CN105697056A - 一种矿井垂直救援提升系统 - Google Patents

Abstract

一种矿井垂直救援提升系统，包括矿井救援机动车和组装式提升井架平台以及矿井救援舱；其中的矿井救援机动车上设置有车载提升装备基础平台及其救援提升装置，再由救援提升装置上的通讯钢丝绳通过井口独立组装提升井架平台及其天轮垂直连接有矿井救援舱，并由救援提升装置监控系统对矿井救援舱及其被困人员实施救援和监控。本发明在煤矿井下发生重特大事故时，即刻将矿井救援机动车开赴事故现场，进行快速有效地生命救援，大大地加快了整体实施救援的速度，极大地提高了矿难人员的救援效率。

Description

一种矿井垂直救援提升系统

技术领域

本发明涉及一种矿井提升设备，尤其是一种用于煤矿井下发生重特大事故的生命救援垂直提升系统。

背景技术

近年来，随着我国矿难事故的频繁出现，矿山救援装备的技术水平越来越受到人们的关注。因此，提高救援装备的技术水平，最大限度地发挥救援装备的整体效能，是矿山救援装备的发展方向。

利用升降救生系统将煤矿井下被困人员提升救出是一种快速垂直的救援方式，例如2010年8月在智利圣何塞铜矿发生的塌方事故，就是利用升降机将井下硐室中的矿工营救出来。

现有针对救援通道的提升救援系统，国内也有几种，包括发明人先前申请的发明专利，但均存在某些不足。

如公开号为203796313U公开的“一种垂直救生救援系统”，该系统将液压绞车、井架和配套设备集成在一体式底座上，这种结构虽比较紧凑，但是由于其复杂的操纵机构，存在不足是在实施应急救援时，到达救援现场非常困难，耽误救援的最佳时机，而且提升高度有限，控制系统较为简单；

再如公开号为CN103982224A公开的一种“车载救援提升系统”，该系统将液压绞车、井架和配套设备集成在卡车上，这种方式虽比较紧凑，但是由于其复杂的操纵机构，存在的不足是浪费资源等待救援，救援时提升高度有限，控制系统较为简单。

现有在德国西马格公司生产的救援提升系统，主要用于大井筒大井深，而且价格较高，不适用于中小矿井实施救援使用。

发明内容

本发明针对中小煤矿井下实施应急抢险救援特点，提供一种响应速度快，安全性能高，灵活机动的一种矿井救援垂直提升系统。

本发明所采取的技术措施如下。

一种矿井垂直救援提升系统，包括矿井救援机动车、车载提升装备基础平台和矿井救援舱；其特征在于：所述矿井救援机动车是安装固定有起重机及其液压系统、安装固定有救援提升装置及其车载提升装备基础平台；所述救援提升装置是在矿井垂直救援时由通讯钢丝绳通过井口独立组装提升井架平台的天轮垂直连接有矿井救援舱构成；所述车载提升装备基础平台是集成固定有电机减速器模块、液压站模块、滚筒模块和万向联轴器模块构成；并通过救援提升装置监控系统实现对矿井救援舱及其被困人员实施救援和监控。

进一步的附加技术方案如下。

所述矿井救援机动车是依次在驾驶室后的车底盘纵梁上固定有起重机及其液压系统、前辅助支撑和后辅助支撑构，在车底盘横梁上安装固定有救援提升装置、车载提升装备基础平台及其救援提升装置监控系统。

所述车载提升装备基础平台是通过U型螺栓依次集成固定有电机减速器模块、液压站模块、滚筒模块和万向联轴器模块构成；其中：电机减速器模块是由电机、减速器及其槽钢结构底座Ⅰ构成；液压站模块是由液压站及其槽钢结构底座Ⅱ构成；滚筒模块是由滚筒盘式制动器盘闸及其槽钢结构底座Ⅲ构成；联轴器模块是由减速器低速端连接盘通过十字轴式万向联轴器连接有滚筒端连接盘构成；并通过万向联轴器模块实现减速器与滚筒的运转连接。

