煤矿无轨胶轮车感应防撞装置设计应用

煤矿无轨胶轮车感应防撞装置设计应用

赵晟

神东煤炭集团公司生产服务中心 内蒙鄂尔多斯 017209

摘要：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；本文以某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。

关键词：无轨胶轮车 ； 防撞装置 ； 设计应用

随着煤矿生产技术水平以及生产工具自动化水 平的提升，无轨胶轮在我国很多矿井得到了非常广泛的使用。和以前的把线路架空的电力机车相比，它具有了适应性好、供电设备较少、运输效率高等优点。无轨胶轮大多适应于铜矿开采或斜井开采的矿山，但是在目前实际的煤矿使用当中，巷道倾角给无 轨胶轮带来的影响比较大。只要制动系统失去控置，碰撞就会发生在橡胶轮胎上。以目前情况来看，在市场上现有的橡胶轮胎的防止相撞措施通常是在大坡度的地方或者在大幅度转角的区域装上防止相撞的 橡胶条，尽管如此防撞的效果仍不是很好，不能从根 本上有效降低发生意外故障车辆的行驶速度，降低汽车发生碰撞的危险可能性。

一、无轨胶轮车感应防撞装置结构

某煤矿，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。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，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，对此该煤矿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。

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。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。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。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。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。

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。

二、无轨胶轮车感应防撞装置工作原理

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。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。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。

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。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。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。

三、无轨胶轮车感应防撞装置优点及实际应用效果

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。

2、实际应用效果。坡矿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。

煤矿辅助运输管理处通过技术研究，对该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。

参考文献：

[1] 贾云胜.矿用无轨胶轮车防跑车系统设计[J].山东煤炭科技，2017（11）：33- 35.

[2] 郝亚星.煤矿无轨胶轮车防跑车系统开发与应用[J].煤炭与化工，2017（7）：22- 24.

[3] 李全喜.我国煤矿无轨胶轮车的现状及发展方向[J].技术与市 场，2019（2）：16- 18.

[4] 尹文强.矿用防爆胶轮车安全监测系统的设计[J].机械管理开发，2020（1）：50- 52.