CN105151942B - 立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置，包括锁罐脱罐装置、顶板、液压缸、电磁比例溢流阀、卷收器、安全绳、安全带、位移传感器、速度传感器、钢丝绳张力传感器和信号处理器，锁罐脱罐装置安装在罐笼侧面，顶板设置在罐笼内壁上方，液压缸设置在顶板下方，卷收器缓冲带连接到液压缸的活塞杆上，卷收器下部连接有安全绳，安全绳的另一端连接到矿工穿戴的安全带上。该装置利用摆锤式卷收器在坠罐发生时锁止缓冲带，采用锁罐脱罐装置在罐笼不可自主制停时，脱离下部罐笼，使制动钳和制动绳对上部罐笼有充分的制动力，并利用电液比例溢流阀控制液压缸小腔进行背压泄油来提供缓冲力，能够有效避免矿工在断绳坠罐发生时受到伤害。

Description

立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置及方法

技术领域

本发明涉及一种矿工安全保护装置，尤其是一种适用于立井提升机的断绳坠罐事故矿工安全保护装置。

背景技术

煤炭是我国的主导能源，而立井提升是我国煤矿生产的主导形式。立井提升机担负提升煤炭矸石、下放材料、升降人员和设备的重要任务，是煤矿井下与地面的连接枢纽。作为一种在深井中运行的集机电液于一体的大型重载高速提升设备，严苛的承载需求、时变的运行环境、复杂的地质条件等不利因素导致提升机各构件易于发生故障，致使蹲罐、过卷等恶性事故时有发生，严重时会导致断绳坠罐重大恶性事故，对罐笼中矿工的生命安全构成重大威胁。

针对断绳坠罐事故的防护，目前主要采用制动钳结合制动绳的方式，在主提升绳断开时，将罐笼锁止在制动绳上，而缺乏对罐笼中矿工的直接保护。由于罐笼属于重型设备，且随着生产的需要，制造的尺寸越来越大，自重也越来越重，给依赖制动钳进行断绳制动带来了极大的风险。特别是当罐笼下放速度过快，或者高速过卷后反冲，制动钳难以可靠制动重型罐笼。发生断绳坠罐时，当制动钳能够自主制停时，罐笼的减速度会较大，易于造成矿工碰撞到罐笼的金属侧壁或摔倒，导致矿工碰伤或摔伤；当制动钳不可自主制停时，重型罐笼会在井道里不断加速，猛烈撞击到井道底部，而罐笼内部有限的空间不能给予矿工充分的缓冲距离和缓冲力，造成矿工胸腹腔脏器、脊椎等脆弱部位以及腿部承受极大的坠落冲击，导致矿工重伤甚至危及生命。而目前针对罐笼中矿工的直接保护装置的研究较少。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单，兼具可靠性和便捷性的立井提升机断绳坠罐事故矿工安全保护装置。

技术方案：本发明的立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置，包括锁罐脱罐装置、顶板、液压缸、电磁比例溢流阀、卷收器、安全绳、安全带、位移传感器、速度传感器、钢丝绳张力传感器和信号处理器；所述锁罐脱罐装置对称布置在罐笼的两侧面上，所述顶板设在罐笼内的顶部，所述的液压缸设在顶板上，所述电磁比例溢流阀连接在液压缸上，所述卷收器的缓冲带上部与液压缸的活塞杆相连，下部与安全绳的一端连接，安全绳的另一端与安全带相连，所述位移传感器、速度传感器和信号处理器安装在顶板的下方，所述钢丝绳张力传感器安装在主提升绳的底部，所述位移传感器、速度传感器、钢丝绳张力传感器、锁罐脱罐装置和电磁比例溢流阀分别与信号处理器相连。

所述的锁罐脱罐装置包括水平伸缩器、长摆杆、销轴、以及多套沿上部罐笼与下部罐笼结合缝平行布置的斜向伸缩器、半圆形卡槽、滚动轴承和支座；所述半圆形卡槽设在靠近上部罐笼的下底边，半圆形卡槽上设有向下倾斜的过渡弧；所述斜向伸缩器的伸缩臂上设有可与半圆形卡槽拼接成圆环的弧形块，所述长摆杆安装在销轴上，长摆杆的另一端设有水平伸缩器，所述支座安装在靠近下部罐笼的上顶边，支座上安装有滚动轴承，所述半圆形卡槽、斜向伸缩器的伸缩臂弧形块、滚动轴承的外径相同。

