孔曉峰

摘要：常用的礦山斜井提升跑車防護(hù)裝置是在井巷中分段安裝常閉式擋車欄（網(wǎng)），存在距擋車欄（網(wǎng)）較遠(yuǎn)處發(fā)生跑車后溜車速度大、控制環(huán)節(jié)多、頻繁提放擋車欄（網(wǎng)）不確定因素多等安全問(wèn)題。研發(fā)了一種斜井提升自動(dòng)制動(dòng)防跑安全車，其通過(guò)一種離心脫扣車輪和在車架上設(shè)置的落閘系統(tǒng)及制動(dòng)裝置等，可實(shí)現(xiàn)一旦發(fā)生跑車第一時(shí)間落閘緩沖制動(dòng)安全停車，產(chǎn)品價(jià)格測(cè)算為4萬(wàn)～10萬(wàn)元，使用靈活方便，投資和運(yùn)行費(fèi)用小。

關(guān)鍵詞：礦山斜井；礦車提升；防跑車；自動(dòng)落閘；緩沖制動(dòng)

中圖分類號(hào)：TD55? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001-1277（2023）06-0035-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20230608

GB 16423—2020 《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》和《煤礦安全規(guī)程》均規(guī)定，在傾斜井巷內(nèi)需安設(shè)能夠阻止運(yùn)行中斷繩、脫鉤車輛跑車的防護(hù)裝置［1］。近年來(lái)，隨著礦山現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，無(wú)軌膠輪車、齒輪車、單軌吊車和無(wú)極繩絞車等運(yùn)輸設(shè)備在采區(qū)輔助運(yùn)輸中被普遍應(yīng)用，引起了研究人員的廣泛關(guān)注，對(duì)該方面的研究也如雨后春筍般涌現(xiàn)，但關(guān)于斜井提升防跑安全車方面的研究較少。本文旨在研究礦山斜井提升防跑安全車基本構(gòu)造、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、可行性及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的必要性，以期提高礦山斜井礦車提升的安全水平。

1? 研究背景

目前，國(guó)內(nèi)礦山斜井提升跑車防護(hù)主要采用在井巷中分段安裝幾道常閉式擋車欄（網(wǎng)）的方式，一般至少在井口變坡點(diǎn)下方、井底車場(chǎng)上方和井巷中部安設(shè)3道擋車欄（網(wǎng)），提升時(shí)礦車運(yùn)行到擋車欄（網(wǎng)）前及時(shí)提起，通過(guò)后再及時(shí)放下，一旦發(fā)生跑車，常閉擋車欄（網(wǎng)）可立即攔截上方溜下來(lái)的礦車［2］。應(yīng)用擋車欄（網(wǎng)）需在井筒中安裝緩沖裝置和動(dòng)力裝置等設(shè)備設(shè)施，配套供電和控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)還需與提升絞車的操控系統(tǒng)聯(lián)鎖，運(yùn)行過(guò)程中提升系統(tǒng)需頻繁提起、放下，導(dǎo)致影響安全運(yùn)行的不確定因素增加。為防止擋車欄（網(wǎng)）未能及時(shí)提起、放下，在提升系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，要求絞車司機(jī)時(shí)刻觀察擋車欄（網(wǎng)）的狀態(tài)，導(dǎo)致絞車司機(jī)注意力負(fù)擔(dān)大［3］。

在離擋車欄（網(wǎng)）較遠(yuǎn)處發(fā)生跑車時(shí)，礦車溜車距離長(zhǎng)、溜車加速時(shí)間長(zhǎng)，礦車撞到擋車欄（網(wǎng)）時(shí)速度大，沖擊能大。以某礦斜井為例計(jì)算發(fā)生跑車事故時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)。斜井長(zhǎng)450 m，坡度25°，礦車質(zhì)量1 300 kg，載質(zhì)量1 600 kg，每次提升2輛礦車，總質(zhì)量合計(jì)5 800 kg，提升速度3.06 m/s。斜井中共安裝了3道擋車網(wǎng)，間隔距離180 m，假設(shè)提升運(yùn)行時(shí)在距離擋車網(wǎng)上方170 m處發(fā)生跑車事故，礦車下溜撞到擋車網(wǎng)的即時(shí)速度為37.42 m/s，即5 800 kg的質(zhì)量以37.4 m/s的速度撞擊擋車網(wǎng)，動(dòng)能為4.06 MJ，產(chǎn)生的破壞力巨大。且礦車在傾斜坡度較大的軌道上高速下溜時(shí)，在軌道不平或接縫較大處，易發(fā)生顛簸、翻車現(xiàn)象，導(dǎo)致礦石撒落，甚至?xí)霈F(xiàn)礦石漏過(guò)擋車欄（網(wǎng)）現(xiàn)象，對(duì)下方巷道和車場(chǎng)的安全造成威脅。因此，研發(fā)一種應(yīng)用于礦山斜井提升的防跑安全車，對(duì)于礦山安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 礦山斜井提升防跑安全車

