斜井跑车防护装置能量计算

斜井跑车防护装置能量计算

摘要：针对煤矿斜井运输中发生的跑车事故，分析了跑车事故发生时产生的冲击能量，对跑车防护装置吸收冲击能量的能力做出了分析计算，对煤矿跑车防护装置的选型计算有一定的指导意义。

关键词：跑车防护装置；斜井；能量计算

斜井运输是煤矿运输的重要环节，斜井跑车事故是较为常见事故，一旦发生钢丝绳断绳或脱钩等跑车事故，就可能造成设备损坏、中断斜井运输等经济损失，严重时还可能造成人员伤亡。《煤矿安全规程》第三百七十条明确规定：“倾斜井巷内使用串车提升时必须遵守下列规定：（一）在倾斜井巷内安设能够将运行中断绳、脱钩的车辆阻止住的跑车防护装置。……”目前，煤矿使用的跑车防护装置种类较多，本文主要针对目前应用比较广泛的柔性跑车防护装置吸收冲击能量的大小做出分析计算

1、防护装置的形式柔性跑车防护装置为常闭型，该装置一般由PLC控制器、传感器、吸能器、执行机构及挡车栏等组成。原理图如下所示：

正常情况下跑车防护装置为常闭状态。①当矿车下行时，前后轮经过“SA”传感器，“SA”感应到两个信号经PLC判定为矿车正常行驶速度时，PLC将发出命令让执行机构将挡车栏提升，让矿车通过。当矿车下行越过传感器“SC”后，传感器“SC”将发出矿车下行通过挡车栏信号,PLC控制器将控制电机反转进行下放挡车栏。②当矿车上行经过轨道传感器“SC”时，轨道传感器“SC”将发出矿车上行通过信号，PLC电控箱控制上提挡车栏，让矿车通过。当矿车上行越过传感器“SA”后，传感器“SA”将发出矿车上行通过挡车栏信号,PLC控制器将控制电机反转进行下放挡车栏。③若矿车速度超出正常运行速度时，PLC不动作，挡车栏保持放下的位置即常闭状态，对矿车有效拦住，保障了巷道下部设备和人员的安全

2、跑车防护装置吸收能量计算跑车防护装置吸收能量计算跑车防护装置吸收能量计算跑车防护装置吸收能量计算现结合上述跑车防护装置，对其吸收冲击能量的分析计算如下：根据能量守恒定律，矿车在井筒内任意一点发生跑车事故，到矿车被跑车防护装置拦下所发生的能量变化为：矿车在发生跑车事故点的动能（即矿车正常下放的最大动能）与矿车被拦下，所经过斜坡长度矿车势能减少的和应该等于矿车在轨道上摩擦损失的能量与跑车防护装置吸收能量的和，公式如下：

1/2mv2+mgLsinα＝E+mgLcosα……………………………………⑴式中：

L——从跑车开始到矿车被挡车栏拦住所经过斜坡长度单位：m m——发生跑车的矿车或串车质量单位：kg

E——跑车防护装置吸收能量单位：J α——斜坡轨道的倾角单位：°μ——矿车或串车运行阻力系数取μ=0.015 g——重力加速度取

g=9.8m/s2

v——矿车最大运行速度单位：m/s 假设某井筒倾角α＝25°；矿车正常运行最大速度为v＝5 m/s；提升串车为1.1m3 600轨距固定式矿车（质量为：610kg）5辆，则串车装满矸石总质量约为m＝1.6×1.1×5＝11850kg，由于断绳而发生跑车时经过的斜坡长度为L＝100m。计算柔性挡车栏应吸收的能量。现将公式⑴整理变形为：

E＝1/2mv2+mgLsinα-mgLcosα

将上述假设参数带入公式⑵，求得跑车防护装置所要吸收的能量为E≈5054412 J。跑车防护装置一般有两个吸能装置，则每个吸能

器应该吸收的能量为E1≈2527206 J 。 现在通过煤安认证拥有煤安标志的跑车防护装置生产厂家所生产的吸能器的吸收能量一般在1.0～1.4MJ 之间，远远满足不了E1≈2527206 J 的要求。如果按E1＝1.4MJ 反算斜坡长度，即E ＝2.8MJ ，其余参数依然按上述假设条件，将公式⑴整理变形为：

L ＝

）

（ααcos -sin mg mv 2

1-2

E

可得出L ≈58m 。假如有一条300m 长的井筒，每隔58m 设一道跑车防护装置，那么整条井筒就需要设置5套跑车防护装置，不仅提高了成本，而且增加了失效点，降低了可靠性，不符合现场的实际要求。而且随着自动化综采设备运用越来越广泛，液压支架、采煤机等大型设备也越来越重，很多提升的物料已经远远超过了m ＝

11850kg ，使跑车防护装置的布置更加困难。 为了使跑车防护装置在井筒内布置的合理，又满足吸能器E ＝1.0～1.4MJ 要求，只能减小矿车下放速度、减小串车总质量或减小斜坡轨道倾角。但这样做往往会减少副井提升能力或增加矿井的初期投资。 重庆联创煤业有限责任公司兴隆煤矿副斜井斜长532米，倾角25°，一次提升1t 矿车5辆。其防跑车装置布置形式即按上述方式。虽然自投产以来运行行良好，但是影响了矿井的提升能力

3、跑车防护装置布置方案探讨

市场上现有的各种跑车防护装置产品原理上能防止跑车事故。但是对于冲击能量大于3MJ （一套跑车防护装置含两个吸能装置）的跑车事故是无能为力的。基于上述分析，笔者认为如果把跑车防护装置和制动矿车联合使用会收到较好的效果。 所谓制动矿车有两种结

构形式：一种是直接在每辆矿车底盘上都安装制动装置，当矿车正常运行时，矿车性能与普通矿车一样，一旦超速，通过装在矿车上的制动装置卡住钢轨以吸收能量，实现制动。另一种是在矿车组的前面再加一辆制动车，正常运行时制动车不起作用，当发生跑车事故时，制动矿车起作用，实现吸能制动。制动矿车可以实现矿车的及时抓捕，对设备冲击小。联合布置后，跑车防护装置只布置在井上、下变坡点处。其中布置的井口的主要防止井口没有挂好就将矿车推下斜巷造成的跑车，此时矿车的速度比较小，所以对跑车防护装置的吸能量要求低。布置在井底的主要防止矿车在井筒中发生跑车，但制动矿车没起到制动作用时的跑车事故。对于距离比较短或倾角比较缓的斜井，可以按上述方式在井口及井底各布置一套即可。对于长距离或倾角大的斜井，建议在井筒中部增设一套，或者在井底连续布置两套跑车，以便有效的起到拦截跑车的作用。上述布置方式减少了跑车防护装置的数量，能够及时的阻止跑车事故，但是增加了制动矿车，提高了使用及维护成本。

4、结语

斜井跑车防护装置是斜井运输中必不可少的安全设施之一，但现在大部分厂家所生产的跑车防护装置吸收跑车能量有限，为了使斜井跑车防护装置布置合理，尽可能减少在井筒中的个数，确保斜井提升的安全性和可靠性，设计和研制更大吸收能量的跑车防护装置势在必行。