所述的液压缸、电磁比例溢流阀和卷收器成套安装，其数量和安装在顶板下方的位置依据罐笼中容纳矿工的数量和站立的位置确定。

所述的卷收器为摆锤式卷收器，摆锤式卷收器包括卷轴、设在卷轴端面上的平面涡卷弹簧，卷轴和平面涡卷弹簧同轴安装，卷轴上缠绕有缓冲带，卷轴的两端面设有棘轮，卷轴的侧面沿竖直方向设有与棘轮相配合的棘爪，棘爪经摆杆连接有加重摆锤，加重摆锤在惯性作用下向下摆动，带动摆杆和棘爪摆动，棘爪卡住卷轴的棘轮进行止锁。

所述的液压缸为单作用缸。

所述的安全带采用全身式安全带，全身式安全带包括肩带和腿带，肩带和腿带之间连接有矿工用的腰带，肩带的背部经伸缩卡扣与安全绳相连接。

上述装置的立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护方法，包括如下步骤：

a、将锁罐脱罐装置安装在罐笼的两侧面，下部罐笼的滚动轴承嵌入上部罐笼的半圆形卡槽中，斜向伸缩器伸出，斜向伸缩器的伸缩臂和半圆形卡槽共同夹持滚动轴承，使上部罐笼与下部罐笼紧密啮合，并锁在一起，以抵御罐笼在工作过程中的水平和垂直方向的冲击；

b、将顶板安装在罐笼内壁上方，将液压缸铰接安装在顶板的下方，并与电磁比例溢流阀相连接，将卷收器的缓冲带连接到液压缸的活塞杆上，并将位移传感器、速度传感器和信号处理器安装在顶板的下方，将钢丝绳张力传感器安装在主提升绳的底端，经导线将位移传感器、速度传感器、钢丝绳张力传感器、锁罐脱罐装置和电磁比例溢流阀与信号处理器相连接；

c、矿工穿戴好安全带进入罐笼内后，将矿工背部的安全绳连接到卷收器下部尾端，随后按相应的液压缸中轴线正下方站立，在卷收器的平面涡卷弹簧的卷收力作用下，缓冲带、安全绳、安全带被收紧；

d、信号处理器通过位移传感器和速度传感器分别采集罐笼在井道中的高度H和运行速度V，通过钢丝绳张力传感器检测主提升绳的张力F；

e、罐笼下放时，当检测到主提升绳的张力F瞬时减少到几乎为零，则判定发生断绳坠罐事故，此时信号处理器持续记录罐笼的坠罐高度H′和坠罐速度V′；

当检测到罐笼坠罐速度V′逐步减少，则判定为自主制停坠罐事故，罐笼沿罐道绳减速下滑，制动钳和制动绳开始制动，最终罐笼在制动钳和制动绳的共同作用下制停，锁止在制动绳上，在此过程中：罐笼的制动减速度小，锁罐脱罐装置不脱罐，卷收器的加重摆锤由于惯性向下摆动，带动摆杆和棘爪摆动，棘爪卡住卷轴的棘轮，使卷收器处于锁止状态，缓冲带不能继续从卷收器抽出，低速下冲的矿工在安全带的作用下，安全绳、缓冲带拉动液压缸活塞杆，这时由于液压缸有杆腔油压达不到电磁比例溢流阀的溢流压力，因而液压缸活塞杆不会被拉出，从而使矿工始终保持稳定的站立姿态，有效防止自主制停坠罐造成矿工的碰伤和摔伤；

当检测到罐笼的坠罐速度V′逐步增大，则判定为不可自主制停坠罐事故，制动钳和制动绳设备因罐笼重量大和惯性冲击因素难以实施有效制停，此时罐笼沿罐道绳开始加速下滑，当判定罐笼坠罐速度V′的增长趋势没有逆转，且超出罐笼可允许的极限下坠速度，即超出罐笼匀速段速度的1.5倍时，启动脱罐逃逸流程，在此过程中：信号处理器依据此时罐笼的坠罐速度V′和坠罐高度H′，参考矿工安全缓冲最大减速度a，计算得出液压缸需要提供的制动油压P，即电磁比例溢流阀的溢流油压：