2.1 基本構(gòu)造及設(shè)計(jì)原理

礦山斜井提升防跑安全車由車架、普通車輪、離心脫扣車輪、落閘系統(tǒng)和制動(dòng)裝置組成，離心脫扣車輪包括車輪體、離心脫扣機(jī)構(gòu)和彈射裝置。離心脫扣機(jī)構(gòu)和彈射裝置安裝在車輪輪轂與輪緣之間的環(huán)狀空間內(nèi)，包括外側(cè)大軸孔離心板、帶有下鉗卡口的第一平衡連板、帶有上鉗卡口的第二平衡連板、內(nèi)側(cè)大軸孔離心板、離心板鉸接軸、內(nèi)側(cè)小軸孔離心板和外側(cè)小軸孔離心板；彈射裝置包括外卡簧、撥桿滑套、內(nèi)卡簧、彈簧擋板、彈射撥桿、彈射彈簧、鎖母和一次性密封帽。礦山斜井提升防跑安全車基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，實(shí)物圖如圖2所示。本設(shè)計(jì)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種斜井提升自動(dòng)制動(dòng)防跑安全車，其通過(guò)車架、普通車輪、離心脫扣車輪、落閘系統(tǒng)和制動(dòng)裝置等，實(shí)現(xiàn)即時(shí)就地緩沖制動(dòng)停車。

2.2 工作原理

礦山斜井提升防跑安全車的車架上，其中一只車輪設(shè)置為專用離心脫扣車輪，外形與普通車輪相似（如圖3-a所示）。離心脫扣車輪上輪輻處設(shè)置為繞輪轂的環(huán)形槽腔，環(huán)形槽腔中對(duì)稱設(shè)置離心脫扣機(jī)構(gòu)（如圖3-b所示）。離心脫扣機(jī)構(gòu)的離心板等部件繞輪轂對(duì)稱布置，直線動(dòng)慣力平衡抵消，劇烈碰撞不誤動(dòng)作［4］。車輪正常旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心板離心力小于彈簧拉力緊貼輪轂，卡住彈射撥桿，使其縮在車輪內(nèi)保持鎖閉狀態(tài)。礦山斜井提升防跑安全車使用時(shí)串接在提升鋼絲繩的鉤頭和礦車間，與礦車一起運(yùn)行。一旦發(fā)生溜車或跑車，車輪轉(zhuǎn)速加快至設(shè)定的離心板啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，離心板張開(kāi)，釋放的彈射撥桿從車輪內(nèi)側(cè)的孔口頂開(kāi)一次性密封帽彈射伸出，伸出的撥桿繞車輪中心隨著車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，撥桿利用溜車的慣性撥動(dòng)車架上的轉(zhuǎn)柄轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)落閘機(jī)構(gòu)動(dòng)作，釋放制動(dòng)閘自動(dòng)落閘，通過(guò)抽出式牽引碰頭拉動(dòng)鋼絲繩緩沖器緩沖制動(dòng)，在最短時(shí)間內(nèi)安全停車［5］。

2.3 性能測(cè)試

為檢驗(yàn)礦山斜井提升防跑安全車安全性能，參考GB 16423—2020 《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》、AQ 2028—2010 《礦山在用斜井人車安全性能檢驗(yàn)規(guī)范》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)有檢驗(yàn)手段和方法，在五礦邯邢礦業(yè)有限公司西石門(mén)鐵礦北區(qū)地表斜井JTP-1.6×1.5進(jìn)行了空載、重載脫鉤自動(dòng)制動(dòng)停車試驗(yàn)。試驗(yàn)基本技術(shù)參數(shù)：斜井坡度25°，斜長(zhǎng)260 m，脫鉤位置距井口180 m，軌距600 mm，軌型24 kg/m，礦車型號(hào)為礦山斜井提升防跑安全車（非標(biāo)準(zhǔn)），礦車數(shù)量1，礦車自身質(zhì)量590 kg，礦車載質(zhì)量1 000 kg。試驗(yàn)所需檢驗(yàn)設(shè)備：CJK5礦用架空乘人裝置安全性能檢測(cè)儀、JZC-B2坡度尺、鋼卷尺5 m、WS2080A溫濕度表、AWA5636聲級(jí)計(jì)。礦山斜井提升防跑安全車安全性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。由表1可知：離心脫扣車輪和落閘機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈活、落閘準(zhǔn)確、制動(dòng)可靠，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了即時(shí)就地緩沖制動(dòng)停車，安全可靠。

3 技術(shù)特點(diǎn)及效益預(yù)測(cè)

3.1 技術(shù)特點(diǎn)

1）全程自動(dòng)即時(shí)防跑車，純機(jī)械機(jī)構(gòu)動(dòng)作，落閘連板機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)少，安全防護(hù)形式和可靠性與豎井提升的防墜器類似。

2）離心脫扣機(jī)構(gòu)密封設(shè)置在離心脫扣車輪內(nèi)，在伸出口設(shè)置一次性防水蓋，防塵、防水、防撞，便于保養(yǎng)，不占用車架上的安裝空間。

