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1、,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
2、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
3、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
4、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 0.310m 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
5、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637+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,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
6、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
7、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，
8、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
9、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
10、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,挡车栏示意图,钢丝绳选择,设矿车重12.05吨，坡度为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为0.015，m12.05103kg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（sin-cos）=35
11、.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=15.462/25=-23.9m/s2设钢丝绳总拉力FS,根据动能定理：FSSE=1.44106/5=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=36KN637-24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637-24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/=36/0.1=360KN采用图所示结构，有3个压板，1
12、8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=80MPa 螺栓等级6.8，=600 Mpa，安全系数S=2.5。许用应力=240 MPa 故采用M24，18个螺栓。螺栓上须加的拧紧力矩F0.2Qd=0.2201032410-3=100（Nm）,压板图,压板强度校验,弯矩M=QL12=2201032410-3=998.4 Nm截面系数W=112402=29866.610-9 弯曲应力=33.42MPa 普通碳素钢Q235，屈服极限=255 MPa许用弯曲应力=85 MPa Q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
13、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（sin-0.015cos）L，得出L的参数如表2所示,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：,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
14、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,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
15、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）手动状态 按“手动”薄膜按钮，“手动”指示灯亮，进入手动状态。如果联机灯亮此时按显示箱薄膜按钮“上提”、“下放”或手动盒“上提
16、”、“下放”按钮可控制对应挡车栏上升、下放，挡车栏上升或下放到位后，其相对应指示灯亮。,（2）自动状态系统切换到自动状态需满足以下条件：联机挡车栏都要下放到位（下放指示灯全亮），否则需要进行手动调整。语言报警箱故障指示为“00”（如故障指示不为“00”，则按一下“故障复位”按钮）。矿车停在上停车场固定位置（变坡点），此时深度指示应为“0000”，（如深度指示不为“0000”则连按“清零”按钮8次。按8次“清零”按钮是为了防止非操作人员误操作薄膜按钮）。满足上述条件后，按“自动”按钮，“自动”指示灯亮，系统进入自动运行状态。当矿车到达设定位置时，挡车栏则自动上升或下放。,操作方法,（3）、脱机方
17、法 系统运行中因某种原因某道挡车栏需要脱机，必须是该道挡车栏置于上限位处(以防止误动作造成事故）按“站1”或“站2”按钮，当联机1或联机2指示灯灭，则该道挡车栏处于脱机状态，此时该道挡车栏既不能自动运行，也不能手动运行，其余联机挡车栏仍可进行自动或手动运行。,操作方法,（4）联机方法要使某道挡车栏恢复联机状态，矿车必须在上停车场，深度指示为“0 0 0 0”。选择该道挡车栏，按一下“站1”或“站2”按钮，联机1或联机2亮，则该道挡车栏就处于联机状态，可进行自动或手动运行。,操作方法,故障报警,（5）故障报警维修系统自动运行过程中发生故障，显示箱发出报警，并显示故障代号，绞车停转。维修人员根据故
18、障代号进行检修，检修完毕后按“报警恢复”按钮，故障代号变为“00”，报警声停止且系统继续运行。注：手动状态无故障报警。,故障代号,故障代号,工业性试验及效果分析,试验的技术准备工作巷道斜长：L1=1563m 倾角：=21上车场长：LB=30m 下车场长：LH=120m提升容器选用一吨标准矿车提矸石，型号MG1.16A，串车5节，每辆矿车自重610kg。钢丝绳选用型号：6V18+FC281670特甲镀右同，单位重量：PS=3.17 kg/m 抗拉强度：=1670Mpa 所有钢丝破断拉力总和：QL=566440N,现场试验,智能捕车器设备安装,地面试验达到要求后，并对相关人员进行了培训，现场安排专
