CN116902021B - 高效斜巷跑车防护系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高效斜巷跑车防护系统及方法，涉及矿井用安全装置技术领域，包括有沿斜巷均布设置的多个挡车栏、收放器，收放器与挡车栏连接，斜巷底部的轨道两侧设置有与挡车栏连接的缓冲吸能器，每个挡车栏前均布置有位置传感器和速度传感器，斜巷内运输的物料运输车内布置有称重传感机构，收放器、位置、速度、称重传感机构均与电控箱电性连接，电控箱内设自动控制模块，电控箱与上位机集中控制系统电性连接，用以控制跑车防护系统的运行。本发明针对斜巷轨道运输的常闭式跑车防护系统应用现状存在的问题，解决了辅助运输轻车工况时跑车防护系统由于设置数量多、控制响应慢，导致车辆运行阻塞，不流畅的问题，实现了车辆高效运输和安全。
Description
技术领域
本发明涉及矿井用安全装置技术领域，尤其涉及高效斜巷跑车防护系统及方法。
背景技术
斜井绞车运输是我国煤矿开采辅助运输的主要方式之一，斜井斜巷坡度一般很大，车辆运输过程中失控和跑车是主要潜在隐患。为避免矿山斜井物料运输车运输中，因摘挂钩失误或断绳、脱钩等造成车辆跑车现象，斜巷内应安设跑车防护系统。其中，斜巷的上车场变坡点处应安设阻车器，斜巷内应安设“常闭式”跑车防护系统，上述设备可有效地避免各类斜巷跑车事故的发生，确保了斜巷运输安全。在无车辆通过时，跑车防护系统的挡车网处在“常闭”状态，使整个运输斜巷处于封闭状态，起到跑车防护作用；在有车辆接近挡车网准备通过时，挡车网自动提起，车辆经过后，挡车网自动落下，再次进入“常闭”状态。
在煤矿斜井辅助运输中，绝大多数工况是运材料、运矸石（重量较轻）等轻车运输工况，大件、支架运输等重车工况非常少。但是根据煤矿相关文件的规定，斜巷中“常闭式”跑车防护系统的挡车栏数量的设置是按照斜巷内要运输的最大件的重量和速度（重车工况）来计算选型确定的，这就导致了整个斜巷中需要安设跑车防护系统的数量较多。但日常的运材料、运矸石属于轻车运输工况，由于提升重量轻、速度小，此工况下并不需要布置如此多的“常闭式”跑车防护系统，这就导致了车辆运行阻塞、不流畅，严重影响运输效率。
发明内容
为解决“常闭”式跑车防护系统现有技术的缺点和不足，本发明提供的高效斜巷跑车防护系统及方法，针对斜巷运输“常闭式”跑车防护系统现状应用中存在的问题，可根据当次运输中物料的重量，实时调整斜巷中挡车栏的布置距离和数量，解决了日常的运材料、运矸石等轻车工况时，挡车栏由于设置数量多，导致车辆运行阻塞，不流畅的问题；并且通过称重传感机构与提升机、跑车防护系统实现电气闭锁，严禁超载运输，实现了物料的高效运输和安全。
实现本发明目的而提供的高效斜巷跑车防护系统，包括有挡车栏，挡车栏沿斜巷均布设置有多个，斜巷内固定设置有收放器，收放器与挡车栏连接，斜巷底部的轨道两侧设置有缓冲吸能器，挡车栏与缓冲吸能器连接，每个挡车栏前均布置有位置传感器，相邻两个挡车栏间设置有速度传感器，斜巷井口、井底内起始运输区域内均布置有称重传感机构，收放器、位置传感器、速度传感器、称重传感机构均与电控箱电性连接，电控箱内设自动控制模块，电控箱与上位机集中控制系统电性连接，用以控制跑车防护系统的运行。
高效斜巷跑车防护系统的控制方法，包括有以下步骤：
