大倾角超长斜巷双轨道智能鉴定课件.ppt

各位专家：参加“大倾角超长斜巷双轨道智能捕车系统研究与应用”项目鉴定徐州矿务局张集煤矿课题组 徐州矿务集团张集煤矿大倾角超长斜巷双轨道智能 捕车系统研究与应用 2009年11月18日- 致鉴定委员会概述在斜井运输中，由于超载、失修、误操作等原因， 发生提升车辆断绳、脱钩现象，使运行中的车辆沿斜井 巷道向下的加速运动为斜井跑车，即斜井放大滑事故 许多跑车事故是因为斜巷信号把钩工个人行为不规范造 成的，多为职工违章蛮干或是图省事怕麻烦造成的经过多年努力，斜巷安全防护得到了改善，但仍存 在着许多不安全因素，如各种安全防护设施不齐全，斜 巷防跑车设施多为人工操作，存在着人为因素、可靠性 较差，始终制约和影响着煤矿运输安全由于斜巷防跑 车安全设施不科学、自动化程度不高跑车后存在检测 、控制不灵，无法及时有效地拦住跑车，致使跑车事故 时有发生；概述张集煤矿现有开采水平的煤炭储量已经基本枯竭，现 正向-1260水平延深为了保证矿井接续，该矿采用三 条开拓下山同时延深，所有排矸量全部由-700延深轨道 下山承担为了保证-700延深轨道下山安全运输，解决 斜巷的防跑车问题，消除斜巷运输安全隐患，该矿组织 有关技术人员进行技术攻关。

成功研制出“大倾角超 长斜巷双轨道智能捕车系统”2008年3月，该系统在- 700延深轨道下山安装使用，经实践检验，该系统能够 实现各种设定功能，效果良好，且设备无损坏情况使 张集矿三条延深下山开拓进尺月产水平明显提高，安全 效益、经济效益十分明显 研制目标2008年2月，根据-700延深轨道下山承担张集矿 三条延深下山全部排矸任务，为了提高排矸效率，准 备在-700延深轨道下山安装 3.5米液压提升机的现实 情况，轨道下山原来安装的安全门必须进行改造课 题组在大量调研和收集资料的基础上， 提出了“大 倾角超长斜巷双轨道智能捕车系统” 初步改造方案 ，并通过了方案论证研制目标“大倾角超长斜巷双轨道智能捕车系统改造”是针 对斜巷防跑车安全设施不科学、自动化程度不高跑车 后存在检测、控制不灵，无法及时有效地拦住跑车和拦 住跑车后多造成车辆及安全门损坏，直接影响矿井安全 生产和经济效益的提高等问题而提出这是从加快矿井 开拓延深进度，保矿井生产接续，延长矿井服务年限， 建立本质安全型矿井而实施的重大技术改造项目智能捕车系统研制主要由矿用隔爆型可逆电磁起动器、隔爆型三 相异步电动机护套通信电缆、煤矿用移动橡套 软电缆、位置传感器、防跑车挡车装置用控制 箱、旋转脉冲编码器、防跑车挡车装置用状态 报警显示器、电动收放绞车、钢丝绳柔性挡车 栏、吸能器组成。

系统组成智能捕车系统示意图 工作原理智能捕车器系统用挡车栏与收放绞车 、控制系统配套使用，当矿车正常提运时 挡车栏正常升降当发生跑车时，矿车冲 击挡车栏，缓冲器缓冲 0.3~10m 后矿车 被可靠拦住结构特征智能捕车系统用挡车栏由两个缓冲器、挡车栏和 钢丝绳组成缓冲器为板式吸能器； 挡车栏网由四 根6×37+FC-24 钢丝绳组成分别穿入四根钢管内，且 钢管固定在挡车栏门上，钢丝绳抗拉强度 1770MPa长 约130m；把这四根钢丝绳两端分别放入两个缓冲器四 个槽内用力矩扳把压板压紧，确保缓冲器外每根钢丝 绳留10m 尾绳作缓冲用；另外用50只绳卡固定尾绳， 即在钢丝绳尾绳离缓冲器5m、6m、7m 处每处1只绳卡 卡住单根钢丝绳，在8m、9m、10m 处每处1 只绳卡卡 住相邻两根钢丝绳 智能捕车器主要参数额定电压AC127V钢丝绳类 型6×37+FC -24 电机电压AC380V/660V传感器电压DC12V电机功率3KW传感器检测距 离5mm适用巷道最大倾角30°工作方式常闭式最大抗冲击能量1.44MJ挡车栏 提升时 间3s-5s最大制动力144KN挡车栏外观尺 寸根据实际情况确定最高矿车运行速度5m/s挡车栏类 型普通型缓冲距离0.3m～10m基本功能介绍位置传感器采集信号根据国家安标中心有关规定，“常闭式”智能捕车器应采用位置传感器（接近开关、轴编码器等）作为传感元件，用于接收与提升绞车同步运行的信号，根据现场的实际情况，位置传感器可在绞车深度指示器、绞车输出轴、绞车滚筒等处选择合适的一处进行安装。