19、人对设备进行了安装，分三个步骤进行：一）挡车栏安装：根据图纸，由基建工区将挡车栏、缓冲器、槽钢安装基础打好，两缓冲器要以轨道中心对称,中心距离根据矿实际情况一般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，槽钢高度根据矿实际情况一般2.2m，确保横梁高度使矿车能正常通行且横梁牢固，槽钢两端埋入巷道深度应不小0.5m。,智能捕车器设备安装,挡车网由四根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，钢丝绳采用GB/T20118规定的637+FC-24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
20、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。缓冲器根据基础图用混凝土浇注安装好，把力矩扳手力矩调至90牛顿米，用力矩扳手均匀地把637+FC-24钢丝绳用盖板压紧，确保挡车栏高度使挡车栏能正常升降，且当挡车栏升到位后确保矿车正常通过。,旋转脉冲编码器安装：加工制作一个联轴器，用4个尼龙销与3.5米液压绞车的链轮连接传动，编码器与联轴器之间用皮管连接，后又改为皮带三爪连接，提高了可靠性。电控系统的安装：安装隔爆型可逆电磁起动器、
21、隔爆型三相异步电动机、钢丝绳，敷设护套通信电缆、煤矿用移动橡套软电缆、防跑车挡车装置用控制箱、防跑车挡车装置用状态报警显示器、收放绞车、挡车栏组成。,智能捕车器设备安装,系统调试,调试好四道挡车栏打开和关闭距离，根据挡车栏实际所在位置，下放时第一道35米，第二道160米，第三道620米，第四道770米。因为是双轨道双车同时提升，上提时第一道800米，第二道670米，第三道210米，第四道60米。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为下放时第一道560米，第二道100220米，第
22、三道560680米，第四道715815米。上提时第一道825750米，第二道730610米，第三道270150米，第四道11515米。,在正式运行前，可使用手动功能进行操作。斜巷内有职工携带对讲机监控每道挡车栏动作情况，确保每道挡车栏都能够按照设计要求进行及时打开和关闭。,系统调试,试验情况,智能捕车器系统自 2008年3月21日开始在延深轨道下山安装使用。运行至今，每班运输矸石量都在220车以上，满足了三条延深下山的需要。该系统功能齐全，性能可靠，事故率低，使用中无设备损坏情况。同时，该系统显示准确，职工操作更加简单、方便，安全性高。,技术特点及技术创新点,技术特点,（1）采用位置传感器（接
23、近开关、轴编码器等），用于正确灵敏地采集和接收与提升绞车同步运行的信号，并发出控制指令。（2）“常闭”式防护功能，无矿车通过时，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。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。（3）故障自动监测功能，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。将紧急情况的报警电路与提升机控制回路实现闭锁，出现紧急情况时，提升机实现自动紧急制动。,技术特点,（4）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。（5）运行
24、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。,技术特点,（7）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。（8）巷道距离及车位距离显示功能 利
25、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。,技术特点,（9）具有各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。（10）图像监控功能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。,技术创新点,1、该项技术实现了在大倾角超长距离条件下的斜巷中，轨道运输的安全运行。通过PLC控制系统控制双轨道捕车装置,使每个挡车栏同时控制两个轨道的通行状态。2、该斜巷智能捕车器采用旋转脉冲编码器、位置霍尔传感器等信号采集系
26、统，使用欧姆龙编码器、PLC可编程控制器作为控制器，确保了3.5m液压绞车运行状态显示准确，“常闭”挡车栏动作可靠。3、“缓冲”式拦截功能，矿车具有的动能逐渐转化成缓冲机构的热能，实现缓冲拦截，将矿车的损伤程度降到最低。,技术创新点,4、提升保险功能，挡车栏拦截跑车时，提升保险同时断开，不拉坏提升机构，降低了设备损坏。5、采用反向自动迫开设计，增加挡车拦反向自动迫开功能。6、设备本身通过各套线路和传感元件对各个部件作了完备的监控，具有故障自动监测及故障部位代号显示。,综合经济效益分析,安全效益,常闭式柔性挡车拦可有效拦截跑车，同时可实现缓冲拦截，钢丝绳柔性挡车栏的提升钢丝绳上设有提升保险，在挡
27、车栏拦截跑车时，提升保险同时断开，避免拉坏固定在巷道顶板的提升机构，最大限度地降低设备损坏。故障自动监测功能便于司机及时发现和处理事故隐患，避免了灾害事故的发生。“大倾角超长斜巷双轨道智能捕车系统”在徐州矿务集团张集煤矿进行工业试验，历时一年多，使用效果良好，大大提高了延深轨道下山的运行安全，为矿井的安全生产提供了有力的保障。,经济效益,通过“大倾角超长斜巷双轨道智能捕车系统”的运行状态显示及声光报警功能，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，减少了事故时间。提高了三条延深下山排矸效率，使开拓进尺月产水平明显提高。该系统能够实现“缓冲”式拦截跑车和提升绳保险应急断开功能，保障设备无损坏。取得了明显的经济效益和社会效益，推广应用前景良好。,结论,综上所述，“大倾角超长斜巷双轨道智能捕车系统”技术先进，性能可靠，是目前国内较为理想的斜巷智能捕车系统。它彻底地解决斜巷的防跑车问题，消除斜巷运输安全隐患，最终实现斜巷捕车系统的自动化控制。2008年3月该智能捕车系统在-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。随着国家对煤矿安全生产要求的提高，在倾斜井巷中安装该系统，对保障煤矿生产安全有着重要的意义。,谢 谢！,
