新型斜巷防跑车安全保护装置的研制与应用

新型斜巷防跑车安全保护装置的研新型斜巷防跑车安全保护装置的研 制与应用制与应用 一 项目背景 据有关统计资料表明 大屯矿区自建矿至今 斜巷运输的 事故死亡人数占死亡总人数的 37 96 分析其原因都是由于断 绳 脱钩等造成跑车事故而致 大屯矿区现有的斜巷挡车装置 有两种 一种是矿井采区主要斜巷运输巷道中使用的 src 102 型雷达挡车器 该挡车器存在监控范围小 斜巷变坡点向下只 有 30 50 米 成本高 一套高达 80000 多元 产品本身内 部系统结构复杂 操作程序繁琐 导致机械本身故障率高 等 缺点 另一种是矿井采区内部辅助斜巷中及上下山施工过程中 使用的门式挡车器 为满足车辆撞击时的强度要求 门式挡车 器安全门的门轴 门柱及横档均采用的是 11 工字钢 或不低 于该工字钢强度的钢轨制作 因此该挡车器存在横档重量大 横档与门轴 门柱相互之间摩擦力大 现场不便于操作等缺点 不能为现场职工正常使用该挡车器提供物质保障 导致该挡车 器在现场得不到正常使用 二 概述 我们本着造价成本低 能全过程监控斜巷中的车辆运行状 况 产品本质安全 性能稳定可靠等原则 经过现场不断的摸 索 演练和反复的推理 计算 自行设计研制了一种新型的斜 巷跑车防护装置 鼠式挡车器 它由鼠式装置及吸能装置两 部分构成 该挡车器可在斜巷变坡点向下每 100 米范围内安装 一套 不仅能够避免斜巷运输过程中 任何一个地点由于断绳 脱钩等造成跑车事故的发生 对车辆在斜巷中的运行状况进行 全过程监控 而且造价便宜 安装方便 本质安全 性能稳定 可靠 三 工作原理及强度验算 1 鼠式挡车器捕车速度的确定 鼠式挡车器为常开式挡车装置 工作方式为连续工作 从 鼠式挡车器在斜巷的安装示意图中可以看出 矿车运行过程中 来回均要撞击制动杠杆 l 但要想使联接装置摆杆钩上的牵引钢 丝绳脱开 挡车网落下拦截车辆 杠杆 l 最少所需克服的重力 势能为 ep mlgh 式中 ml 杠杆 l 的质量 千克 g 重力加速度 g 9 8 m s h 杠杆 l 上升的有效高度 米 即 ep ml 9 8 1 65 8 08ml 忽略空气阻力和撞击时的能量损耗 根据机械能守恒定律 ep ml gh ml v 8 08ml 即捕车速度 v 4 0m s 从上面的计算结果可以看出 矿车在正常运行状况下 v 4 0m s 制动杠杆 l 不能撞击到鼠式挡车器中的联接装 置 m 使挡车网落下拦截车辆 但只要当 v 大于 煤矿安全规 程 中规定的斜巷矿车最大运行速度 4 0 m s 时 制动杠杆 l 就 会剧烈撞击联接装置 m 使挂于联接装置 m 摆杆钩上的挡车牵 引钢丝绳脱开 挡车网落下拦截车辆 2 鼠式挡车器动能吸收装置的强度计算 2 1 作用于挡车网上冲击力 p 的强度计算 串车与挡车网相撞 按一辆矿车相撞的情况计算作用于挡 车网上的冲击力 这是目前计算冲击力时广泛采用的办法 其 理论基础在于 组成串车的矿车是以连接环相连接的 属于软 连接 串车加速运行时 连接环是拉紧的 当第一辆矿车于挡 车网相撞的 t 时间内 第二辆矿车由于矿车之间的间隙尚未撞 击到第一辆矿车 或者说 第二辆矿车撞击第一辆矿车的瞬间 第一辆矿车于挡车网的撞击过程已经完成 同理 后一辆矿车 撞击前一辆矿车时 前一辆矿车的撞击过程也已经完成 因此 无论矿车数为多少 均以一辆矿车的冲击力为计算依据 p kq n 式中 q 重车作用在挡车网上的静力 n q q q1 sin cos g q 矿车自重 kg 取 q 640 kg q1 矿车载重 kg 取最大值 q1 1800 kg 斜巷倾角 取 20 钢轨与矿车之间的滚动磨擦系数 