P＝m×a/s

其中，m为矿工的预设体重，s为液压缸小腔的油压作用面积，

通过信号处理器调定电磁比例溢流阀的溢流油压，锁罐脱罐装置启动脱罐，首先，斜向伸缩器的伸缩臂收回，然后，水平伸缩器的伸缩臂伸出，推动长摆杆以销轴为轴心摆动，进而推动滚动轴承沿水平方向从半圆形卡槽中脱出，并沿其过渡弧逐步脱离上部罐笼，由于过渡弧向下倾斜，下部罐笼的重力会自主加剧滚动轴承沿过渡弧的脱离，促使多个滚动轴承同步脱离，使上部罐笼与下部罐笼平稳脱离，下部罐笼在自重的作用下,沿罐道绳坠落到井底，上部罐笼由于负重的极大减小，制动钳和制动绳能够提供充分的制动力，从而逐渐减速直到锁止在制动绳上，同时卷收器的加重摆锤由于惯性向下摆动，带动摆杆和棘爪摆动，棘爪卡住卷轴的棘轮，使卷收器处于锁止状态，缓冲带不能继续从卷收器抽出，矿工在安全带的作用下，安全绳、缓冲带拉动液压缸活塞杆，此时液压缸有杆腔油压超过电磁比例溢流阀的溢流压力，开始背压泄油，液压缸活塞杆在提供制动力的前提下缓速拉出，使液压缸活塞杆沿缓冲带、安全绳、安全带拉拽矿工，既有对矿工的制动力，又有缓冲距离，保证矿工可靠悬挂在上部罐笼的顶板下方，从而有效降低脱罐制停过程对矿工产生冲击，并将冲击载荷分散至矿工的肩部、裆部，减少对矿工胸腹腔脏器以及脊椎脆弱部位的冲击，有效保护矿工的生命安全。

有益效果：本发明采用直接保护的方式来避免断绳坠罐事故对矿工生命安全造成伤害，利用摆锤式卷收器在坠罐发生时锁止缓冲带，依靠安全绳和安全带使矿工在罐笼自主制停时保持相对稳定的站立姿态，采用锁罐脱罐装置在罐笼不可自主制停时，脱离下部罐笼，使制动钳和制动绳对上部罐笼有充分的制动力，并利用电液比例溢流阀控制液压缸小腔进行背压泄油来提供矿工在高速坠罐过程中的缓冲力，将冲击载荷分散至矿工的肩部、裆部，从而能够有效避免矿工在坠罐事故发生时受到伤害。该装置结构简单，兼具可靠性和便捷性，在本技术领域内具有广泛的实用性，经济效益明显。

附图说明

图1是本发明的装置结构组成轴测图。

图2是本发明的装置上部罐笼与下部罐笼脱离示意图。

图3是本发明的锁罐脱罐装置工作原理示意图。

图4是本发明的摆锤式卷收器工作原理示意图。

图5是本发明的液压缸缓冲原理示意图。

图中：1-罐笼，1-1-上部罐笼，1-2-下部罐笼，2-钢丝绳张力传感器，3-主提升绳，4-罐道绳，5-制动钳，6-制动绳，7-锁罐脱罐装置，7-1-水平伸缩器，7-2-长摆杆，7-3-销轴，7-4- 斜向伸缩器，7-5-半圆形卡槽，7-6-滚动轴承，7-7-支座，8-液压缸，9-卷收器，9-1-缓冲带， 9-2-卷轴，9-3-平面涡卷弹簧，9-4-加重摆锤，9-5-摆杆，9-6-棘爪，10-安全绳，11-安全带， 12-矿工，13-位移传感器，14-速度传感器，15-信号处理器，16-电磁比例溢流阀，17-顶板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置，包括锁罐脱罐装置7、顶板17、液压缸8、电磁比例溢流阀16、卷收器9、安全绳10、安全带11、位移传感器13、速度传感器14、钢丝绳张力传感器2和信号处理器15，锁罐脱罐装置7安装在罐笼1侧面，顶板17设置在罐笼1内壁上方，液压缸8设置在顶板17下方，液压缸8连接有电磁比例溢流阀16，卷收器9的缓冲带9-1连接到液压缸8的活塞杆上，卷收器9下部连接有安全绳10，安全绳10的另一端连接到矿工12穿戴的安全带11上，位移传感器13、速度传感器14和信号处理器15安装在顶板17下方，钢丝绳张力传感器2安装在主提升绳3的底端，位移传感器13、速度传感器14、钢丝绳张力传感器2、锁罐脱罐装置7和电磁比例溢流阀16连接到信号处理器15。

