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制与应用勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01斜巷运输安全现状与装置必要性02防跑车装置概述与分类03新型装置的研制背景与设计原则04新型装置结构组成与工作原理CONTENTS目录05关键技术参数与强度验算06装置安装规范与工艺流程07应用实例与效果评估08操作维护与安全管理要求01斜巷运输安全现状与装置必要性斜巷运输事故统计与风险分析斜巷运输事故占比数据据统计，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%，其中跑车事故是导致死亡的主要原因。传统装置应用缺陷现有斜巷挡车装置存在监控范围小（如src102型雷达挡车器仅30-50米）、成本高（单套8万余元）、操作繁琐、故障率高，或结构笨重（如门式挡车器采用11#工字钢）、摩擦力大等问题，导致现场难以正常使用。跑车事故致因分析斜巷运输跑车事故主要由断绳、脱钩等引发，巷道倾角、矿车运行速度、设备维护状况及人为操作失误是主要风险因素，需针对性防护。

传统防跑车装置的局限性01监控范围有限传统的SRC102型雷达挡车器监控范围小，斜巷变坡点向下仅30-50米，无法实现对斜巷运输全过程的有效监控。

02成本高昂SRC102型雷达挡车器一套成本高达80000多元，对于矿井采区内部辅助斜巷等场景而言，经济投入较大。

03结构复杂、故障率高部分传统挡车器内部系统结构复杂，操作程序繁琐，导致机械本身故障率高，影响正常使用。

04操作不便、实用性差门式挡车器为满足强度要求，采用11#工字钢等制作，横档重量大，各部件间摩擦力大，现场不便于操作，导致在现场得不到正常使用。01新型装置研制的目标与意义研制目标：提升安全性与经济性旨在解决传统挡车器监控范围小（30-50米）、成本高（约8万元/套）、操作繁琐等问题，研制造价低、全过程监控、本质安全、性能稳定的新型装置。02核心意义：降低斜巷运输事故率据统计，斜巷运输事故死亡人数占煤矿总死亡人数的37.96%，多因断绳、脱钩跑车导致。新型装置可有效拦截失控矿车，减少此类事故发生，保障矿工生命安全。03应用价值：适应复杂巷道环境需求针对采区主要斜巷及辅助斜巷、上下山施工等场景，解决传统门式挡车器重量大（11#工字钢制作）、摩擦力大、操作不便等问题，为现场使用提供可靠物质保障。02防跑车装置概述与分类

防跑车装置的定义与核心功能防跑车装置的定义防跑车装置是用于预防煤矿倾斜井巷运输中矿车失控（跑车、溜车）的矿用安全设备，符合《煤矿安全规程》第370条对挡车装置的相关规范，主要应用于斜巷提升场景。

核心防护功能通过绞车电源联锁机制实现矿车运行状态的实时监测与拦截控制，常态下挡车栏保持常闭状态，遇异常超速则触发缓冲式阻拦功能，形成物理拦截与机械制动的双重防护机制。

适用领域与技术参数适用于煤矿、金属矿山、非金属矿山等所有井上或井下倾角在30度以下的单轨或双轨提升运输斜巷，抗冲击能量达2.2-2.5MJ，缓冲距离设计可避免矿车损毁。井筒固定式防跑车装置按安装位置分类：固定式与车载式安装于斜巷井筒特定位置，形成固定防护点。主要包括挡车栏和捞车器，例如在变坡点下方20米处设置常闭式挡车栏，与绞车电气联锁，常态下保持关闭，矿车正常通行时自动升降，遇跑车时触发缓冲阻拦。车载式防跑车装置安装于矿车自身，随矿车移动提供防护。核心组件为阻车器和保险绳，阻车器可通过机械或气动方式作用于轨道，防止矿车意外滑动；保险绳连接于矿车之间，增强连接安全性，避免脱钩跑车。双重防护机制协同作用井筒固定式与车载式装置形成物理拦截与机械制动的双重防护。固定式装置在关键区段（如变坡点、中部车场）构建多级屏障，车载式装置从矿车本身加强制动安全，两者结合提升斜巷运输整体防护能力，符合《煤矿安全规程》第370条要求。机械式防跑车装置按技术类型分类：机械式与电子式

依靠机械结构实现防护功能，如阻车器、挡车栏、防跑车栅栏等。常见类型包括手动杆配重系统、自锁制动机构，具有结构简单、成本较低的特点，适用于一些辅助斜巷或条件相对简单的场景。电子式防跑车装置