所述救援提升装置监控系统是在槽钢结构底座Ⅳ上固定有救援提升电控系统以及救援提升监控和通讯装置；其中，救援提升机电控系统是依次由一侧固定连接的主控柜、制动柜、变频电源柜和另一侧的操作台Ⅰ、操作台Ⅱ构成；并采用布置在主控柜中的双PLC与分别布置在电机轴和组装式提升井架平台上部天轮轴处的两个数字变频器对矿井救援舱进行平滑调速控制，对矿井救援舱的起动、加速、等速、减速、爬行和停止的过程中提供各种保护及监控；操作台Ⅰ设置有手柄及控制按钮，操作台Ⅱ设置有监控显示屏，用来监测滚筒和矿井救援舱运行的实时状态。

所述救援提升监控和通讯装置是由与操作台Ⅲ和设置在矿井救援舱设备舱中的探测盒构成；探测盒中设置有带变焦镜头的高清晰彩色摄像头、语音对讲系统、照明灯和各种环境传感器，进行各种数据采集并通过通讯钢丝绳传输回位于操作台Ⅲ上的显示频上，从而完成氧气、瓦斯、温度等信息的采集、音视频数据的编码与传输、RFID定位查找等功能。

所述组装式提升井架平台是在井架槽钢底座上铰接有由型钢装配而成的独立柱型结构，并通过四个支撑点支承救援系统载荷，在靠近救援机动车一侧铰接有一个框架式斜撑，在顶端安装有天轮，组装式提升井架平台中部安装有防撞梁、行程开关和松绳保护装置。

所述矿井救援舱是由救援主舱和救援副舱构成，其中，救援主舱是依次由导向舱Ⅰ、设备舱Ⅰ、生命舱Ⅰ和缓冲舱Ⅰ连接构成，进一步的，救援主舱高约4m，在设备舱Ⅰ中集成有救援缓降装置、自救式氧气装置、接线盒、矿灯以及救援提升监控和通讯装置探测盒，在生命舱下部设置有旋转式分离底板，在出现救援主舱卡在救援通道中，手动操纵分离旋转式分离底板；所述救援副舱是依次由导向舱Ⅱ、生命舱Ⅱ和缓冲舱Ⅱ连接构成，在救援主舱卡在救援通道中救援。

所述通讯钢丝绳是由通信电缆为绳芯，外周分两层反向缠绕钢丝形成铠装承荷探测的电缆钢丝绳。

所述矿井救援舱的提升速度是2m/s，起重量是0.5t～1t。

所述矿井垂直救援提升系统是固定安装在矿井救援机动车上进行救援，或者是安装布置在实施救援提升井口旁进行救援。

本发明上述所提供的一种矿井救援垂直提升系统的技术方案，与现有技术相比，具有如下的有益效果。

本救援系统是在现有货运卡车的基础上，通过在货运卡车的底盘上加装现有起重吊车系统的液压系统及其连通的起吊系统和支腿结构，实现了本发明所提出的响应速度快，安全性能高，灵活机动的特点，特别适应于中小煤矿井下实施生命应急抢险救援。

本救援系统是针对现有救援舱出现的救援主舱卡在救援通道井筒中的情况，在救援主舱中增设了应急二级分离装置，并配合延伸绳长的缓降器，实现了被救人员安全返回井底，等待下一步救援的结构功能。同时设计救援副舱，解决了救援主舱卡在救援通道井筒中再次救援的难题，提高了救援的可靠性和安全性，进一步保障了矿工的人身安全。

本救援系统具有车载分离功能，在矿井发生重特大事故时，车载矿井救援垂直提升系统快速到达救援现场，实施生命救援；在不需要救援的时候，将矿井救援垂直提升系统置于仓库中备用，增加了救援装置的有效性用，维护时间的便利性。在正常情况下，货运卡车还具有货运卡车的功能，提高了货运卡车的有效利用率。

本救援系统的控制系统采用双PLC与数字变频器对垂直进行平滑调速控制，在起动、加速、等速、减速、爬行、停止的过程中，提供了各种保护及监控功能，确保了救援提升机能够准确的运行，并保证了被救人员的生命安全。

本救援系统的监控和通讯系统将探测仪器集成在救援舱中，完成了氧气、瓦斯、温度等信息的采集、生命迹象的搜寻、音视频数据的编码与传输、主动式RFID定位查找与点对点通信，能够极大地稳定被困矿工的情绪，给其以极大的生命存活的希望，对整个救援顺利展开提供了有利条件以及人性化的救援。

