幸奠军　刘焕石　陈岩　孟刚

【摘 要】矿井混合运输斜巷安全防护技术是针对斜巷轨道提升和架空乘人装置混合布置复杂条件，具有提物、运人、检修三种不同工作状态下的全自动控制斜巷提升安全防护系统。控制系统采用稳定可靠的可编程控制（PLC）技术、I/O通讯技术和视频监控技术，传感器原件选用高可靠性磁感应开关，提升安全防护技术的稳定性。实现轨道提升状态下挡车栏全部实现自动控制，运人状态下挡车栏处于完全下落状态，满足架空乘人装置座椅通过要求，检修状态满足跑车防护装置在检修或故障处理的要求。

【关键词】混合运输斜巷；安全防护系统；全自动控制

中图分类号： U695.22 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）36-0232-005

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.100

Research and Application on Safety Protection Technology of Mixed Transportation Slope Lane

XING Dian-jun LIU Huan-shi CHEN Yan MENG Gang

（Yangcun Coal Mine，Yanzhou Coal Mining Company Limited，Jining Shandong 272118，China）

【Abstract】The safety protection technology of mine mixed transportation inclined lane is aimed at the complex conditions of the mixed layout of inclined lane track lifting and the aerial passenger device.It has three kinds of automatic control inclined lane lifting safety protection systems under different working conditions：lifting，transportation， and overhaul.The control system adopts a stable and reliable programmable control（PLC）technology，I/O communication technology and video monitoring technology.The original sensor selects a high-reliability magnetic sensor switch to improve the stability of the security protection technology.The automatic control of the block bar is realized under the condition of track lifting， and the block bar is completely falling under the condition of the operator.It meets the requirements of the seat passing of the aircraft carrier device，and the maintenance status meets the requirements of the sports car protection device in overhaul or fault handling.

【Key words】Mixed transportation alley；Safety protection system；Full automatic control

0 概述

目前煤礦井下倾斜井巷轨道提升系统中，斜巷防跑车及跑车防护装置大多由各矿井自行加工制作，结构形式有门式挡栏结构、钢丝绳挡栏结构，控制方式由深度指示器压触开关配合电磁气动阀控制、旋转编码器配合PLC控制、手动控制系统、超速摆杆自动控制等。上述跑车防护装置存在的主要问题有：斜巷跑车防护装置控制安全可靠程度差；钢丝绳挡车栏不能反向迫开；门式挡栏抗冲击能力差；常规的跑车防护装置适用于单独的轨道提升斜巷内，而杨村煤矿现场轨道提升和架空乘人装置运人联合布置的复杂条件，常规的跑车防护装置不能满足现场的安全要求。基于上述情况，杨村煤矿研究开发并应用了具有反向迫开、缓冲抗冲击、闭锁联动、安全可靠性强、检测监控能力强、全自动控制的斜巷提升安全防护技术。对类似复杂条件的斜巷安装混合提升运输斜巷跑车防护装置具有很好的推广应用价值。

1 安全防护装置结构组成

组成包括：跑车防护装置隔爆兼本安型主控箱、隔爆兼本安型辅助电控箱、气动收发器、矿用本质安全型接近开关、矿用隔爆兼本安型语言报警器、反向迫开式框架挡车栏、钢丝绳、缓冲吸能器、防爆摄像仪、显示器、通信光缆等设备设施。

2 工作原理

斜巷提升物料时，绞车房内的深度指示器上安装位置接近开关，当矿车到达斜巷预定升起挡车栏的范围内时，位置接近开关将信号传递给辅控箱。辅控箱利用通讯光缆将信号传递给主控箱，主控箱向相应的辅控箱发出挡车栏升起命令，挡车栏升起。车辆通过挡车栏后，此时深度指示器脱离位置接近开关，挡车栏电磁阀失电，挡车栏下落关闭。

混合斜巷架空乘人装置运输人员时，将主控制箱“主控旋钮”旋转到“运人”状态，电控箱自动控制所有挡车栏处于常开状态，将全断面反向迫开式框架挡车栏落下平铺在轨面上，并锁住此状态直至取消提人状态，满足架空乘人装置座椅通过。

3 实现的安全性能

3.1 安全防护装置由控制系统和挡车栏组成，控制系统应用稳定可靠的可编程控制（PLC）技术、主机与分机应用485通讯技术进行数据传输、传感器原件应用高可靠性磁感应开关技术，建立集控制、管理一体化的综合自动控制系统。挡车栏采用工字钢框架反向迫开技术，实现钢丝绳挡车栏的反向迫开功能。

3.2 独立实时监控

独立的实时监控系统，可实时监控提升斜巷各安全设施的运行状态，人员能够随时观察运行情况，并在特殊情况下采取应急措施，保证斜巷提升安全。

3.3 实现自动控制功能

具有“提物”、“运人”、“检修”三种状态，实现轨道提升状态下挡车栏实现自动控制，并能够使挡车栏处于常闭挡车状态，车辆通过时方可打开；运人状态下挡车栏处于完全下落状态，满足架空乘人装置座椅通过要求。挡车栏控制装置与提升绞车连锁，与架空乘人装置闭锁。检修状态满足跑车防护装置在检修或故障处理的要求。

