，，

(1.鄂爾多斯市天地華泰采礦工程技術(shù)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2.北京天地華泰采礦工程技術(shù)有限公司，北京 100013)

煤礦副斜井無軌膠輪車阻車系統(tǒng)研制與應(yīng)用

李正甲1，劉鄒縣1，趙宏偉2

(1.鄂爾多斯市天地華泰采礦工程技術(shù)有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000；2.北京天地華泰采礦工程技術(shù)有限公司，北京100013)

在淺埋深、近水平開采的平硐或斜井提升運(yùn)輸煤礦中，大多設(shè)計(jì)為斜井無軌運(yùn)輸，無軌膠輪車使用比較廣泛。但是國(guó)內(nèi)無軌膠輪車防跑車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研制屬于空白。本設(shè)計(jì)包括電氣控制技術(shù)、無線射頻技術(shù)、氣動(dòng)控制技術(shù)、阻車裝置等，通過雷達(dá)測(cè)速監(jiān)測(cè)車輛運(yùn)行速度，車載遙控器作為后備保護(hù)，當(dāng)車輛失控時(shí)電氣系統(tǒng)及時(shí)動(dòng)作，阻車泡沫4s內(nèi)脫鉤到位，起到柔性阻車的效果。根據(jù)用戶需要本系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)車輛監(jiān)測(cè)、定位、數(shù)據(jù)、圖像上傳等功能。

無軌膠輪車；阻車系統(tǒng)；車輛檢測(cè)；泡沫阻車裝置

1 概述

煤礦輔助無軌化運(yùn)輸，一般在淺埋深、近水平開采的平硐或斜井提升運(yùn)輸?shù)V井中使用比較廣泛。防爆無軌膠輪車是無軌化運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，車輛的行駛安全直接影響礦井的安全生產(chǎn)。特別在煤礦副斜井傾斜坡面上，如果發(fā)生車輛脫檔、剎車失效、司機(jī)操作失誤等現(xiàn)象，車輛可能在傾斜坡面上發(fā)生“跑車”事故，極易造成車輛損壞和人員傷亡的惡性事故。因此有必要研制副斜井無軌膠輪阻車系統(tǒng)，以避免此類事故發(fā)生。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 軌道運(yùn)輸?shù)母毙本柢嚰夹g(shù)

煤礦有軌運(yùn)輸?shù)男本琅苘囇b置，國(guó)內(nèi)已進(jìn)行了多年研究，技術(shù)上較為成熟，現(xiàn)場(chǎng)使用也取得了良好效果。該裝置主要分為擋車器和阻車器兩大類，通過安裝在斜井中的阻車器和擋車器，對(duì)失去控制的礦車進(jìn)行攔阻，防止跑車事故的發(fā)生。

2.2 無軌運(yùn)輸?shù)母毙本柢嚰夹g(shù)

根據(jù)已掌握的文獻(xiàn)資料，煤礦無軌運(yùn)輸阻車裝置在我國(guó)基本屬于空白狀態(tài)。只有個(gè)別煤礦在副斜井底裝設(shè)簡(jiǎn)易緩沖裝置，即在副斜井井底鋪上沙袋，井底正前方的巷幫上，掛上廢舊輪胎，用以吸收失控車輛與幫部碰觸時(shí)產(chǎn)生的巨大能量。但這種措施的實(shí)際使用效果極其有限。近兩年，有個(gè)別煤礦借鑒高速公路使用的可導(dǎo)向防撞墊技術(shù)。在井底車場(chǎng)正對(duì)副斜井方向安裝防撞墊。但這項(xiàng)技術(shù)只是車輛發(fā)生跑車事故后的一種補(bǔ)救措施，不能在跑車事故發(fā)生的初期使失控車輛得到控制。

3 主要結(jié)構(gòu)及原理

為避免剛性阻車對(duì)人員和車輛的傷害，采用柔性阻車系統(tǒng)。安裝位置設(shè)在斜井倒車硐室或巷道幫部。以車輛測(cè)速雷達(dá)進(jìn)行測(cè)速為主，車載遙控系統(tǒng)為輔，兩種控制方式相結(jié)合的方式使阻車機(jī)構(gòu)動(dòng)作，防止副斜井防爆車輛發(fā)生跑車事故。

3.1 阻車器

阻車器的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的核心部件，設(shè)計(jì)上既要體積小、重量輕，又要注重實(shí)際使用效果。該裝置主要包括阻車泡沫和動(dòng)作機(jī)構(gòu)兩部分。

阻車泡沫是在發(fā)生跑車時(shí)，阻車泡沫及時(shí)工作，能夠阻止車輛下滑。

動(dòng)作機(jī)構(gòu)是控制阻車泡沫如何快速移動(dòng)到巷道中央的機(jī)械裝置。

3.2 車輛速度檢測(cè)系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過檢測(cè)車輛的行駛速度，判斷車輛是否發(fā)生了失控跑車事故。