采用电子控制系统，结合传感器、PLC等实现智能化防护。核心组件包括位置传感器、测速传感器、缓冲吸能器等，常态下挡车栏保持常闭，通过绞车电源联锁机制实时监测矿车运行状态，遇异常超速触发缓冲式阻拦，响应更迅速、监控更精准。机械式与电子式对比

机械式结构简单、维护方便但自动化程度低，响应速度较慢；电子式自动化程度高、监控范围广、响应迅速，但结构相对复杂、成本较高，需定期维护传感器等电子元件以保证可靠性。03新型装置的研制背景与设计原则

传统挡车器存在的主要问题

监控覆盖范围有限如src102型雷达挡车器监控范围仅为斜巷变坡点向下30-50米，无法实现全程监控，存在安全盲区。

成本高昂且结构复杂src102型雷达挡车器一套成本高达80000多元，内部系统结构复杂，操作程序繁琐，导致机械故障率高。

操作不便且实用性差门式挡车器采用11#工字钢等制作，横档重量大，与门轴、门柱间摩擦力大，现场不便于操作，难以正常使用。

安全保障不足传统挡车器因上述问题，不能为现场职工正常使用提供物质保障，导致在现场得不到正常使用，无法有效预防跑车事故。

研制目标：低成本与全过程监控造价成本控制目标针对传统SRC102型雷达挡车器每套高达80000多元的高成本问题，新型装置以造价便宜为核心目标，通过优化设计和材料选择，显著降低投入成本。

全过程监控覆盖目标旨在突破传统装置监控范围小（斜巷变坡点向下仅30-50米）的局限，实现对斜巷车辆运行状况的全过程监控，可在斜巷变坡点向下每100米范围内安装一套，确保任何地点断绳、脱钩等情况都能被及时捕捉。

本质安全与性能稳定目标强调产品本质安全，通过合理的机械结构设计（如鼠式装置及吸能装置）和强度验算（如捕车速度确定、动能吸收装置强度计算），确保性能稳定可靠，适应煤矿井下复杂环境。

安装维护便捷性目标解决门式挡车器因横档重量大、摩擦力大导致的操作不便问题，新型装置设计追求安装方便、维护简单，为现场职工正常使用提供物质保障，避免因使用不便而弃用。

设计原则：本质安全与稳定可靠本质安全设计原则本质安全原则体现在装置设计中，如鼠式挡车器采用机械信号监测装置，在断绳时能迅速捕捉松绳信号，通过制动装置与制动轨道协同作用实现及时制动，从根本上避免人为操作失误引发的风险。

稳定可靠保障措施装置设计注重稳定性，如新型斜井跑车防护装置具备可靠的系统自检功能，任何元器件故障都能及时检测并语音报警；鼠式挡车器动能吸收装置强度经计算验证，承受的最大拉力远大于冲击力，确保拦截可靠。

适应复杂环境要求装置需适应煤矿井下潮湿、多尘、狭窄等复杂环境，如斜巷电动摩擦防跑车装置操作灵活、适应性强，适用于倾角18度左右巷道；所有组件选用耐用材料，如挡车栏采用11#工字钢或同等强度钢轨，保证长期稳定运行。04新型装置结构组成与工作原理鼠式挡车器的整体结构设计核心构成：鼠式装置与吸能装置鼠式挡车器主要由鼠式装置及吸能装置两部分构成。鼠式装置负责监测矿车速度并触发拦截动作，吸能装置则通过缓冲结构吸收撞击能量，实现对失控矿车的柔性拦截。鼠式装置：速度监测与机械触发鼠式装置包含制动杠杆L和联接装置M。制动杠杆L在矿车撞击时，根据撞击速度（大于4.0m/s）克服重力势能，触发联接装置M的摆杆钩脱开，使挡车网落下。其捕车速度设定为4.0m/s，确保正常运行矿车顺利通过。吸能装置：钢丝绳挡车网与弹性缓冲吸能装置采用四根24（6×24）mm钢丝绳组成挡车网，单根破断拉力总和达40950kgf，总破断拉力1.61×10⁶N。159钢管内装设弹性钢性弹簧，配合混凝土基础（深度1m）和12根20×2000mm螺纹钢树脂锚杆（总锚固力1.76×10⁶N），可承受0.93×10⁶N冲击力。安装布局：斜巷全程防护与灵活适配装置在斜巷变坡点向下每100米范围内安装一套，通过定滑轮和牵引钢丝绳（11×9-9）实现挡车网的升降控制。鼠式装置水平吊挂于轨道中心正上方顶板，距轨面不小于2.2m，确保矿车通行与拦截动作互不干扰。捕车速度确定与动能吸收装置捕车速度的确定依据鼠式挡车器为常开式挡车装置，其捕车速度需克服制动杠杆的重力势能。通过公式Ep=mlgh计算得出，当矿车速度大于4.0m/s时，制动杠杆会撞击联接装置，使挡车网落下拦截车辆。动能吸收装置的冲击力计算以一辆矿车相撞为例，考虑矿车自重、载重、斜巷倾角及滚动摩擦系数，计算出作用于挡车网上的冲击力P。当矿车断绳或脱钩后到达挡车网处的最大速度为44.45m/s时，冲击力P可达0.93×106N。动能吸收装置的强度验证挡车网采用四根24（6×24）mm钢丝绳，破断拉力总和为1.61×106N；吸能装置安装基础采用12根20×2000mm螺纹钢树脂锚杆，能承受的最大拉力为1.76×106N，均远大于冲击力P，符合安全要求。