本救援系统设置有两个工作模式，即车载工作模式和地面工作模式。两种模式实时选用，方便灵活，安全可靠；另外，本系统还设计有车载救援工棚，保证了在雨雪等恶劣工况条件下设备的正常工作，保障了救援设备实施救援的可靠性和安全性。

本救援系统在地面工作模式时，靠卡车自配起重机对各模块的槽钢结构进行吊装，稳定可靠；而针对电机减速器模块和滚筒模块对中性不好的问题，采用十字轴式万向联轴器对两模块进行连接，可以很好地解决以上问题，取得了满意的效果。

附图说明

图1是本车载矿井垂直救援设备整体结构示意图。

图2是本车载矿井垂直救援提升系统结构示意图。

图3是本车载提升装备基础平台的俯视结构示意图。

图4是本救援提升电控系统原理图。

图5是本救援提升监控和通讯装置系统原理图。

图6是本救援主舱剖面图。

图7是本救援副舱剖面图。

图中：1：矿井救援机动车；2：组装式提升井架平台；3：矿井救援舱；4：车载提升装备基础平台；5：救援提升装置；6：通讯钢丝绳；7：天轮；8：救援提升装置监控系统；9：车底盘横梁；10：液压系统；11：前辅助支撑；12：后辅助支撑；13：车底盘纵梁；14：起重机；15：电机减速器模块；16：液压站模块；17：滚筒模块；18：万向联轴器模块；19：电机；20：减速器；21：槽钢结构底座Ⅰ；22：液压站；23：槽钢结构底座Ⅱ；24：滚筒；25：盘式制动器盘闸；26：槽钢结构底座Ⅲ；27：减速器低速端连接盘；28：十字轴式万向联轴器；29：滚筒端连接盘；30：救援提升电控系统；31：救援提升监控和通讯装置；32：主控柜；33：制动柜；34：变频电源柜；35：操作台Ⅰ；36：操作台Ⅱ；37：操作台Ⅲ；38：槽钢结构底座Ⅳ；39：井架槽钢底座；40：框架式斜撑；41：救援主舱；42：救援副舱；43：导向舱Ⅰ；44：设备舱Ⅰ；45：生命舱Ⅰ；46：缓冲舱Ⅰ；47：救生缓降装置；48：救援提升监控和通讯装置探测盒；49：旋转式分离底板：50：导向舱Ⅱ；51：生命舱Ⅱ；52：缓冲舱Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做出进一步的说明。

如附图1所示，实施本发明上述所提供的一种矿井垂直救援提升系统，包括矿井救援机动车1、组装式提升井架平台2和矿井救援舱3；其特征在于：所述矿井救援机动车1上设置有车载提升装备基础平台4及其救援提升装置5，再由救援提升装置5上的通讯钢丝绳6通过井口独立组装提升井架平台2及其天轮7垂直连接有矿井救援舱3，并由救援提升装置监控系统8对矿井救援舱3及其被困人员实施救援和监控。

如附图1和附图2所示，本实施方案的矿井救援机动车1，该矿井救援机动车1是对现有的DFL1250A9东风汽车进行改进后的进行矿井救援和货运两用车，所进行的改进是在现有的DFL1250A9东风汽车驾驶室后加装一台现有的起重机14，用以方便吊装各部分救援装备，矿井救援机动车1的额定载重量13.2t，起重机14最大吊装重量为8t，车底盘包括两根纵梁和十七根横梁，车底盘横梁13连接上固定有车载提升装备基础平台4，并在车载提升装备基础平台4上固定安装有救援提升装置5及其救援提升装置监控系统8。在发生矿难时，矿井救援机动车1可携带救援装备快速到达救援现场，在救援装备简单调试完毕后，开启卡车液压系统10使前辅助支撑11和后辅助支撑12落地后，即刻开始实施救援。

