平煤股份八矿运输四队 河南周口 467000
摘要：我国煤矿实际井巷布置中，采区上、下山等准备巷道以及倾斜长壁工作面的回采巷道，多采用斜巷轨道运输来满足生产运料需求，而斜巷轨道极易发生绞车断绳、跑车等事故，严重威胁着井下运输人员的安全。对此，相关规程及标准明令要求，斜巷必须设置“一坡三挡”，防跑车装置即为其中之一。
关键词：斜巷运输；防跑车装置；安全性；斜巷机械式式
引言
矿井运输系统中，矿车主要负责井下施工所需材料的运入和矸石及其他废弃物的运出，矿车运输具有较强的适应性和承载性，且维护费用低。但其受运输条件恶劣、单车运量小、运输频繁等不不利因素的影响，易出现运行事故，特别是对于大角度倾斜巷道而言，如发生跑车情况，轻则造成设备损坏，重则导致人员伤亡，因此在斜巷运输过程中必须安装防跑车装置进行有效拦截，减少事故损失。为了对跑车进行有效拦截，某煤矿针对矿井斜巷运输的实际情况，利用废旧材料，通过反复试验和改进，最终设计完成了一款斜巷跑车防护装置，应用效果良好。
1斜巷机械式式防跑车装置
它的传感器是摆杆式的，摆杆的安装高度是以矿车的高度而设计的。正常运行的矿车打到摆杆的长度约100mm。当正常行驶的矿车打到摆杆后，其动能不至于使挂钩脱扣，挡车栏不动作。如果车辆的速度达到一定值时，摆杆的动能增大，使挂钩脱扣挡车栏下放，起到挡车的作用。这种装置虽然也起到了一定的作用，但斜巷机械式控制响应速度慢，受运输车辆的高度不同（如平板车、材料车等）、动作不可靠等因素的影响，难以防止以下几种跑车事故的发生：（1）当安装或撤除工作面时，由于所运输的设备高度一般都大于防跑车装置的高度，必须把防跑车装置的摆杆拆除后才能提升，此时的防跑车装置失去了挡车的作用；（2）运输车辆的高度低于摆杆的高度时，如果发生跑车，下滑的车辆打不着摆杆，防跑车装置也不起作用；（3）车辆的滑行速度达不到防跑车装置的动作速度时，其装置不动作，也起不到挡车的作用。而且挂钩处的光洁度对其动作的灵敏度影响很大，光洁度过高就经常误动作，造成正常速度运行的车辆脱轨，增加不必要的工作量。光洁度太低，当发生跑车时，挡车装置就有可能不动作，从而危及工作人员的安全，造成严重的后果。
2 斜巷机械式防跑车装置设计应用
2.1结构的设计
设计的跑车防护装置分为两部分，具体如下：1）防护栏。防护栏为长方形框架，长、宽分别为2m和1.5m，框架有规格50的角铁焊制，其上以200mm为间距吹出直径20mm的圆孔，且上下左右对称分布。在利用直径18.5mm的钢丝绳自圆孔内穿入，编织为网格状，其正交处互相错压，在错压位置使用同样规格的钢丝绳和卡扣固定。每段钢丝绳穿过圆孔后截断，使其相互独立且利于维护，钢丝绳穿过角铁后使用同样规格的钢丝绳和卡扣固定。在框架一端焊接两个铰支座，间距800mm，铰支座厚度15mm，且带有两个直径35mm的圆孔。在巷道顶梁上焊接两个相同规格铰支座，间距760mm左右，防护栏和巷道顶梁上的铰支座采用钢制销柱进行连接，长850mm，销柱两端打开口销。2）撞击引导装置。撞击引导装置底座为两根1.8m方钢，两端焊接长方形钢板，方钢间距30mm。方钢一端200mm处施工一个通孔，其中铰接一根长1.5m的可自由转动的撞杆，方钢另一端200m处也施工一个通孔，装上机关挂钩，在撞杆受到外力撞击时能向后转动，并碰撞机关挂钩尾部。防护栏与机关撞钩间采用6mm直径的钢丝绳进行连接，在防护栏上安装改变钢丝绳方向的导向轮，见图2-3。失控的矿车撞击跑车防护装置时速度可能较高，因此防护网与撞杆的距离必须大于计算的最小安全距离，确保矿车撞击撞杆后到达防护网时，防护网能够全部打开。
2.2阻车立杆