机械触发与拦截机制详解机械摆杆式触发原理通过机械摆杆获取矿车运行速度，当矿车速度超过设定阈值（如4.0m/s）时，摆杆撞击联接装置，使挡车网落下实现拦截。

制动杠杆能量转换机制制动杠杆需克服重力势能（Ep=mlgh）触发动作，当矿车超速时，其动能转化为杠杆机械能，实现挡车机构脱钩拦截。

柔性缓冲拦截技术采用多根高强度钢丝绳（如4根24mm钢丝绳，破断拉力总和1.61×10⁶N）形成挡车网，结合弹性弹簧缓冲矿车冲击，降低拦截损伤。

双重防护机械结构井筒固定式挡车栏与车载式阻车器协同工作，形成物理拦截与机械制动双重防护，抗冲击能量达2.2-2.5MJ，适应0-30°巷道倾角。PLC控制系统与绞车联锁功能PLC控制系统的核心作用基于PLC系统构建多级防护体系，常态下挡车栏保持常闭状态，依据预设参数自动控制挡车栏升降，遇异常超速触发缓冲式阻拦功能，实现矿车运行状态的实时监测与拦截控制。绞车联锁机制实现原理通过绞车电源联锁机制，主控PLC接收绞车运行信号及矿车位置、速度等信息，当矿车正常运行至设定位置时，控制挡车栏自动升降；发生跑车时，立即切断绞车安全回路并触发挡车栏拦截。多点多挡车防护的通信方式采用PLC串行通信方式，减少信号电缆，实现多点多挡车跑车防护的集中控制。绞车房集中控制显示箱能及时准确反映和控制各挡车机构及矿车的工作情况，安装简捷，控制方便。故障安全与状态监测功能系统具备故障汉字显示功能，可实时显示挡车栏工作状态及故障部位。符合故障安全原则，任何一部分发生故障不危及安全，部分型号还具备自动/手动切换及强制解除挡车栏功能。05关键技术参数与强度验算

技术参数：倾角、抗冲击能量与缓冲距离适用巷道倾角范围防跑车装置适用于煤矿、金属矿山、非金属矿山等所有井上或井下倾角在30度以下的单轨或双轨提升运输斜巷中使用。

抗冲击能量指标装置抗冲击能量达2.2-2.5MJ，能够有效承受矿车失控时产生的巨大冲击力，保障拦截效果。

缓冲距离设计缓冲距离设计可避免矿车损毁，例如ZDC30-2.5跑车防护装置的缓冲距离为0.3m～10m，在拦截过程中起到良好的缓冲作用。挡车网强度计算与材料选择

冲击力计算依据以一辆重车（自重640kg+载重1800kg）为计算单元，考虑斜巷倾角20°、滚动摩擦系数0.01，按公式Q=(q₀+q₁)(sinα-μcosα)g计算静力，结合动载荷系数k=1+√[1+vₖ²/(gδ)]，得出冲击力P=kQ，其中vₖ取断绳后100米滑行末速度44.45m/s，计算得P=0.93×10⁶N。

钢丝绳强度校核采用4根24mm（6×24）钢丝绳组成挡车网，单根破断拉力总和为40950kgf（约401.31kN），总破断拉力达1.61×10⁶N，远大于冲击力0.93×10⁶N，满足安全冗余要求。