常闭”式防护功能在无矿车通过时，智能捕车器的挡车网处在“常闭”状态，使整个运输巷道处于封闭状态，起到跑车防护作用，保证全断面捕车；在有矿车通过并接近挡车网时，挡车网自动提起，矿车经过后，挡车网自动落下，再次进入“常闭”状态缓冲”式拦截功能当因断绳、脱钩而发生跑车后，矿车被常闭式拦车网拦截，挡车网随车下行，缓冲钢丝绳被抽出，将矿车具有的动能逐渐转化成缓冲机构的热能，使矿车减速以至最后停下来，实现缓冲拦截，将矿车的损伤程度降到最低，同时挡车拦处的传感器将该情况传输至状态报警显示器，由状态报警显示器发出声光报警信号 故障自动监测功能该智能捕车器的电控系统设置了多处故障检测回路， 对于机械方面可能出现的故障（比如电机、减速机、提 升钢丝绳等的机械故障等），以及电气方面的故障（比 如因元件老化或线路受潮而造成的电气故障），均可做 到实时监控，并在发现故障后立即触发报警电路，通知 绞车操作人员立即停车进行排查该系统紧急情况的报 警电路与提升机回路实现闭锁，出现紧急情况时，提升 机实现自动紧急制动 故障代码显示功能故障检测回路检测到设备故障后，采用PLC 控制时，将以故障代码的形式在数码显示屏上有效显示。

运行状态显示及声光报警功能状态报警显示器为柜式结构，安置在绞车司机工作台 附近在斜巷提升系统正常运行时，可以显示矿车运行 到了第几台智能捕车器、每台智能捕车器的工作状态是 否正常等重要信息，在出现设备出现机械故障、电气故 障或跑车拦截等情况时，状态报警显示器将第一时间发 出声光报警信号，通知绞车司机和调度室人员采取相应 的措施 挡车拦提升机构可靠锁定电动型挡车拦提升机构将挡车网提起后可实现长期可靠锁定，以满足过人车、过检修人员等情况的需要 提升保险功能提升机构采用提升钢丝绳来提升挡车栏，提升钢丝绳上设有提升保险，在挡车栏拦截跑车时，提升保险同时断开，确保提升钢丝绳不会将固定在巷道顶板的提升机构拉坏，最大限度地降低了设备损坏 反向自动迫开功能挡车栏采用反向自动迫开设计，在向上提车时，如挡车拦未正常打开，一般情况下，挡车网可自动被迫打开以使矿车通过，不致于将挡车网拉坏手动、自动转换功能在过人车或检修人员通过等情况时， 按下提升按钮，挡车栏提起并被可靠锁 在“常开”状态，设备进入手动控制运行模 式 人车或人员通过后，再次按下降落 按钮，挡车栏落下，进入“常闭”状态，同 时设备再次进入自动控制运行模式。

巷道距离及车位距离显示功能利用安装在绞车滚筒处的位置传感器或安装在绞车输出轴处的轴编码器，可有效计算当前巷道距离及当前车位所处距离并通过数码显示屏实现有效显示 故障自动监测及故障代号显示通过各套线路和传感元件对各个部件作了完备的监控，出现故障后将以故障代码的形式在数码显示屏上有效显示传感器及挡车拦动作模拟显示各处传感器的工作状态、挡车栏的起落状态可在数码显示屏上有效显示图像监控功能该系统配有监控系统，巷道内安装矿用隔爆型监控摄像头，在绞车房采用多画面工业显示器显示，有效观察防跑车装置的运行及过车情况设计与校核计算αSL挡车网挡车栏示意图钢丝绳选择设矿车重12.05吨，坡度α为21°，设变坡点至挡车网距离为L，且矿车 撞到挡车栏后矿车又向前移动距离S后被挡车栏可靠挡住 设矿车与轨道间的摩擦系数μ为0.015，m＝12.05×103kg 缓冲器允许冲击动能为：E=1.44MJ 根据斜坡长度计算公式： L=E/mg（sinα-μcosα）=35.47m 设矿车撞击时瞬间的速度为v，则E =mv2 V=15.46 m/s 设矿车制动减速度为a，矿车碰到钢丝绳后向前移动距离S=5米后停止， 则a=-v2/2s=15.462/2×5=-23.9m/s2 设钢丝绳总拉力FS,根据动能定理：FS·S＝E = 1.44×106/5=288KN 则每只吸能器的制动力为144KN,每根钢丝绳的拉力为F= 288/8=36KN 6×37 -φ24钢丝绳最小破断拉力F min为342.4 KN 安全系数S=342.4/36=9.5 故采用6×37- φ24钢丝绳是安全的。