如附图2和附图3所示，所述救援提升装置5是由在车载提升装备基础平台4上通过U型螺栓依次集成固定有电机减速器模块15、液压站模块16、滚筒模块17和万向联轴器模块18构成；其中：电机减速器模块15是由电机19、减速器20及其槽钢结构底座Ⅰ21构成；液压站模块16是由液压站22及其槽钢结构底座Ⅱ23构成；滚筒模块17是由滚筒24、盘式制动器盘闸25及其槽钢结构底座Ⅲ26构成；联轴器模块18是由减速器低速端27连接盘通过十字轴式万向联轴器28连接有滚筒端连接盘29构成；并通过万向联轴器模块18实现减速器20与滚筒24的运转连接；万向联轴器18处设置有防护罩，完全包裹万向联轴器模块18，在工作时可以在预防万向联轴器18高速时甩出，保护操作人员的安全。

如附图3所示，而槽钢结构底座Ⅰ21、槽钢结构底座Ⅱ23和槽钢结构底座Ⅲ26与车底盘横梁9的连接则采用U型螺栓的形式从底部卡主车底盘横梁9，穿过车底板和三个槽钢结构底座上预留的与U型螺栓配套的八对长孔，上方再用螺母和垫片固定，可以保证车上救援模式时，救援提升装置5稳定连接，正常工作。而在地下工作模式时可以把螺母拧下来，取下U型螺栓，然后利用起重机14把各模块分别吊装到指定位置，方便快捷。

本系统设计针对每一模块以及整体的防雨棚，保证其在下雨和雪等恶劣条件下设备的正常工作。

如附图4所示，所述救援提升装置监控系统8是在槽钢结构底座Ⅳ38上固定有救援提升电控系统30以及救援提升监控和通讯装置31；其中，救援提升机电控系统30是依次由一侧固定连接的主控柜32、制动柜33、变频电源柜34和另一侧的操作台Ⅰ35、操作台Ⅱ36构成；主控柜32、制动柜33、变频电源柜34柜体内配有照明、加热和散热风扇等设备。并采用双PLC与两个数字变频器对矿井救援舱3进行平滑调速控制，对矿井救援舱3的起动、加速、等速、减速、爬行和停止的过程中提供各种保护及监控。其中双PLC设置在主控柜中，两个编码器分别设置在电机19轴和组装式提升井架平台2上部天轮7轴处。操作台Ⅰ35设置各种手柄及控制按钮，操作台Ⅱ36放置监控显示屏，用来监测滚筒24和矿井救援舱3运行的实时状态。操作台Ⅱ36为触摸屏，显示救援舱的提升运行工况；槽钢结构底座Ⅳ38中间设置有一块底板，这样操作人员活动更加方便，避免了操作人员直接踩在槽钢结构上发生意外的危险。

如附图5所示，所述救援提升监控和通讯装置31是由与操作台Ⅲ37和设置在矿井救援舱3设备舱44中的探测盒48构成；探测盒48中设置有带变焦镜头的高清晰彩色摄像头、语音对讲系统、照明灯和各种环境传感器，进行各种数据采集并通过通讯钢丝绳传输回位于操作台Ⅲ37上的显示频上，从而完成氧气、瓦斯、温度等信息的采集、音视频数据的编码与传输、RFID定位查找等功能。

如附图2所示，所述组装式提升井架平台2是在井架槽钢底座39上铰接有由型钢装配而成的独立柱型结构，并通过四个支撑点支承救援系统载荷，在靠近救援机动车1一侧铰接有一个框架式斜撑40，在顶端安装有天轮8，组装式提升井架平台2中部安装有防撞梁、行程开关和松绳保护装置；三种信号都接入系统保护系统，防止井口过速和松绳等事故的发生。

如附图6和附图7所示，所述矿井救援舱3是由救援主舱41和救援副舱42构成，其中，救援主舱41是依次由导向舱Ⅰ43、设备舱Ⅰ44、生命舱Ⅰ45和缓冲舱Ⅰ46连接构成，进一步的，救援主舱41高约4m，在设备舱Ⅰ44中集成有救援缓降装置47、自救式氧气装置、接线盒、矿灯以及救援提升监控和通讯装置探测盒48，在生命舱下部设置有旋转式分离底板49，在出现救援主舱41卡在救援通道中的情况时，被救矿工可以配合救援缓降装置47，手动操纵分离旋转式分离底板49，从而进行二次逃生。救援副舱42是依次由导向舱Ⅱ50、生命舱Ⅱ51和缓冲舱Ⅱ52连接构成。救援副舱42由于没有设置设备舱，高度仅为2.2m，适用于由于救援通道钢管弯曲等原因造成的救援主舱41卡在救援通道中等情况时，紧急运用救援副舱42，大大提高了救援通道通过性，增加救援的稳定可靠性。

