矿用防爆无轨胶轮车安全保护系统的研究

2017-09-18高文才

中国设备工程 2017年17期

关键词：胶轮冷却水保护装置

高文才

（中国神华神东煤炭集团机电管理部，内蒙古鄂尔多斯 017200）

矿用防爆无轨胶轮车安全保护系统的研究

高文才

（中国神华神东煤炭集团机电管理部，内蒙古鄂尔多斯 017200）

随着现代科技水平的提高，防爆无轨胶轮车（以下简称车辆），已成为现代煤矿运输中重要的辅助运输设备，得到了广泛应用。但由于工作环境中存在一定的爆炸性气体，防爆无轨胶轮车的防爆处理措施与安全保护系统的安装是十分必要的。在我国，无轨辅助运输技术研究时间较短，防爆无轨胶轮车安全保护系统研究还处于初级阶段。而稳定、高效及智能化的安全保护系统，能够确保防爆无轨胶轮车可以在爆炸性气体环境中安全的工作，煤炭辅助运输效率也得到提高。本文主要分析了防爆无轨胶轮车及其安全保护系统相关知识。

防爆；无轨胶轮车；安全保护系统

煤矿井下巷道中，瓦斯、煤尘等易燃易爆物具有不同的浓度，在井下运行中，车辆自身防爆柴油机动力系统遇到高温或火花等危险，就会引燃空气中的各类危险气体发生爆炸。与一般柴油机相比，发动机进行了一定无害化处理，但工作中受各类因素影响，具有一定的危险性。因此，为了确保车辆运行的安全性，一旦发生危险，要及时预警。受人为主观因素影响，发生事故前，能够主动采取措施使发动机暂停运行，并为车辆配置相应的安全保护装置，这是非常重要的，并在此基础上降低事故隐患，为煤矿安全运输奠定良好基础。

1 无轨胶轮车运输优势分析

在现代矿井开采中，防爆无轨胶轮车是重要的运输方式之一，根据其功能、用途及动力装置的不同，可以划分为轻型材料车、重型材料车及运人车等。作为井下危险环境的运输辅助车辆，其具有一定的运输优势，主要表现为：（1）无轨胶轮车灵活机动，运输效率高，爬坡能力强，可直接将所需运输物料运输到井底车场或地面，节省了物料转运时间与劳动力。（2）无需对运输巷道进行轨道铺设，也无需对巷道底板进行硬化处理，对于巷道底鼓问题，人工及时抢修对正常运输不会产生影响，同时，巷道内也不用设置架线、绞车等相关辅助设施，扩大了巷道空间。（3）采煤工作中使用的支架，可通过无轨胶轮车进行整体运送与安装，省去了拆除与安装等环节，提高了工作效率，同时降低了工人的劳动强度。（4）传统有轨运输车成本高，约占吨煤成本的15%～20%，而无轨胶轮车能够节省轨道铺设及维修等费用，运输成本大幅降低。比如，大柳塔矿应用无轨胶轮车后，其运输成本费用只有1元/km·t。

2 分析工况安全性影响因素

2.1 井下瓦斯

煤矿井下瓦斯是一种有害气体，是多种气体的混合，甲烷是主要成分，所以，习惯上矿井瓦斯被认为是甲烷。煤矿瓦斯的危害性主要体现在瓦斯爆炸与窒息。瓦斯达到一定浓度后并与氧气混合，形成火花引起爆炸，甚至引起煤层连环爆炸。一般瓦斯存储于密闭岩缝或煤层中，矿井开采中，煤层遭到破坏引起瓦斯大量外泄。巷道内通风设备无法及时排除瓦斯，形成大量堆积，导致人员窒息。所以，实时监测巷道内瓦斯气体浓度是十分必要的。

2.2 尾气温度

在爆炸性气体工作中，应用无轨胶轮车，其危险性在于高温废气与柴油机形成的火花与爆炸性气体接触，引起爆炸。柴油机尾气温度高，最高可达650℃以上，能够引燃巷道空气中的可燃性气体。无轨胶轮车对尾气采用净化冷却水箱降温的形式，但因人为损坏或冷却水耗损，使得降温效果不够明显，防爆柴油机尾气温度不断升高，危险性比较强。因此，要实施监测尾气温度，达到设定标准后就要进行停机降温或检修。

2.3 柴油机机体温度

柴油机机体表面与爆炸性气体直接接触，主要危害就是高温。根据相关技术标准，车辆与爆炸性气体直接接触，最高温度低于150℃。车辆长时间工作，柴油机机体温度不断升高，因而必须要实施监测柴油机机体表面温度。