安装基础强度验证吸能装置安装基础采用12根20×2000mm螺纹钢树脂锚杆，单根最大锚固力15吨，总锚固力达1.76×10⁶N，可有效承受挡车网拦截时的冲击力。

材料选择标准挡车网选用高强度钢丝绳，具备柔性缓冲特性；吸能装置内置高弹性钢性弹簧，配合159mm钢管底座（10mm厚钢板）及混凝土基础（深度1m），确保拦截时的冲击吸收与结构稳定。吸能装置安装基础强度验算

锚杆选型与锚固力计算采用20×2000mm螺纹钢树脂锚杆，单根最大锚固力为15吨。安装基础选用12根该型号锚杆，总锚固力达1.76×10⁶N，满足冲击载荷要求。

挡车网破断拉力校核挡车网采用4根24（6×24）mm钢丝绳，单根破断拉力40950kgf，总破断拉力1.61×10⁶N，可承受0.93×10⁶N冲击力，安全系数1.73。

冲击载荷与基础强度对比矿车失控时最大冲击力P=0.93×10⁶N，吸能装置安装基础总承载能力1.76×10⁶N，基础强度为冲击载荷的1.89倍，符合安全设计标准。

制动性能与安全冗余设计制动性能核心参数装置额定抗冲击能量达2.2-2.5MJ，缓冲距离控制在0.3m-10m范围，可有效避免矿车损毁，适应0-30°巷道倾角工况。

多级防护冗余机制采用井筒固定式（挡车栏、捞车器）与车载式（阻车器、保险绳）双重防护，斜巷按"一坡三挡"标准布设，变坡点下方20m设常闭式挡车栏，每隔150m增设防护单元。

动能吸收装置强度验证鼠式挡车器动能吸收装置采用4根24mm钢丝绳（总破断拉力1.61×10⁶N）及12根20mm树脂锚杆（总锚固力1.76×10⁶N），远超冲击载荷0.93×10⁶N，符合安全要求。

故障安全与应急保障系统具备故障自检与汉字显示功能，任何元器件异常立即触发语音报警；挡车装置设计反向迫开能力，确保上行车辆可机械解锁故障挡车栏，防止次生事故。06装置安装规范与工艺流程

安装位置选择与间距要求上部车场关键位置上部平车场距变坡点1-2米处安装常闭式阻车器，变坡点下方略大于一列车长度位置设挡车栏，形成第一道防线。

斜巷中部防护布局斜巷长度超过100米时，每100-150米增设一道挡车装置；倾角0-30°巷道，变坡点下方20米内必须设置常闭式挡车栏。

下部车场安全设置下部车场起坡点上方10-30米处安装手动或气动挡车栏，确保失控车辆在进入车场前被有效拦截。

特殊区域补充要求掘进工作面距迎头5-10米设移动式挡车栏；甩车场道岔结束后安装阻车装置，防止车辆误入非运行区段。鼠式装置固定与锚杆施工标准鼠式装置顶板固定要求鼠式装置采用4根20×2000mm螺纹钢树脂锚杆固定于轨道中心正上方的巷道顶板，确保装置水平。吊挂高度距永久轨面不得小于2.2m，以保证所拉物体顺利通过。挡车网巷道底板固定规范挡车网在巷道底板固定时，每边使用6根20×2000mm螺纹钢树脂锚杆，将焊有底座（10mm厚钢板）的1m长159钢管固定在深度1m的混凝土基础上，混凝土基础距轨道安全距离0.7m，轨道两边各设一个。锚杆锚固力与安装标准20×2000mm螺纹钢树脂锚杆的最大锚固力为15吨/根，吸能装置安装基础采用12根该型号锚杆，可承受最大拉力达1.76×10⁶N，确保拦截冲击力（0.93×10⁶N）作用下的结构稳定。

挡车网吊挂与牵引系统安装巷道顶板吊挂装置安装采用4根20×2000mm螺纹钢树脂锚杆，将鼠式装置固定于轨道中心正上方巷道顶板，确保水平安装。吊挂高度距永久轨面不小于2.2m，保证矿车及设备安全通过。

挡车网底部固定方式轨道两侧各设置1个混凝土基础（深度1m），采用6根20×2000mm螺纹钢树脂锚杆固定159mm钢管底座（钢板厚度10mm）。钢管内装设弹性钢性弹簧，通过4个26mm圆保卡子固定挡车网钢丝绳端部。

牵引钢丝绳与滑轮配置使用11×9-9型钢丝绳通过定滑轮连接挡车网与鼠式装置摆杆钩，牵引绳需平行于斜巷中线以保证受力平衡。另设辅助钢丝绳将挡车网与顶板连接，确保拦截时四根24mm挡车网钢丝绳间距保持200mm。