3.4 紧急情况报警

跑车防护装置用隔爆兼本安型主控箱实现全自动控制的新型安全防护主控保护装置，内部配置有西门子S7-300CPU、PS-307电源模块及I/O接口模块，面板上安装液晶显示屏人机界面，可显示绞车钩头（车辆）位置和挡车栏的状态，实现紧急情况报警功能。

挡车栏上安装有位置接近开关，用于检测挡车栏的上下到位情况。如果在规定时间内没有升起挡车栏，则发出报警及紧急停车信号。如果两个位置接近开关之间接收信号的间隔时间小于设定值，则为绞车超速，显示绞车超速保护，挡车栏不再升起。

超速保护功能：通过深度指示器上相邻的位置接近开关发送信号的时间差，计算矿车行驶速度，當绞车超速15%时，发出超速报警并断开绞车安全回路，停止绞车运行，挡车栏也不再升起。

3.5 实时监测反馈

跑车防护装置用辅助电控箱实现与主控装置的信息传输，执行主机命令，对各挡车栏进行控制并反馈各挡车栏的状态。

监控报警功能：在挡车栏上下到位位置安装位置接近开关，监控挡车栏的上下到位情况，当矿车接近挡车栏，而挡车栏没有到达上到位位置时，发出报警信号，提醒绞车司机停车；

挡车功能：当发生跑车事故时，挡车栏能保持常闭状态将车挡住，防止跑车事故扩大；

执行功能：通过深度指示器上的位置接近开关，确定钩头位置，在提前开启距离内将挡车栏升起，确保正常提升运输的进行；

3.6 反向迫开

反向迫开式钢丝绳挡车栏由反向迫开框架、钢丝绳挡车栏组成。其打开与关闭由跑车防护装置用气动一级收放器进行控制，钢丝绳完全放下，满足架空乘人装置座椅通过则由气动二级收放器进行控制，气动收放器由电磁气控阀控制。气动收放器装设位置传感器，监视挡车栏开闭状态。

3.7 缓冲吸能

挡车栏钢丝绳用规格为φ24-6×37的钢丝绳，挡车门与吸能器之间的距离约5米，挡车栏钢丝绳经过吸能器，末端留余绳10米，在末端处加φ24绳卡固定。吸能缓冲器安装采用6根直径30mm的地脚螺栓固定在巷道底板上，地脚螺栓长度为800mm，挡车栏采用φ24-6×37的钢丝绳压放在吸能器里，吸能器前端钢丝绳留有大于10m余绳，吸能器与挡车栏距离大于5m。当发生跑车事故时，全断面绳栏能在绳栏常闭状态下将矿车挡住，防止跑车事故进一步扩大；跑车事故发生后，车辆冲入全断面绳栏中，能够在缓冲器0.3～10m范围内有效阻拦车辆，避免跑车事故造成更大事故和损失。

缓冲功能：跑车事故发生后，串车到达挡车栏位置时往往已具有较大的速度和动能，此时如果在极短的距离内将车辆拦下，会使挡车栏承受极大的冲击力，损坏挡车栏，使跑车事故继续扩大。所以必须安装缓冲装置，使挡车栏能在0.3～10m范围内将跑车拦下，通过缓冲防止挡车栏和车辆的损坏。

4 安全防护装置主要技术参数

巷道最大倾角：30°

最大抗冲击能量：2.5MJ

缓冲距离：0.3-10m

单台缓冲器最大缓冲阻力值：125kN

挡车栏：普通型

工作方式：常闭式

缓冲和挡车网用钢丝绳型号：6×37-1770—Φ28

缓冲器外形尺寸：680×300×98（mm）

缓冲器重量：两台150kg

挡车网外形尺寸：1200×1600（mm）

挡车网重量：69.13kg

矿车最大运行速度：5m/s

5 防护距离确定

根据巷道运输的实际情况计算最大的挡车防护距离，计算公式为：

对于长距离的斜巷，应采取多套防护装置，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，即下一道挡车栏安装距离L1=L-L2，其中L2为挡车栏提前开启距离。

当收放器的提升高度为1.6m，加上挡车网距轨道高度约为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开启距离L2如下：

注意：新建大型矿井，需挡车栏升起高度增加时，L2的数值相应增加。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。

7 关键技术及创新点

7.1 安全防护主控保护装置的设计与研制

本研究的重点是设计可以实现全自动控制的新型安全防护主控保护装置，内部配置有西门子S7-300CPU、PS-307电源模块及I/O接口模块，面板上安装液晶显示屏人机界面，可显示绞车钩头（车辆）位置和挡车栏的状态。主控装置有转换开关，可实现“提物”、“运人”、“检修”外加三种状态的转换，实现轨道提升状态下挡车栏实现自动控制，并能够使挡车栏处于常闭挡车状态，车辆通过时方可打开；运人状态下挡车栏处于完全下落状态，满足架空乘人装置座椅通过要求；检修状态满足跑车防护装置在检修或故障处理的要求。