如附图2所示，所述通讯钢丝绳6是由通信电缆为绳芯，外周分两层反向缠绕钢丝形成铠装承荷探测的电缆钢丝绳。内部的绳芯可以保证救援舱内的视频、语音、防过放和气体检测等信号从井下可靠传输到井上。

下面通过实施例对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。

实施本发明上述所提供的一种矿井垂直救援提升系统，包括矿井救援机动车1、组装式提升井架平台2和矿井救援舱3；其构成在于该矿井救援机动车1上设置有车载提升装备基础平台4及其救援提升装置5，再由救援提升装置5上的通讯钢丝绳6通过井口独立组装提升井架平台2及其天轮7垂直连接有矿井救援舱3，并由救援提升装置监控系统8对矿井救援舱及其被困人员实施救援和监控。

本发明矿井垂直救援提升系统分为两个工作模式：车上工作模式和地面工作模式。所述车上工作模式是指在实施救援时，矿井救援机动车1开到合适的位置，所有设备在车载提升装备基础平台4上进行工作，主要适用于现场环境比较恶劣，无法进行相应地基制作或者是救生通道已打通需要快速救援的情况；所述地面工作模式是指在实施救援前，将各设备通过起重机14吊装到预先做好的地基上，再进行救援，主要适用于现场地基情况及整体情况比较良好，并有充足的时间制作地基等情况。这两种工作模式总体上没有太大差异，唯一的区别就是天轮7的出绳角略微有些不同。

在相关的地质部门进行钻探救援通道时，进行相应井架基础的施工，施工完毕后，利用矿井救援机动车1上的起重机14把组装式提升井架平台2吊装到井筒上方，安装好。

地质部门钻孔完成后，将矿井救援机动车1开至指定位置，保证滚筒24中心距离井口距离为16m。通讯钢丝绳6紧密缠绕在提升机的滚筒24上，其中一端固定在滚筒24的压绳板上，另一端绕过天轮7，穿过绳环，用绳卡固定，通讯钢丝绳6内电缆绳芯和矿井救援舱3内部的设备防爆连接。

对救援提升电控系统30和救援提升监控和通讯装置31通电试验后，检查各个系统是否正常工作。

调试完毕后，工作人员就可开启电机19开关，使整个系统进行运转，操作提升机控制手柄就可以下放矿井救援舱3，当矿井救援舱3到底后，激活防过放开关，使矿井救援舱3立即制动。

当被困矿工登上矿井救援舱3，关闭舱门后，司机看到视频监控画面，并可与被困矿工进行语音交流，加强被救信心。

操作提升机操作手柄，矿井救援舱3由底部以2m/s的速度提升到救援提升电控系统30设定的减速段减速，或者激活组装式提升井架平台2上的防撞梁装置，使矿井救援舱3制动。

开启舱门，地面工作人员把被救矿工扶出矿井救援舱(3)，立即送入120抢救。这样就完成了一次救援工作。

Claims (7)

1.一种矿井垂直救援提升系统，包括矿井救援机动车、车载提升装备基础平台和矿井救援舱；其特征在于：所述矿井救援机动车[1]是安装固定有起重机[14]及其液压系统[10]、安装固定有救援提升装置[5]及其车载提升装备基础平台[4]；所述救援提升装置[5]是在矿井垂直救援时由通讯钢丝绳[6]通过井口独立组装提升井架平台[2]的天轮[7]垂直连接有矿井救援舱[3]构成；所述车载提升装备基础平台[4]是集成固定有电机减速器模块[15]、液压站模块[16]、滚筒模块[17]和万向联轴器模块[18]构成；并通过救援提升装置监控系统[8]实现对矿井救援舱及其被困人员实施救援和监控。

2.如权利要求1所述的矿井垂直救援提升系统，其特征在于：所述矿井救援机动车[1]是依次在驾驶室后的车底盘纵梁[9]上固定有起重机[14]及其液压系统[10]、前辅助支撑[11]和后辅助支撑[12]结构，在车底盘横梁[13]上安装固定有救援提升装置[5]、车载提升装备基础平台[4]及其救援提升装置监控系统[8]；