锁罐脱罐装置7在罐笼1两侧面对称布置，由水平伸缩器7-1、长摆杆7-2、销轴7-3以及多套沿上部罐笼1-1与下部罐笼1-2结合缝平行布置的斜向伸缩器7-4、半圆形卡槽7-5、滚动轴承7-6和支座7-7组成，所述半圆形卡槽7-5设在靠近上部罐笼1-1的下底边，半圆形卡槽7-5上设有向下倾斜的过渡弧；所述斜向伸缩器7-4的伸缩臂上设有可与半圆形卡槽7-5拼接成圆环的弧形块，所述销轴7-3安装在上部罐笼1-1上，且靠近半圆形卡槽7-5，所述长摆杆7-2安装在销轴7-3上，长摆杆7-2的另一端设有水平伸缩器7-1，所述支座7-7 安装在靠近下部罐笼1-2的上顶边，支座7-7上安装有滚动轴承7-6，所述半圆形卡槽7-5、斜向伸缩器7-4的伸缩臂弧形块、滚动轴承7-6的外径相同。半圆形卡槽7-5安装在上部罐笼1-1靠近下底边且自身设有向下倾斜的过渡弧，斜向伸缩器7-4的伸缩臂伸出时可与半圆形卡槽7-5拼接成一个圆，长摆杆7-2安装在销轴7-3上可以摆动；

当上部罐笼1-1与下部罐笼1-2需要啮合时，下部罐笼1-2的滚动轴承7-6嵌入上部罐笼1-1的半圆形卡槽7-5中，此时斜向伸缩器7-4伸出，其伸缩臂和半圆形卡槽7-5共同夹持滚动轴承7-6，进而使上部罐笼1-1与下部罐笼1-2紧密结合，并能抵御罐笼1沿水平和垂直方向的冲击；当上部罐笼1-1与下部罐笼1-2需要脱离时，首先斜向伸缩器7-4收缩，然后水平伸缩器7-1伸出，推动长摆杆7-2摆动，进而推动滚动轴承7-6沿水平方向从半圆形卡槽7-5中脱出，并沿其过渡弧逐步脱离上部罐笼1-1，由于过渡弧向下倾斜，可以依靠下部罐笼1-2重力自主加剧滚动轴承7-6的脱离，促使多个滚动轴承7-6同步脱离，使上部罐笼1-1与下部罐笼1-2可以平稳脱离。

所述液压缸8、电磁比例溢流阀16和卷收器9成套安装，其数量和安装位置依据罐笼1 中矿工12的数量和站立位置在顶板17下方灵活布置。所述卷收器9采用摆锤式卷收器，摆锤式卷收器包括卷轴9-2、设在卷轴9-2端面上的平面涡卷弹簧9-3，卷轴9-2和平面涡卷弹簧9-3同轴安装，卷轴9-2上缠绕有缓冲带9-1，卷轴9-2的两端面设有棘轮，卷轴9-2的侧面沿竖直方向设有与棘轮相配合的棘爪9-6，棘爪9-6经摆杆9-5连接有加重摆锤9-4，加重摆锤9-4在惯性作用下向下摆动，带动摆杆9-5和棘爪9-6摆动，棘爪9-6卡住卷轴9-2 的棘轮进行止锁。卷轴9-2采用平面涡卷弹簧9-3提供卷收力，缓冲带9-1在未受矿工12拉动时卷收在液压缸8活塞杆下部，在受矿工12拉动时可以自由伸缩；其加重摆锤9-4沿竖直方向布置，当卷收器9竖直方向突然减速时，加重摆锤9-4由于惯性向下摆动，并带动摆杆 9-5和棘爪9-6摆动，棘爪9-6卡住卷轴9-2的棘轮，此时卷收器9处于锁止状态，缓冲带 9-1不能沿竖直方向拉动。