2.4 冷却水温度

冷却水可以降低柴油机温度，冷却水温度太高，冷却能力反而下降，使得柴油机得不到及时降温。冷却水温度增加到一定程度时，就要停机休息或对冷却水更换，因此，要对冷却水温度做好监测。

2.5 尾气有害气体

一氧化碳与氮氧化物是尾气中的主要有害气体，其中氮氧化物包含一氧化硫与二氧化硫，这些有害气体是由柴油机柴油燃烧不充分引起的。尾气中的燃烧不完全的气体大多都是有毒或有刺激性臭味，具有一定的致癌性，巷道内气体流通不好，尾气中的有害气体长时间堆积，其浓度增大，不利于井下旷工的身体健康，甚至引起窒息死亡。

2.6 车辆机油压力

机油，也就是发动机的润滑油，对发动机进行润滑、清洁、冷却、密封及减磨。在车辆工作中，油压必须要正常，油压过低，摩擦表明润滑不足就会加快磨损。引起机油压力低的情形有很多，比如机油泵磨损、吸入油泵的油量降低、泄漏量大、机油清滤器或冷却器被堵塞，机油粘度、限压阀调整不合理等。无论何种因素引起的机油压力低，都要立即停机检修，以免引起车辆故障，无法正常运行。

3 工作原理及性能比较

3.1 保护系统工作原理

从工作介质角度来讲，车辆保护装置分为气压式与电气式两种。两种保护装置工作原理相同之处（如图1所示）都是在发动机各警戒点设置温度与压力传感器，检测柴油机工作状况，如果发现不正常情况，保护装置对气缸或液压缸进行自动驱动，以此切断柴油机进气与燃油通道，停止发动机工作，对发动机进行安全保护，实消除安全隐患。

图1 气压（液压)式安全保护装置

3.2 保护系统性能比较

如图1所示，如果保护系统为气压或液压式，其主要是通过温感热敏元件产生热胀冷缩效应或压力，有效控制方向阀，开关放气通道，促使发动机运行正常。在该类型保护装置中，元件少，布置简单，直观性低，对驾驶人员要求比较高，其必须要熟练掌握保护失灵的各类影响因素，采取有效措施解除保护，车辆方可重新启动。此外，此类稳杆器保护值是不变的，可调节性差，具有保护动作的作用，使用时间长，关键部件会出现老化，保护装置的准确性出现下降，误动作率上升。另外，必须要依赖手动方可对瓦斯保护实施停机动作。

针对这些问题，有些依赖自身系统是无法彻底解决的，电气式安全保护装置由此诞生，其核心部件是根据单片机原理，融检测、显示、报警与保护控制为一体的高集成装置。其工作原理如图2所示，保护装置包含保护主机、压力、位置、速度与甲烷等传感器。装置通电后，主机微型计算机通过温感与其它传感器采样，测算温度压力、水位计转速等，显示电路对处理结果进行显示，并与设定值做对比。如果某一项检测参数与设定值不相符，装置就会发出声光警报，经过延时（甲烷浓度大，不延时就会立即发出控制信号），驱动机构运行，柴油机就会暂停运行。该保护装置与国家安全标准中的各类柴油机保护项目相关，并有反馈电路，误差率明显下降，实现了准确而又及时的保护。同时，通过液晶显示屏，便于驾驶与维修人员进行判断保护，降低了劳动强度。另外，箱体内包含了高度集成的功能，安装灵活，空间大，接线与维护非常便利。

图2 电气式安全保护装置

4 防爆无轨胶轮车安全保护系统

防爆无轨胶轮车长期处于运行状态，就会引起防爆失效，增加冷却水及柴油机温度，尾气成分超标等问题，进而引发严重的安全。所以，需对防爆无轨胶轮车的防爆能力进行有效监测，及时发现运行中的隐患，确保其能够运行的安全性。本文提到的安全保护系统不但可以监测车辆运行状况，还能够对故障进行预报。（1）功能分析。该车辆安全保护系统主要包含启动前安全自检与运行中的安全监测、保护（如图3所示）。（2）车辆安全保护系统方案设计。安全保护系统功能主要表现在数据采集功能。通过分析影响无轨胶轮车的安全运输的因素，在无轨胶轮车车体中安装传感器，用于监测空气中的瓦斯浓度、尾气温度、冷却水温度、柴油机机体表面温度、尾气成分、一氧化碳及氮氧化物的体积与浓度等相关数据。数据处理与对比功能。把监测到的数据经过处理并转换为相应的变化趋势图，借助显示器进行显示，工作人员可及时与标准值进行对比并判断。对于异常情况，即会进行自动报警并作出反应，停止或减缓胶轮车运行，等待技术人员维修。