通過測(cè)速雷達(dá)監(jiān)測(cè)巷道內(nèi)的超速車輛，通過數(shù)據(jù)通信總線，及時(shí)傳輸至控制系統(tǒng)。巷道形狀復(fù)雜，且巷道內(nèi)的風(fēng)速較高，對(duì)雷達(dá)的測(cè)速精度、距離要求較高，選用的系統(tǒng)必須適用于煤礦井下復(fù)雜的環(huán)境。

3.3 車載遙控系統(tǒng)

車載遙控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)阻車機(jī)構(gòu)及時(shí)動(dòng)作的一種后備保護(hù)，采用低功耗設(shè)計(jì)，系統(tǒng)不工作時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)，要求要有一定的遙控距離，使阻車機(jī)構(gòu)有足夠的工作時(shí)間。

3.4 控制系統(tǒng)

本裝置中的控制系統(tǒng)是整個(gè)裝置的大腦、核心，通過它判斷是否發(fā)生了車輛跑車事故，要求系統(tǒng)控制靈敏、可靠，且功率消耗較低。本系統(tǒng)采用上位機(jī)、下位機(jī)的控制模式，下位機(jī)把采集到的車輛速度信號(hào)、遙控信號(hào)，及時(shí)通過總線方式傳至上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行判斷、控制。

4 系統(tǒng)硬件原理介紹

4.1 阻車泡沫

阻車泡沫是阻車器的關(guān)鍵部件，對(duì)其使用的材料和形狀進(jìn)行了深入研究，最終確定為梯形結(jié)構(gòu)。阻車器材料為聚氨酯泡沫，保證車輪與之碰撞時(shí)，有一定彈性，失控車輛碾壓住阻車泡沫后與地面產(chǎn)生摩擦阻力，起到剎車作用，迫使車輛減速并及時(shí)停車。具體實(shí)物如圖1所示。

圖1 阻車泡沫

4.2測(cè)速雷達(dá)

本系統(tǒng)的雷達(dá)采用CS12型測(cè)速雷達(dá)，測(cè)量的速度值通過RS232口接收發(fā)送數(shù)據(jù)，自帶上位機(jī)應(yīng)用程序，在應(yīng)用程序中通過協(xié)議可直接控制雷達(dá)，設(shè)定雷達(dá)各項(xiàng)工作參數(shù)。雷達(dá)工作在靜止?fàn)顟B(tài)下，可以同時(shí)測(cè)量目標(biāo)車輛的最強(qiáng)速度值和最快速度值，并可鎖定目標(biāo)速度值；可設(shè)置成只測(cè)單向行駛車輛或同時(shí)測(cè)雙向行駛車輛。本系統(tǒng)只要求測(cè)量副斜井行駛的同向車輛。

4.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是由上位機(jī)、下位機(jī)、通信總線、氣動(dòng)控制等幾部分組成的，上位機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)下位機(jī)傳輸過來的速度信號(hào)、遙控信號(hào)進(jìn)行判斷，再通過下位機(jī)控制氣動(dòng)控制箱內(nèi)的電磁閥動(dòng)作。

4.3.1 上位機(jī)

上位機(jī)安裝在防爆外殼內(nèi)，由人機(jī)界面(液晶屏)、按鍵檢測(cè)板、邏輯控制板、電源轉(zhuǎn)換板、本安電源模塊、外部接線板等幾部分組成。

電源轉(zhuǎn)換板 上位機(jī)內(nèi)部各部分電路提供必要的電源，包括人機(jī)界面所需的24V電壓。各功能板所需的5V和12V電壓。

本安電源模塊 下位機(jī)沿線提供18V電壓。

按鍵檢測(cè)板 系統(tǒng)提供了參數(shù)設(shè)置功能，通過操作按鍵，可以對(duì)上位機(jī)進(jìn)行操作。

邏輯控制板 通過通信總線，將下位機(jī)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，負(fù)責(zé)采樣和控制下位機(jī)使解鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，是整個(gè)斜井阻車裝置的大腦。

人機(jī)界面 實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并且可以通過視頻合成器顯示多路視頻信號(hào)，供操作者查看副斜井內(nèi)車輛通行狀況。

4.3.2 下位機(jī)

下位機(jī)采用本安型設(shè)計(jì)，使用本安型18V電源供電，由外殼和下位機(jī)板兩部分組成。

下位機(jī)通過與之連接的雷達(dá)、遙控接收器、電磁閥接收雷達(dá)采集的速度信號(hào)，遙控接收器的控制信號(hào)也被其采樣。這些信號(hào)都通過下位機(jī)的通信接口傳輸至上位機(jī)控制器。當(dāng)需要使阻車裝置動(dòng)作時(shí)，則下位機(jī)可輸出給電磁閥一個(gè)信號(hào)，控制電磁閥動(dòng)作。