液压缸8为单作用缸，与液压缸8相连的电磁比例溢流阀16为内控内泄式溢流阀。单作用缸的小腔出油口连接电磁比例溢流阀16，初始情况活塞杆处于收缩状态，其小腔注满液压油，当活塞杆受拉时，信号处理器15调节电磁比例溢流阀16的溢流压力，调整液压缸8小腔的油压，使活塞杆可以背压泄油。所述的安全带11采用全身式安全带，全身式安全带包括肩带和腿带，肩带和腿带之间连接有矿工用的腰带，肩带的背部经伸缩卡扣与安全绳10相连接。安全带11融合安装在矿工12下井必备的腰带上，安全带11的背部安装有安全绳10。

本发明的立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置，包括如下工作步骤：

a、将锁罐脱罐装置7安装在罐笼1两侧面，下部罐笼1-2的滚动轴承7-6嵌入上部罐笼 1-1的半圆形卡槽7-5中，斜向伸缩器7-4伸出，斜向伸缩器7-4的伸缩臂和半圆形卡槽7-5 共同夹持滚动轴承7-6，使上部罐笼1-1与下部罐笼1-2紧密啮合，并锁在一起，以抵御罐笼1在工作过程中的水平和垂直方向的冲击；

b、将顶板17安装在罐笼1内壁上方，将液压缸8铰接安装在顶板17的下方，将液压缸 8连接到电磁比例溢流阀16上，将卷收器9的缓冲带9-1连接到液压缸8的活塞杆上，并将位移传感器13、速度传感器14和信号处理器15安装在顶板17下方，将钢丝绳张力传感器2安装在主提升绳3的底端，经导线将位移传感器13、速度传感器14、钢丝绳张力传感器2、锁罐脱罐装置7和电磁比例溢流阀16连接到信号处理器15；

c、矿工12进入罐笼1后，将已穿戴好的安全带11的背部安全绳10连接到卷收器9下部，随后站立到相应的液压缸8中轴线的正下方位置，在卷收器9卷收力的作用下，液压缸8、缓冲带9-1、卷收器9、安全绳10、安全带11和矿工12之间被收紧，有一定的预紧力；

d、信号处理器15通过位移传感器13和速度传感器14分别采集罐笼1在井道中的高度H 和运行速度V，通过钢丝绳张力传感器2检测主提升绳3的张力F；

e、罐笼1下放时，当检测到主提升绳3的张力F瞬时减少到几乎为零，可以判定发生断绳坠罐事故，此时信号处理器15持续记录此时的罐笼1的下降高度H和下降速度V；

f、发生断绳坠罐后，当检测到罐笼1坠罐速度V′逐步减少，则判定为自主制停坠罐事故，罐笼1沿罐道绳4减速下滑，制动钳5和制动绳6开始制动，最终罐笼1在制动钳5和制动绳6的共同作用下制停，锁止在制动绳6上，在此过程中：罐笼1的制动减速度小，锁罐脱罐装置7不脱罐，卷收器9的加重摆锤9-4由于惯性向下摆动，带动摆杆9-5和棘爪9-6 摆动，棘爪9-6卡住卷轴9-2的棘轮，使卷收器9处于锁止状态，缓冲带9-1不能继续从卷收器9抽出，低速下冲的矿工12在安全带11的作用下，安全绳10、缓冲带9-1拉动液压缸 8活塞杆，这时由于液压缸8有杆腔油压达不到电磁比例溢流阀16的溢流压力，因而液压缸 8活塞杆不会被拉出，此时液压缸8、缓冲带9-1、卷收器9、安全绳10、安全带11和矿工12之间由于卷收器9的锁止而呈现锁止状态，安全绳10拉拽安全带11使矿工12保持相对稳定的站立姿态，从而使矿工12始终保持稳定的站立姿态，有效防止自主制停坠罐造成矿工的碰伤和摔伤；

g、发生断绳坠罐后，当检测到罐笼1的下降速度V逐步增大，可以判定为不可自主制停坠罐事故，制动钳5和制动绳6等设备因罐笼重量大和惯性冲击等因素难以实施有效制停，此时罐笼1沿罐道绳4开始加速下滑，当判断罐笼1下降速度V的增长趋势没有逆转，且超出罐笼可允许的极限下坠速度时，信号处理器15依据此时罐笼1的下降速度V和高度H，参考矿工12能够承受的安全范围内的缓冲减速度a，计算得出液压缸8需要提供的制动油压 P，即电磁比例溢流阀的溢流油压：