阻车立杆的顶部为550mm×550mm×20mm废旧钢板，钢板中心处、距钢板两边各50mm处，分别预设3个锚杆孔，用来将阻车立杆顶部的钢板锚固于巷道顶板，钢板中心应位于运输斜巷轨道中心线上；在钢板中心两侧190mm处，各焊接一个300mm×300mm的侧护板，在两个侧护板上预设直径为23mm的圆孔，用来悬吊阻车立杆，阻车立杆由原保险梯改制而成，规格为250mm宽×2000mm长，用穿销将阻车立杆固定，其长度可根据运输斜巷的实际高度及坡度确定，一般以接触到道轨上面为准。
2.3基于土壤最佳插入角度的制动爪结构设计
现有防跑矿车和防跑人车上常用的制动机构为插爪，当发生跑车时，插爪在重力作用下插入枕木或底板面阻止矿车继续下滑。但在制动过程中，插爪可能会顶起车身，导致矿车出现翻转，从而脱轨。针对插爪结构存在的缺点，本文在现有勾爪的基础上设计了一种新型制动爪。与插爪相比，新型制动爪前端为一弯勾，因此工作原理明显不同，插爪主要是向前插入枕木或底板中阻止矿车继续下滑，而制动爪是从后勾住枕木以阻止矿车继续下滑，因此发生顶起车身出现翻转的情况将大大减少。由于在实际工况中，枕木大部分埋于地下，露出地面的部分比较少，因此，为了使制动爪在落下后能够抓住枕木，必须先插入土层，然后在矿车的拖动下，抓住枕木，阻止矿车继续下滑。土的切削是一个很复杂的过程。土在楔形刀具的压力作用下受到挤压和剪切而开始变形，当压力继续增大，土体的原始结构被破坏，土块或土层被切离。现有切削装置可归纳为两种基本形式，即刀型切削装置和斗型切削装置。刀型切削装置为各种形状和尺寸的刀片，工作时刀片下缘进行切削、碎土堆积刀前；斗型切削装置是各种形状的铲斗，斗的前缘或装斗齿或成弧行，工作时斗齿或刃口削取土，碎土大部装入斗内。
2.4 智能式防跑车装置的优点
（1）系统具有车位距离数字显示、故障部位显示、跑车声光报警；（2）具有自动、手动功能，并且能方便的进行切换；（3）具有提升机脱机、联机功能，通过操作主控箱上的按钮进行切换；（4）具有跑车及故障触点与绞车联锁；（5）采用三菱PLC可编程序控制器、旋转编码器，提高了系统的可靠性；（6）正常情况下各道挡车栏均处于常闭状态，增加了装置的可靠性；（7）本装置具有安装、维护方便等特点。
2.5冲击动力学理论及ANSYS/LS-DYNA简介
制动爪结构的碰撞一般发生在几毫秒到几十毫秒内，碰撞过程中制动爪和挡块等结构在惯性载荷的作用下发生大位移、大转动、大变形的接触碰撞，具有几何非线性、材料非线性等多重非线性特征，属于非线性冲击动力学问题。下面简单介绍一下冲击动力学相关理论及处理软件ANSYS/LS-DYNAo1）冲击动力学基本理论冲击是系统受到瞬态激励时，其力、位移、速度或加速度发生突然变化的现象。冲击是振动的一种特殊状态，具有自己独特的特点：（1）瞬时强载荷、大变形、高应变率；（2）作用时间短，结构惯性影响不可忽略；（3）结构大变形引起几何非线性现象。冲击碰撞问题涉及的过程一般需要用弹塑性力学进行描述，采用的材料本构关系，是包含有线性和非线性微分方程的封闭方程组，同时根据具体情况有不同的初始条件和边界条件。这些方程只有在极其简化的情况下才可以得到解析解，而简化方法只有在极少的情况下可行，一般情况下过多的简化都会导致误差过大。
结语
斜巷机械式式防跑车装置在斜巷中的设计应用，改变了伯方煤矿原有防跑车装置维修材料成本、人工维护成本高的问题，增加斜巷运输过程中防跑车的安全性，保证了运输作业人员的人身安全，具有很好的推广应用价值。
参考文献：
［1］蔡云领，赵帅.防范煤矿斜巷提升运输事故的对策［J］.能源与环保，2019（12）：17-23.
［2］侯相聪.井下斜巷轨道运输事故原因与防范措施［J］.斜巷机械式管理开发，2019（1）：254-256.