压紧螺栓取钢丝绳与压板间的摩擦系数为0.1 压板上所需正压力N= F/μ= 36/0.1 =360KN 采用图所示结构，有3个压板，18个螺栓组成故每个 螺栓上的受力：Q = N/18 =360/18 =20KN 螺栓M24，d1=20.75mm σ=80MPa 螺栓等级6.8，σ=600 Mpa，安全系数S=2.5 许用应力［σ］= =240 MPa σ＜［σ］ 故采用M24，18个螺栓 螺栓上须加的拧紧力矩 F≈0.2Q·d=0.2×20×103×24×10-3=100（N·m）压板图压板强度校验弯矩M=Q×L1×2=2×20×103×24×10-3=998.4 N·m 截面系数W= 112×402=29866.6×10-9 弯曲应力σ=33.42MPa 普通碳素钢Q235，屈服极限=255 MPa 许用弯曲应力［σ］= =85 MPa Q＜［σ］ 由此可见缓冲器设计合理缓冲器安装缓冲器安装在变坡点下方，根据缓冲器所承受最大冲 击动能及跑车质量设为12.05吨，初速度为v0=5m/s,挡 车栏的安装位置根据公式E=1/2mv02+mg（sinα-0.015cosα）L，得出L的参数如表2所示 E(MJ)L(m) am12341.4412.05吨351606207703.05吨80067021060采用逐级防护安装挡车栏时，确定挡车栏距离不要超 出表中对应的L理论值，对于较长的巷道应采用安装多 道挡车栏来保证本装置的可靠性。

根据绞车运行速度为 1.5m/s-3 m/s,将第一道挡车栏开启的提前量设为30m, 第二、三、四道挡车栏开启的提前量设为60m,则四道挡 车栏开启距离设置参数如表3：挡车栏 序号1234固定滚筒距离 (m)5~60100~220560~680715~815游动滚筒距离 (m)825~750730~610270~150115~15缓冲器安装两缓冲器安装以轨道中心对称,中心距离根据≥2m，缓冲器 底板与地平面平且与巷道平行挡车栏门安装在缓冲器下方 5m.处，挡车栏门通过挂脚固定在槽钢上，槽钢高度≥2.2m， 槽钢两端埋入巷道深度应不小0.5m挡车网由四根长约130m钢 丝绳组成分别穿入四根钢管内，且钢管固定在挡车栏门上，把 这四根钢丝绳两端分别放入两个缓冲器四个槽内用力矩扳把压 板压紧，另外确保缓冲器外每根钢丝绳留10m尾绳作缓冲用； 共用50只绳卡固定尾绳，即在钢丝绳尾绳离缓冲器5m、6m、7m 处每处1只绳卡卡住单根钢丝绳，在8m、9m、10m处每处1 只绳 卡卡住相邻两根钢丝绳智能捕车器用挡车栏安装示意图如图 4、图5所示，缓冲器基础见图6所示缓冲器安装挡车栏安装示意图挡车栏安装示意图每根钢丝绳穿过钢管后固定在挡车门上10 m5m1m1m1m1m1m绳卡共50只缓冲器基础见图控制部分智能捕车器用旋转脉冲编码器作为测距传感器，编码器 每转一周发出200个脉冲信号，智能捕车器电控箱内用 PLC作为控制核心，电控箱接收旋转编码器发出的脉冲 信号并进行监测、计算、判断发出信号来控制外部执行 机构。

当编码器旋转时，PLC接收编码器旋转发出脉冲 并进行计数，PLC根据计数的结果转换为提升机的旋转 角度和方向，从而判断出矿车所在的位置和运行方向并 输出控制信号智能捕车器采用日本进口旋转脉冲编码 器、进口三菱PLC模块，大大提高了系统的抗干扰能力 ，具有很高的可靠性和灵活性并可根据实际进行功能扩 展操作方法（1。