P＝m×a/s

其中，m为矿工12的预设体重，s为液压缸8小腔的油压作用面积，通过信号处理器15调定电磁比例溢流阀16的溢流油压，同时信号处理器15启动锁罐脱罐装置7进行脱罐逃逸，使上部罐笼1-1和下部罐笼1-2分离，这时，下部罐笼1-2在自重的作用下,沿罐道绳4坠落到井底，上部罐笼1-1由于负重的极大减小，制动钳5和制动绳6可以提供充分的制动力，从而逐渐减速直到锁止在制动绳6上，卷收器9因加重摆锤9-4的惯性而锁止，液压缸8、缓冲带9-1、卷收器9、安全绳10、安全带11和矿工12之间会因卷收器9的锁止而呈现锁止状态。首先，斜向伸缩器7-4的伸缩臂收回，然后，水平伸缩器7-1的伸缩臂伸出，推动长摆杆7-2以销轴7-3为轴心摆动，进而推动滚动轴承7-6沿水平方向从半圆形卡槽7-5中脱出，并沿其过渡弧逐步脱离上部罐笼1-1，由于过渡弧向下倾斜，下部罐笼1-2的重力会自主加剧滚动轴承7-6沿过渡弧的脱离，促使多个滚动轴承7-6同步脱离，使上部罐笼1-1 与下部罐笼1-2平稳脱离，下部罐笼1-2在自重的作用下,沿罐道绳4坠落到井底，上部罐笼 1-1由于负重的极大减小，制动钳5和制动绳6能够提供充分的制动力，从而逐渐减速直到锁止在制动绳6上，同时卷收器9的加重摆锤9-4由于惯性向下摆动，带动摆杆9-5和棘爪 9-6摆动，棘爪9-6卡住卷轴9-2的棘轮，使卷收器9处于锁止状态，缓冲带9-1不能继续从卷收器9抽出，矿工12在安全带11的作用下，安全绳10、缓冲带9-1拉动液压缸8活塞杆，此时液压缸8有杆腔油压超过电磁比例溢流阀16的溢流压力，开始背压泄油，液压缸8 活塞杆在提供制动力的前提下缓速拉出，液压缸8的活塞杆开始下降，此时矿工12在液压缸 8提供的制动力下，依托穿戴的安全带11，在安全的缓冲减速度a内逐步减速至停止；液压缸8活塞杆沿缓冲带9-1、安全绳10、安全带11拉拽矿工12，既有对矿工12的制动力，又有缓冲距离，保证矿工12可靠悬挂在上部罐笼1-1的顶板17下方，从而有效降低脱罐制停过程对矿工12产生冲击，并将冲击载荷分散至矿工12的肩部、裆部，减少对矿工12胸腹腔脏器以及脊椎脆弱部位的冲击，有效保护矿工12的生命安全。

Claims (7)

1.一种立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置，其特征在于：它包括锁罐脱罐装置（7）、顶板（17）、液压缸（8）、电磁比例溢流阀（16）、卷收器（9）、安全绳（10）、安全带（11）、位移传感器（13）、速度传感器（14）、钢丝绳张力传感器（2）和信号处理器（15）；所述锁罐脱罐装置（7）对称布置在罐笼（1）的两侧面上，所述顶板（17）设在罐笼（1）内的顶部，所述的液压缸（8）设在顶板（17）上，所述电磁比例溢流阀（16）连接在液压缸（8）上，所述卷收器（9）的缓冲带（9-1）上部与液压缸（8）的活塞杆相连，下部与安全绳（10）的一端连接，安全绳（10）的另一端与安全带（11）相连，所述位移传感器（13）、速度传感器（14）和信号处理器（15）安装在顶板（17）上，所述钢丝绳张力传感器（2）安装在主提升绳（3）的底部，所述位移传感器（13）、速度传感器（14）、钢丝绳张力传感器（2）、锁罐脱罐装置（7）和电磁比例溢流阀（16）分别与信号处理器（15）相连。