4.3.3 氣動(dòng)控制

斜井阻車裝置屬于機(jī)電一體化的設(shè)備，除了包含電氣控制，還有氣動(dòng)控制部分，它是由電磁閥、氮?dú)馄俊p壓閥、連接管路等部分組成，安裝在氣動(dòng)控制箱內(nèi)，外接動(dòng)作氣缸，具體原理見圖2。氣瓶型號(hào)為15CF、氣瓶預(yù)置壓力為10MPa ,減壓閥型號(hào)為YQD-08、減壓閥調(diào)節(jié)壓力為0.6MPa 。需要阻車時(shí)由下位機(jī)控制電磁閥導(dǎo)通，高壓氣體通過減壓閥減壓，打開單向閥使氣缸快速動(dòng)作，阻車泡沫脫鉤滑落到巷道中，阻停事故車輛。

圖2 氣動(dòng)操作箱原理

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2013年9月1日至12月1日對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了為期3個(gè)月的運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析研究，記錄系統(tǒng)出現(xiàn)故障的次數(shù)，預(yù)測(cè)系統(tǒng)平均無故障時(shí)間和故障出現(xiàn)的概率。通過對(duì)記錄數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的平均故障率非常低，基本未出現(xiàn)大的系統(tǒng)性故障。

通過現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)得知，阻車泡沫動(dòng)作到位時(shí)間為4s，車輛阻停距離在10m之內(nèi)，能夠起到緩沖和阻停事故車輛的效果。

6 特色與創(chuàng)新

(1)本裝置融電氣控制技術(shù)、無線射頻技術(shù)、氣動(dòng)控制技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)于一體，各技術(shù)相互融合。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性強(qiáng)，針對(duì)性強(qiáng)，避免了不必要的倒車操作，提高了煤礦副斜井的行車安全性，可有效避免斜井跑車事故的發(fā)生。

(2)設(shè)計(jì)的可移植性強(qiáng)，利用PIC單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，可以方便地對(duì)單片機(jī)編程，及時(shí)更新程序。通過專用編程電纜，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)編程，靈活地適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)狀況，抗干擾能力強(qiáng)。

(3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念較先進(jìn)，能主動(dòng)監(jiān)測(cè)井下車輛的行駛狀態(tài)，速度檢測(cè)與遙控信號(hào)檢測(cè)并行工作，兩者任一滿足阻車器動(dòng)作時(shí)，均可使阻車器動(dòng)作，兩者互為冗余備份，提高了裝置可靠性。

(4)該項(xiàng)設(shè)計(jì)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，目前尚未有煤礦使用該套裝置，具有很強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

7 結(jié)論

煤礦副斜井無軌膠輪車阻車作為一個(gè)全新的系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中還需要不斷改進(jìn)。在系統(tǒng)軟件方面，軟件的基本功能已經(jīng)完成，大部分功能也已實(shí)現(xiàn)，但有些新功能還需要進(jìn)一步的開發(fā)和完善。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)κ鹿受囕v起到緩沖和阻停作用，對(duì)煤礦副斜井的行車安全意義重大。

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[責(zé)任編輯：徐亞軍]

Development of Car-resistance System of Trackless Rubber Vehiclefor Auxiliary Slope and Its Application

LI Zheng-jia1, LIU Zou-xian1, ZHAO Hong-wei2

(1.Erdos Tiandi Huatai Mining Engineering Technology Co., Ltd., Erdos 017000, China;2.Beijing Tiandi Huatai Mining Engineering Technology Co., Ltd., Beijing 100013, China)

In coal mines with shallow-buried and nearly-horizontal footrill or slope lift and transportation, most were designed as slope transportation with trackless rubber vehicle.But domestic car-resistance system design and development of trackless rubber vehicle was blank.This design included electric control technology, radio frequency identification technology, pneumatic control technology, car-resistance device, etc.By monitoring vehicle speed with radar speed measurement, vehicle-mounted remote-control as backup protection, when vehicle was out of control, electric system acted timely, car-resistance foam unhooked and realized flexible car-resistance.This system could realize vehicle monitoring, location, data and image upload according to users’ need.

trackless rubber vehicle; car-resistance system; vehicle detection; foam car-resistance device

2014-04-09

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.06.011

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2013BAH12F00)；天地科技股份有限公司技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目(KJ-2012-TDHT-01)；天地科技股份有限公司工藝技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目：現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)模式研究及應(yīng)用示范(KJ-2013-TDHT-01)；天地科技股份有限公司技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目：新疆煤炭資源開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用調(diào)查研究(KJ-2014-TDHT-01)

李正甲(1973-),男，山東聊城人，碩士,高級(jí)工程師，主要從事煤礦開采工作。

李正甲，劉鄒縣，趙宏偉.煤礦副斜井無軌膠輪車阻車系統(tǒng)研制與應(yīng)用[J].煤礦開采，2014，19(6)：41-43.

TD562

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1006-6225(2014)06-0041-03