大于 450mm，以保证收放绞车的正常安装与维护。且使滑轮与收放绞车卷筒之间的钢丝绳平行于巷道。定好位置，在巷道两侧上方对应的地方挖洞，将横梁嵌入洞中用混凝土浇注，待干后用螺栓将收放绞车固定在横梁的上面，并使收放绞车的卷筒中心与轨道中心在一条垂线上。收放绞车的安装根据现场实际情况选择收放绞车的安装位置，应
11、尽量选择无淋雨、无滴水的地方，做到收放绞车基础位置和角度正确，基础牢固、可靠。根据系统接线图，用电缆将收放绞车电机电源线连接到起动开关上，将电控箱输出的控制线连接到起动开关的控制端，连接完毕后，调试时接通电源。收放绞车安装在斜井中挡车栏的前方 6-10m 处。其安装示意图如图 2 所示。9图二、收放绞车安装示意图2.5.2.4 跑车防护装置用轴编码器的安装跑车防护装置用轴编码器担负着系统测距的任务，因此跑车防护装置用轴编码器的正确安装将直接影响系统的性能，安装位置应安装在可检测绞车的其它旋转部位。2.5.2.5 本质安全型接近开关的安装本质安全型接近开关反映收放绞车运行状态，安装在收放绞车底板
12、上，成为一体化装置。为了确保挡车栏上提到位、下放到位和正常运行时，能发出正确信号给收放绞车，将上提到位接近开关、下方到位接近开关和正常运行接近开关安装在限位器支架上，接近开关用的触发盘安装小卷筒上，当该触发盘运行至接近开关正面时，接近开关动作，在安装时应保证限位接近开关与触发盘的距离不大于 10mm。2.5.2.6 挡车栏的安装2.5.2.6.1 挡车网的编制和吊挂先用 5 的小铁链 6 根，分别将链条的两端焊接在 48 钢管上；提前在最上方的 48 钢管上相距 1000mm 焊接两个 16 的螺帽，作为吊挂钢丝绳的吊环，将 6 的吊挂钢丝绳穿过螺帽吊环打绳卡固10定，之后把两根吊挂钢丝绳并接
13、，向上与巷道顶预埋的锚杆连接或在工字钢上吊挂起挡车网。吊挂后，网架最底端的钢管距轨道面垂直高度约为 340mm（视矿车情况定） 。提前将 5 的小铁环焊接在钢管上，同一钢管上的铁环间距为 800mm。提升挡车栏的两根钢丝绳为 6，其一端穿过铁环在挡车栏最下面的钢管上缠过打绳卡固定，另一端穿过安装在巷道顶端的滑轮后并接，用一根 6 钢丝绳连接至收放绞车，收放绞车与滑轮距离大于 6m，且其间钢丝绳要与巷道平行，挡车栏提升到位后，离导轨面距离最大距离约为 1.9m。2.5.2.6.2 缓冲器的安装及位置在巷道与轨道之间挖安装基础。每个安装基础先预备 8 根地脚螺栓，按缓冲器底座固定螺孔的位置分布固定
14、，然后用混凝土一次浇注完成。浇注后，基础上表面须平行于轨道平面。待基础完全凝固后再将缓冲器底座固定在安装基础上，然后将缓冲器安装上。2.5.3 电气安装装置各部分安装好后，按照设计的要求，正确连接装置各部件，连接完成后，认真核对，确保连接无误下，通电调试。2.5.4 通电调试所有设备安装完成并接线完好并确认无误后，方可进行通电。对各单向设备进行逐一送电并调试至单个设备连续运行 2 个小时以上无任何异常后方可进行联合调试。2.5.4.1 深度校对深度校对的目的是计算绞车全行程内的总脉冲数，由此计算出轴11编码器每发出一个脉冲时车辆所走过的距离，以保证控制的准确性和可靠性。新安装时、绞车换绳时或与
15、绞车电控显示深度值差距大于 0.5 米时均要进行此项调试， 。2.5.4.2 根据矿车运行速度及深度校对结果，调整电控箱 PLC 参数，确定挡车栏设定位置，保证装置动作及防护有效。2.6 运行、注意事项绞车进入正常运行时，显示器进入正常的显示状态，数码显示管显示车辆当前深度值及其运行速度，指示灯反应出各部分的工作状态。当在人车运行状态，挡车栏常开；当在矿车运行状态，矿车行至挡车栏设定的上提的位置时，上提指示灯闪亮，当挡车栏提升到位后，上提指示灯常亮；当矿车行至挡车栏下放的位置时，下放指示灯闪亮，当挡车栏下放到位后，下放指示灯常亮。这样从距离显示和到位指示灯的情况可判断出挡车栏的运行情况注意事项
16、系统运行一段时间后，若对绞车钢丝绳进行调整（如剪去一段、掉头等）情况，此时系统禁止处于自动状态，如系统处于自动状态必须按手动状态进行操作。本系统必须与绞车同时通电或断电。本系统自动运行必须定期校准和清零，具体操作按自动状态和深度校对进行操作。本设备只有在安装人员完成机械、电气安装及调试后，检查无误，方可运行；对设备内部器件、接线及可编程控制器内部的程序做12不当的改动，可能会造成设备的损坏。3.3.使用情况使用情况铁能公司在 2010 年初在晓南矿副暗斜井安装使用的此套 PLC自动控制的 ZDC30-1.5 型跑车防护装置（以下简称装置）。经过近一年的运行，效果良好，此上山每天运输车辆 150 车，挡车栏开启50 多次，年共运输车辆 42685 车，开关次数达到 13000 次。没有发生过误动作现象。运行稳定。4.4. 安全效益与应