所述车载提升装备基础平台[4]是通过U型螺栓依次集成固定有电机减速器模块[15]、液压站模块[16]、滚筒模块[17]和万向联轴器模块[18]构成；其中：电机减速器模块[15]是由电机[19]、减速器[20]及其槽钢结构底座Ⅰ[21]构成；液压站模块[16]是由液压站[22]及其槽钢结构底座Ⅱ[23]构成；滚筒模块[17]是由滚筒[24]盘式制动器盘闸[25]及其槽钢结构底座Ⅲ[26]构成；联轴器模块[18]是由减速器低速端[27]连接盘通过十字轴式万向联轴器[28]连接有滚筒端连接盘[29]构成；并通过万向联轴器模块[18]实现减速器[20]与滚筒[24]的运转连接；

所述救援提升装置监控系统[8]是在槽钢结构底座Ⅳ[38]上固定有救援提升电控系统[30]以及救援提升监控和通讯装置[31]；其中，救援提升机电控系统[30]是依次由一侧固定连接的主控柜[32]、制动柜[33]、变频电源柜[34]和另一侧的操作台Ⅰ[35]、操作台Ⅱ[36]构成，并采用布置在主控柜中的双PLC与分别布置在电机轴和组装式提升井架平台[2]上部天轮[7]轴处的两个数字变频器对矿井救援舱[3]进行平滑调速控制，对矿井救援舱[3]的起动、加速、等速、减速、爬行和停止的过程中提供各种保护及监控；操作台Ⅰ[35]设置有手柄及控制按钮，操作台Ⅱ[36]设置有监控显示屏，用来监测滚筒[24]和矿井救援舱[3]运行的实时状态；

所述救援提升监控和通讯装置[31]是由与操作台Ⅲ[37]和设置在矿井救援舱[3]设备舱[44]中的探测盒[48]构成；探测盒[48]中设置有带变焦镜头的高清晰彩色摄像头、语音对讲系统、照明灯和各种环境传感器，进行各种数据采集并通过通讯钢丝绳传输回位于操作台Ⅲ[37]上的显示频上，从而完成氧气、瓦斯、温度等信息的采集、音视频数据的编码与传输、RFID定位查找等功能。

3.如权利要求1所述的矿井垂直救援提升系统，其特征在于：所述组装式提升井架平台[2]是在井架槽钢底座[39]上铰接有由型钢装配而成的独立柱型结构，并通过四个支撑点支承救援系统载荷，在靠近救援机动车[1]一侧铰接有一个框架式斜撑[40]，在顶端安装有天轮[8]，组装式提升井架平台[2]中部安装有防撞梁、行程开关和松绳保护装置。

4.如权利要求1所述的矿井垂直救援提升系统，其特征在于：所述矿井救援舱[3]是由救援主舱[41]和救援副舱[42]构成，其中，救援主舱[41]是依次由导向舱Ⅰ[43]、设备舱Ⅰ[44]、生命舱Ⅰ[45]和缓冲舱Ⅰ[46]连接构成，所述救援主舱[41]高约4m，在设备舱Ⅰ[44]中集成有救援缓降装置[47]、自救式氧气装置、接线盒、矿灯以及救援提升监控和通讯装置探测盒[48]，在生命舱下部设置有旋转式分离底板[49]，救援主舱[41]卡在救援通道中，手动操纵分离旋转式分离底板[49]；所述救援副舱[42]是依次由导向舱Ⅱ[50]、生命舱Ⅱ[51]和缓冲舱Ⅱ[52]连接构成，在救援主舱[41]卡在救援通道中备用救援。

5.如权利要求1所述的矿井垂直救援提升系统，其特征在于：所述通讯钢丝绳[6]是由通信电缆为绳芯，外周分两层反向缠绕钢丝形成铠装承荷探测的电缆钢丝绳。

6.如权利要求1所述的矿井垂直救援提升系统，其特征在于：所述矿井救援舱[3]的提升速度是2m/s，起重量是0.5t～1t。

7.如权利要求1所述的矿井垂直救援提升系统，其特征在于：所述矿井垂直救援提升系统是固定安装在矿井救援机动车[1]上进行救援，或者是安装布置在实施救援提升井口旁进行救援。