7.2 跑车防护装置用隔爆兼本质安全型电控箱分机

设计分控装置以实现与主控装置的信息传输，执行主机命令，对各挡车栏进行控制并反馈各挡车栏的状态。分机内安装西门子ET200远程I/O通讯模块，可收集并传递该处挡车栏开闭状态，并发送信号。面板上安装有文本显示屏，显示信号的相关信息，有按钮和指示灯，当主机在检修状态下，可通过分机按钮实现对该处挡车栏的开启和关闭，达到检修挡车栏就近操作的要求。分控箱侧面安装喇叭，用于发出报警信号及语音提示。

7.3 反向迫开和缓冲抗冲击挡车栏设计与研制

设计具有反向迫开功能和带缓冲功能的多绳抗冲击功能的挡车栏，实现车辆自下向上运行时，挡车栏在没有打开状态下，能够自动迫开，消除车辆刮挂挡车栏事故的隐患。同时为减缓跑下的高速车辆对系统损坏，在钢丝绳挡车栏固定底座处设计缓冲阻尼，提升钢丝绳拦车能力。缓冲挡车栏总拦截能力不少于2.5兆焦。

7.4 视频监控系统的设计与研制

在上下车场及绞车房安装防爆视频监控主机和显示器，监控主机具有不少于500G存储能力和上传数字化信息接口。在各挡车栏处设置固定防爆高清摄像仪，各摄像仪数据通过通信光缆进行连接。绞车司机和上下车场信号把钩工可通过视频显示器实时观察斜巷内车辆及安全设施情况，绞车司机发现异常情况及时停车处理。

7.5 关键技术

7.5.1 控制系统应用稳定可靠的可编程控制（PLC）技术、主机与分机应用485通讯技术进行数据传输、传感器原件应用高可靠性磁感应开关技术，建立集控制、管理一体化的综合自动控制系统。

7.5.2 应用矿山工业用多通道宽带传输网络，满足工业以太网信号、标准工业现场总线信号进行实时监测，提升了安全可靠性。

7.6 创新点

7.6.1 具有“提物”、“运人”、“检修”三种状态，实现轨道提升状态下挡车栏实现自动控制，并能够使挡车栏处于常闭挡车状态，车辆通过时方可打开；运人状态下挡车栏处于完全下落状态，满足架空乘人装置座椅通过要求。挡车栏控制装置与提升绞车连锁，与架空乘人装置闭锁。

7.6.2 主机与分机应用485通讯技术进行数据传输，挡车栏开闭状态、位置编号等重要信息通过485串口通信技术由分机与主机进行数据传输，优化了线路布置，减少线路的投入，减少了隐患故障点，提升了安全可靠性。

7.6.3 挡车栏采用工字钢框架反向迫开技术，实现钢丝绳挡车栏的反向迫开功能。

7.6.4 独立的实时监控系统，可实时监控提升斜巷各安全设施的运行状态，保证斜巷提升安全。绞车司机及上下车场信号把钩工通过视频显示器对斜巷安全设施及车辆情况实现实时监控，发现异常情况能够及时停车处理，提高了斜巷运输的安全可靠性。

8 应用效果

杨村煤矿南三煤轨道上山混合提升斜巷安全防护装置安装应用，在上车场把钩硐室内设置跑车防护装置主控箱，布置3組反向迫开钢丝绳式挡车栏，上车场变坡点以下20—30m为第一组，以下150m处第二组，第三组挡车栏在底车场以上20-30m，各挡车栏处布置分控箱及监控摄像仪，在上、下车场信号硐室及绞车房内布置防爆监视器。挡车栏的主控装置有转换开关，实现了“提物”、“运人”、“检修”外加三种状态的转换。实现轨道提升状态下挡车栏实现自动控制，并能够使挡车栏处于常闭挡车状态，车辆通过时方可打开；运人状态下挡车栏处于完全下落状态，满足架空乘人装置座椅通过要求；检修状态满足跑车防护装置在检修或故障处理时要求。

针对轨道斜巷提升运输和架空乘人装置运人混合布置的复杂条件，研究开发具有反向迫开、缓冲抗冲击、闭锁联动、安全可靠性强、检测监控能力强、全自动控制的斜巷提升安全防护技术，具有重大的现实意义。对类似复杂条件的斜巷安装混合提升运输斜巷跑车防护装置具有很好的推广应用价值。

【参考文献】

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[2]GB3836.2-2010 爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备.

[3]GB3836.4-2010 爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备.

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[6]MT933-2005 《跑车防护装置技术条件》.

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[8]《煤矿安全规程》.