安装质量校验标准锚杆锚固力不低于15吨/根，挡车网破断拉力总和达1.61×10⁶N，安装后需进行空载升降试验3次，确保挡车网下放至轨面0.3m位置时无卡顿，各连接部件无松动。电气接线前准备电气接线与系统调试步骤施工前需检查电源电压是否符合装置要求（如ZDC30-2.5型控制回路工作电压为127V，防爆电机电压为380V/660V），核对传感器、PLC控制器等组件型号及接线图纸，确保设备完好无损坏。主电路与控制电路接线主电路连接绞车电机、挡车栏驱动电机等动力设备，控制电路连接位置传感器、测速传感器与PLC系统，采用屏蔽电缆减少干扰，接线端子牢固并做好标识，接地电阻需≤4Ω。系统参数配置与初始化通过PLC编程软件设置矿车正常运行速度阈值（如4.0m/s）、挡车栏升降位置参数及绞车联锁逻辑，初始化故障汉字显示系统，确保与绞车电源联锁机制正确响应。分模块功能测试逐一测试传感器信号采集准确性（位置、速度数据）、挡车栏升降动作灵活性、缓冲吸能器触发响应时间，验证声光报警装置在异常状态下能否及时发出警示。联动调试与性能验证模拟矿车正常通行与跑车工况，测试挡车栏自动升降与紧急拦截功能，检查多级防护体系协同工作效果，确保系统在0-30°巷道倾角范围内抗冲击能量达2.2-2.5MJ。调试记录与验收标准详细记录各测试环节数据（如响应时间、缓冲距离），填写调试报告，参照《煤矿安全规程》第370条及装置安装规范进行验收，确保各项指标符合设计要求后方可投入使用。07应用实例与效果评估

现场应用矿井概况与安装情况应用矿井基本情况上海大屯能源股份有限责任公司孔庄煤矿作为新型斜巷防跑车安全保护装置的应用矿井，其井下存在I6、6人行下山及轨道下山、1人行暗斜井、-375轨道暗斜井等多条斜巷运输巷道，这些巷道是矿井提升运输的关键路径，对防跑车安全保护装置有迫切需求。

装置安装位置与范围鼠式挡车器在孔庄煤矿的上述五条斜巷中成功安装应用，可在斜巷变坡点向下每100米范围内安装一套，实现对斜巷运输车辆运行状况的全过程监控，形成多点防护，有效覆盖斜巷不同区段，提升整体运输安全防护能力。

安装固定方式鼠式装置采用4根20×2000mm螺纹钢树脂锚杆固定于轨道中心正上方的巷道顶板上，并保证水平，吊挂高度距永久轨面不小于2.2m；挡车网在巷道底板通过6根20×2000mm螺纹钢树脂锚杆将焊有底座的159钢管固定在浇灌好的混凝土基础上（混凝土基础深度1m，距轨道安全距离0.7m，轨道两边各一个），同时在159钢管内装置弹性较大的钢性弹簧以缓冲冲击力。

事故预防效果与安全效益分析事故率显著降低大屯矿区应用新型防跑车装置后，斜巷运输事故死亡人数占比从37.96%显著下降，有效遏制了断绳、脱钩导致的跑车事故。

直接经济效益提升晋能控股煤业集团煤峪口矿新型防护装置投入使用后，带来经济效益约50万余元，部件安装拆卸方便，维护高效便捷。

安全管理水平优化装置具备系统自检功能，元器件故障可及时检测并语音报警，配合“四检”制度（日检、周检、月检、季检），提升维护效率与安全性。

社会效益与合规保障符合《煤矿安全规程》第370条要求，为矿工生命安全提供物质保障，避免因设备缺陷导致的操作不规范，助力矿井安全生产标准化建设。经济成本对比与维护便利性评估

传统装置与新型装置成本对比传统SRC102型雷达挡车器成本高达8万多元，而新型鼠式挡车器造价便宜，显著降低了设备投入。新型装置的经济效益晋能控股煤业集团煤峪口矿的新型斜井跑车防护装置投入使用后，带来经济效益约50万余元。维护便利性优势新型装置部件安装、拆卸方便，省时省力，便于管理，设备维护更加高效便捷，降低了维护成本和时间。长期运营成本分析新型装置维护简单，性能稳定，综合性价比高，长期使用能有效减少因故障停机和事故造成的经济损失。08操作维护与安全管理要求

日常检查与定期维护项目01每日班前检查每日班前需检查传感器灵敏度，确保能准确监测矿车速度与位置；检查挡车栏机械部件有无松动、变形，确