3）離心脫扣機(jī)構(gòu)的離心板等部件繞輪轂對(duì)稱布置，直線動(dòng)慣力平衡抵消，劇烈碰撞不誤動(dòng)作。

4）彈射撥桿伸出后隨車輪旋轉(zhuǎn)，利用溜車慣性撥動(dòng)車架上的落閘轉(zhuǎn)柄落閘，撥動(dòng)轉(zhuǎn)柄的作用力大，動(dòng)作可靠。

5）兩側(cè)落閘機(jī)構(gòu)和制動(dòng)閘設(shè)置有同步聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩側(cè)制動(dòng)閘落閘制動(dòng)同步性好。

6）利用下溜礦車的慣性推動(dòng)制動(dòng)閘的滑楔卡軌閘體壓緊楔形閘，卡緊軌道頭，制動(dòng)可靠。

7）兩只制動(dòng)閘為獨(dú)立自由抓捕，適應(yīng)軌道間距偏差。

8）抽出式連接碰頭與鋼絲繩緩沖器配合，緩沖距離長(zhǎng)，制動(dòng)平穩(wěn)。

9）采用四繩鋼絲繩緩沖器，本質(zhì)安全，鋼絲繩繩徑較小，恢復(fù)操作方便。

10）產(chǎn)品制造成本低，使用方便，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，便于推廣應(yīng)用。

3.2 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

1）礦山斜井提升防跑安全車實(shí)行全程即時(shí)防跑車，礦車在任何位置發(fā)生跑車后均能在最短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)制動(dòng)緩沖停車，可避免高速下溜的礦車撞壞井筒支護(hù)和井筒中的風(fēng)管、電纜、水管等設(shè)施，避免人員傷害等重大安全事故。

2）擋車欄（網(wǎng)）跑車防護(hù)裝置設(shè)備多，安裝工作量大，投資和維護(hù)費(fèi)用高。經(jīng)調(diào)研，根據(jù)擋車欄（網(wǎng)）產(chǎn)品和安裝條件不同，安裝3道擋車欄（網(wǎng)）需投資14萬(wàn)～23萬(wàn)元，運(yùn)行維護(hù)工作量大，需專人巡檢，運(yùn)行費(fèi)用包括檢修人員工資和材料消耗，每年5萬(wàn)元左右［6-7］。而本研究的礦山斜井提升防跑安全車根據(jù)制動(dòng)方式和規(guī)格的不同，產(chǎn)品價(jià)格測(cè)算為4萬(wàn)～10萬(wàn)元，使用靈活方便，節(jié)省安裝費(fèi)，維護(hù)保養(yǎng)主要包括例行外觀檢查和落閘動(dòng)作試驗(yàn)，落閘后恢復(fù)簡(jiǎn)單，使用和維護(hù)費(fèi)用低。礦山斜井提升防跑安全車與擋車攔（網(wǎng)）技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比如表2所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著科技飛速發(fā)展，礦山運(yùn)輸機(jī)械化水平不斷提高，斜井礦車提升由于其生產(chǎn)效率較低和安全生產(chǎn)難度較大等原因逐漸退出了主提升應(yīng)用，但在中國(guó)許多老金屬礦山和煤礦地下開(kāi)采的輔助運(yùn)輸中仍有大量應(yīng)用，即使是新建的現(xiàn)代化礦山，只要有斜巷，就要用到礦車提升，就有防跑安全車的應(yīng)用市場(chǎng)。中國(guó)礦山眾多，現(xiàn)有的擋車欄（網(wǎng)）跑車防護(hù)裝置保有量巨大，防護(hù)裝置需投資14萬(wàn)～23萬(wàn)元，運(yùn)行維護(hù)工作量大，需專人巡檢，每年還需5萬(wàn)元左右的維修費(fèi)用。而本研究的礦山斜井提升防跑安全車根據(jù)制動(dòng)方式和規(guī)格的不同，產(chǎn)品價(jià)格測(cè)算為4萬(wàn)～10萬(wàn)元，使用靈活方便，節(jié)省安裝費(fèi)，是擋車欄（網(wǎng)）跑車防護(hù)裝置理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品，產(chǎn)品技術(shù)已有專利保護(hù)，產(chǎn)品市場(chǎng)前景廣闊。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］ 趙清華.地下礦山斜井跑車事故原因分析與預(yù)防［J］.中國(guó)礦業(yè)，2007，116（4）：53-57，60.

［2］ 張?zhí)K，王若瑄，李蓉蓉，等.基于行為安全的煤礦斜井跑車事故原因研究［J］.煤礦安全，2018，49（11）：245-248.

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Abstract：The commonly used protection measures for cart sliding is to install constantly closed cart barriers （nets） in sections in tunnels，which has some safety problems such as high-speed sliding when the cart starts to slide far away from the cart barriers （nets），too many control links，and uncertain factors caused by frequent lifting of the cart barriers （nets）.An automatic-braking sliding-prevention safety cart for ascending carts in inclined shafts is deve-loped.By using a centrifugal tripping wheel，a braking system，and a braking device arranged on the frame，it can realize the safe parking of sliding carts immediately.The product price is estimated to be 40 000-100 000 yuan.The use is flexible and convenient，and the investment and operating expenses are small.

Keywords：inclined shaft in mines;mine cart ascending;sliding-prevention cart;automatic braking;buffing braking