2.根据权利要求1所述的立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置，其特征在于：所述的锁罐脱罐装置（7）包括水平伸缩器（7-1）、长摆杆（7-2）、销轴（7-3）、以及多套沿上部罐笼（1-1）与下部罐笼（1-2）结合缝平行布置的斜向伸缩器（7-4）、半圆形卡槽（7-5）、滚动轴承（7-6）和支座（7-7）；所述半圆形卡槽（7-5）设在靠近上部罐笼（1-1）的下底边，半圆形卡槽（7-5）上设有向下倾斜的过渡弧；所述斜向伸缩器（7-4）的伸缩臂上设有可与半圆形卡槽（7-5）拼接成圆环的弧形块，所述销轴（7-3）安装在上部罐笼（1-1）上，且靠近半圆形卡槽（7-5），所述长摆杆（7-2）安装在销轴（7-3）上，长摆杆（7-2）的另一端设有水平伸缩器（7-1），所述支座（7-7）安装在靠近下部罐笼（1-2）的上顶边，支座（7-7）上安装有滚动轴承（7-6），所述半圆形卡槽（7-5）、斜向伸缩器（7-4）的伸缩臂弧形块、滚动轴承（7-6）的外径相同。

3.根据权利要求1所述的立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置，其特征在于：所述的液压缸（8）、电磁比例溢流阀（16）和卷收器（9）成套安装，其数量与安装在顶板（17）下方的位置依据罐笼（1）中容纳矿工（12）的数量和站立的位置确定。

4.根据权利要求1所述的立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置，其特征在于：所述的卷收器（9）为摆锤式卷收器，摆锤式卷收器包括卷轴（9-2）、设在卷轴（9-2）端面上的平面涡卷弹簧（9-3），卷轴（9-2）和平面涡卷弹簧（9-3）同轴安装，卷轴（9-2）上缠绕有缓冲带（9-1），卷轴（9-2）的两端面设有棘轮，卷轴（9-2）的侧面沿竖直方向设有与棘轮相配合的棘爪（9-6），棘爪（9-6）经摆杆（9-5）连接有加重摆锤（9-4），加重摆锤（9-4）在惯性作用下向下摆动，带动摆杆（9-5）和棘爪（9-6）摆动，棘爪（9-6）卡住卷轴（9-2）的棘轮进行止锁。

5.根据权利要求1所述的立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置，其特征在于：所述的液压缸（8）为单作用缸，与液压缸（8）相连的电磁比例溢流阀（16）为内控内泄式溢流阀。

6.根据权利要求1所述的立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置，其特征在于：所述的安全带（11）采用全身式安全带，全身式安全带包括肩带和腿带，肩带和腿带之间连接有矿工用的腰带，肩带的背部经伸缩卡扣与安全绳（10）相连接。

7.一种使用权利要求1所述的立井提升机断绳坠罐事故脱罐式矿工安全保护装置的保护方法，其特征在于包括如下步骤：

a．将锁罐脱罐装置（7）安装在罐笼（1）的两侧面，下部罐笼的滚动轴承嵌入上部罐笼的半圆形卡槽中，锁罐脱罐装置（7）中的斜向伸缩器伸出，斜向伸缩器的伸缩臂和半圆形卡槽共同夹持滚动轴承，使上部罐笼与下部罐笼紧密啮合，并锁在一起，以抵御罐笼（1）在工作过程中的水平和垂直方向的冲击；

b．将顶板（17）安装在罐笼（1）内壁上方，将液压缸（8）铰接安装在顶板（17）的下方，并与电磁比例溢流阀（16）相连接，将卷收器（9）的缓冲带（9-1）连接到液压缸（8）的活塞杆上，并将位移传感器（13）、速度传感器（14）和信号处理器（15）安装在顶板（17）的下方，将钢丝绳张力传感器（2）安装在主提升绳（3）的底端，经导线将位移传感器（13）、速度传感器（14）、钢丝绳张力传感器（2）、锁罐脱罐装置（7）和电磁比例溢流阀（16）与信号处理器（15）相连接；

c．矿工（12）穿戴好安全带（11）进入罐笼（1）内后，将矿工（12）背部的安全绳（10）连接到卷收器（9）下部尾端，随后按相应的液压缸（8）中轴线正下方站立，在卷收器（9）的平面涡卷弹簧的卷收力作用下，缓冲带（9-1）、安全绳（10）、安全带（11）被收紧；

d．信号处理器（15）通过位移传感器（13）和速度传感器（14）分别采集罐笼（1）在井道中的高度H和运行速度V ，通过钢丝绳张力传感器（2）检测主提升绳（3）的张力F ；

e．罐笼（1）下放时，当检测到主提升绳（3）的张力F瞬时减少到几乎为零，则判定发生断绳坠罐事故，此时信号处理器（15）持续记录罐笼（1）的坠罐高度H’和坠罐速度V’；