取 0 01 q 640 1800 sin20 0 01cos20 9 8 7953 23n k 动载荷系数 k 1 1 vk2 g 1 2 vk 撞击挡车网时的矿车速度 煤矿安全规程 中规定 在斜巷运输过程中 矿车的最大速 度不应超过 4 0 m s 鼠式挡车器在斜巷中每 100 米范围内安装一 套 因此 vk 的最大值为 vk 4 gt t 矿车断绳或脱钩后到达挡车网处所需的最大时间 s 因为 100 4t 1 2gt2 t 4 128s 所以 vk 4 9 8 4 128 44 45 m s 矿车碰头的弹性变形 m g 1 型矿车为双列螺旋弹 簧钢碰头 其弹簧钢度 k 529 2 103n m q k 7953 23 529200 0 015m k 1 1 44 452 9 8 0 015 1 2 116 93 p kq 116 93 7953 23 0 93 106n 2 2 动能吸收装置的强度计算 1 24 6 24 mm 钢丝绳挡车网的强度计算 一根 24 6 24 mm 钢丝绳破断拉力总和为 40950kgf 挡车网采用了四根 24 6 24 mm 钢丝绳 因此 挡车网的 破断拉力总和为 1 61 106n 2 吸能装置安装基础的强度计算 20 2000mm 螺纹钢树脂锚杆的最大锚固力为 15 吨 根 安装基础采用了 12 根 20 2000mm 螺纹钢树脂锚杆 因此 吸能装置安装基础能承受的最大拉力为 1 76 106n 2 3 结论 从上面的计算结果可以看出鼠式挡车器动能吸收装置能承 受的最大拉力远远大于作用在挡车网上的冲击力 p 因此 鼠 式挡车器动能吸收装置的强度完全符合安全要求 四 安装 鼠式装置的安装采用 4 根 20 2000mm 螺纹钢树脂锚杆 将其固定于轨道中心正上方的巷道顶板上 并保证鼠式装置为 水平 为使所拉物体能够顺利通过 鼠式装置的吊挂高度距永 久轨面不得小于 2 2m 具体情况详见鼠式挡车器在斜巷中的安装 示意图 挡车网在巷道底板上的固定方法为 一边用 6 根 20 2000mm 螺纹钢树脂锚杆 将焊有底座的 159 钢管 长 度为 1m 底座的钢板厚度为 10mm 固定在浇灌好的混凝土基 础上 混凝土基础深度 1 m 距轨道的安全距离 0 7m 轨道 两边各一个 另外 为缓冲矿车对挡车网钢丝绳的冲击力 可在 159 钢管内装置一个弹性较大的钢性弹簧 最后用四个 26mm 圆保卡子将穿过钢管的钢丝绳一端卡牢 挡车网在巷道顶板上的吊挂方法为 首先在鼠式装置下方 的巷道顶板上安装一定滑轮 然后用一段 1 19 9 的钢丝绳通过 定滑轮将挡车网拉到巷道顶板上 此段 1 19 9 钢丝绳的另一端 挂于鼠式挡车器联接装置 m 的摆杆钩上 为保证牵引机构的受 力平衡 此段牵引钢丝绳应平行于斜巷中线 最后再用一段 1 19 9 钢丝绳将挡车网于巷道顶板相联 这样当联接装置 m 摆 杆钩上的牵引钢丝绳脱开后 此段钢丝绳将自动把挡车网中的 四根 24 6 24 mm 钢丝绳分开 间距为 200mm 并下放 至轨面上 0 3m 的位置拦截车辆 五 实施实例及效果 鼠式挡车器已在上海大屯能源股份有限责任公司孔庄煤矿 i6 6 人行下山及轨道下山 1 人行暗斜井 375 轨道暗 斜井等五条斜巷中成功应用 安装后有效的保证了车辆的安全 运行 为矿井的安全生产提供了有利保障 六 使用时的注意事项 1 为确保鼠式挡车器的正常使用 必须对其每周不少于两 次的全面安全检查 发现问题及时处理 2 鼠式装置中的制动杠杆 l 严禁人为摆动 联接装置 m 严禁人为抬起 以防机构脱扣 挡车网动作造成事故 3 斜巷轨道运输高度不得超过 2