当检测到罐笼（1）坠罐速度V’逐步减少，则判定为自主制停坠罐事故，罐笼（1）沿罐道绳（4）减速下滑，制动钳（5）和制动绳（6）开始制动，最终罐笼（1）在制动钳（5）和制动绳（6）的共同作用下制停，锁止在制动绳（6）上，在此过程中：罐笼（1）的制动减速度小，锁罐脱罐装置（7）不脱罐，卷收器（9）的加重摆锤由于惯性向下摆动，带动其摆杆和棘爪摆动，棘爪卡住卷轴的棘轮，使卷收器（9）处于锁止状态，缓冲带（9-1）不能继续从卷收器（9）抽出，低速下冲的矿工（12）在安全带（11）的作用下，安全绳（10）、缓冲带（9-1）拉动液压缸（8）活塞杆，这时由于液压缸（8）有杆腔油压达不到电磁比例溢流阀（16）的溢流压力，因而液压缸（8）活塞杆不会被拉出，从而使矿工（12）始终保持稳定的站立姿态，有效防止自主制停坠罐造成矿工的碰伤和摔伤；

当检测到罐笼（1）的坠罐速度V’逐步增大，则判定为不可自主制停坠罐事故，制动钳（5）和制动绳（6）设备因罐笼重量大和惯性冲击因素难以实施有效制停，此时罐笼（1）沿罐道绳（4）开始加速下滑，当判定罐笼（1）坠罐速度V’的增长趋势没有逆转，且超出罐笼可允许的极限下坠速度，即超出罐笼匀速段速度的1.5倍时，启动脱罐逃逸流程，在此过程中：信号处理器（15）依据此时罐笼（1）的坠罐速度V’和坠罐高度H’，参考矿工（12）安全缓冲最大减速度a，计算得出液压缸（8）需要提供的制动油压P，即电磁比例溢流阀的溢流油压：

P=m×a/s

其中，m 为矿工（12）的预设体重，s 为液压缸（8）小腔的油压作用面积，

通过信号处理器（15）调定电磁比例溢流阀（16）的溢流油压，锁罐脱罐装置（7）启动脱罐，首先，锁罐脱罐装置（7）的斜向伸缩器的伸缩臂收回，然后，锁罐脱罐装置（7）的水平伸缩器的伸缩臂伸出，推动其长摆杆以销轴为轴心摆动，进而推动滚动轴承沿水平方向从半圆形卡槽中脱出，并沿其过渡弧逐步脱离上部罐笼，由于过渡弧向下倾斜，下部罐笼的重力会自主加剧滚动轴承（7-6）沿过渡弧的脱离，促使多个滚动轴承（7-6）同步脱离，使上部罐笼与下部罐笼平稳脱离，下部罐笼在自重的作用下,沿罐道绳（4）坠落到井底，上部罐笼由于负重的极大减小，制动钳（5）和制动绳（6）能够提供充分的制动力，从而逐渐减速直到锁止在制动绳（6）上，同时卷收器（9）的加重摆锤由于惯性向下摆动，带动其摆杆和棘爪摆动，棘爪（9-6）卡住卷轴的棘轮，使卷收器（9）处于锁止状态，缓冲带（9-1）不能继续从卷收器（9）抽出，矿工（12）在安全带（11）的作用下，安全绳（10）、缓冲带（9-1）拉动液压缸（8）活塞杆，此时液压缸（8）有杆腔油压超过电磁比例溢流阀（16）的溢流压力，开始背压泄油，液压缸（8）活塞杆在提供制动力的前提下缓速拉出，使液压缸（8）活塞杆沿缓冲带（9-1）、安全绳（10）、安全带（11）拉拽矿工（12），既有对矿工（12）的制动力，又有缓冲距离，保证矿工（12）可靠悬挂在上部罐笼的顶板（17）下方，从而有效降低脱罐制停过程对矿工（12）产生冲击，并将冲击载荷分散至矿工（12）的肩部、裆部，减少对矿工（12）胸腹腔脏器以及脊椎脆弱部位的冲击，有效保护矿工（12）的生命安全。