步骤1：在电控箱内的自动控制模块中设定了跑车防护系统的额定抗冲击能量E、运输的斜巷坡度θ、物料运输的阻力系数μ、重力加速度g、重车工况下的常闭挡车网数量n、重车工况下的物料运输速度V重、轻车工况下的物料运输速度V轻、斜巷斜长L、第一道挡车栏距离变坡点的距离L1、最后一道挡车栏距离井底的距离为L末、提升系统允许的最大重量Mmax、重车工况与轻车工况的界限值t；
步骤2：其中，L1＜L重max，L末＜L重max，L重max为重车工况运行模式下跑车防护系统所对应的最大挡车距离，L重max=（E-0.5MV重 2）/Mg(sinθ-μcosθ)，其中，M为起始运输区域内的称重传感机构检测得到的总重；
开始运输时，若t≤M≤Mmax，自动控制模块启动重车工况运行模式；若M<t，自动控制模块启动轻车工况运行模式；若M＞Mmax，自动控制模块启动禁止运行模式；
若为重车工况运行模式，确定重车工况下的常闭挡车网数量n=(L-L1-L末)/L重max；
在重车工况运行模式下，物料运行过程中通过挡车栏前的速度传感器实时监测物料运行速度V，
若速度V小于等于1.2倍重车工况下的物料运输速度V重，则识别为未发生跑车情况，然后根据位置传感器反馈的信号，控制物料运输车接近的下一个挡车网提前打开，物料运输车通过后，挡车网恢复常闭，直至物料运输车通过最后一个挡车网，完成运输；
若速度V大于1.2倍重车工况下的物料运输速度V重，则识别为发生跑车情况，挡车网保持常闭，完成拦截防护；
若为轻车工况运行模式，根据起始运输区域内的称重传感机构检测得到的总重M，计算出轻车工况运行模式下跑车防护系统所对应的最大挡车距离L轻max=（E-0.5MV轻 2）/Mg(sinθ-μcosθ)，从而确定常闭挡车网数量=(L-L1-L末)/L轻max，若/>为非整数，则向上取整数得到b，若/>为整数，直接使/>=b；从而确定布置间隔数c=（n-b-1）/b，若c为非整数，则向下取整数得到d，若c为整数，直接使c=d；具体分布方式为第1个和最后1个挡车栏为常闭，然后从第一个挡车网开始计数，每间隔d个挡车网，保持1个挡车网常闭，其余挡车网均为打开状态；
在轻车工况运行模式下，物料运行过程中通过挡车栏前的速度传感器实时监测物料运行速度V，
若速度V小于等于1.2倍轻车运行模式下运输速度V轻，则识别为未发生跑车情况，然后根据位置传感器反馈的信号，控制物料运输车接近的下一个挡车网提前打开，物料运输车通过后，挡车网恢复常闭，直至物料运输车通过最后一个挡车网，完成运输；
若速度V大于1.2倍轻车运行模式下运输速度V轻，则识别为发生跑车情况，挡车网保持常闭，完成拦截防护；
若为禁止运行模式，通过电气闭锁，禁止配套的提升机和跑车防护系统运行。实现本发明目的而提供的禁止运行模式，通过斜巷井口、井底起始运输区域内布置的称重传感机构，当运输的物料通过称重传感机构时，若物料运输的重量M＞提升系统允许的最大重量Mmax，此时称重传感机构将给提升机、跑车防护系统系统提供1个反馈信号，通过电气闭锁，禁止提升机和跑车防护系统运行，有效避免了物料的超载运输，并由此而导致的断绳、跑车。
本发明的有益效果是：
1、与现有技术相比，本发明提供的高效斜巷跑车防护系统及方法实现了跑车防护系统的分工况运行，包括重车工况和轻车工况，这种物料运输分工况运行模式更接近实际生产，更有利于提高生产效率和运输安全。
2、本发明提供的高效斜巷跑车防护系统及方法，特别是在轻车工况运行模式下，可根据当次运输中物料的重量，实时调整斜巷中跑车防护系统挡车网的数量和布置距离，解决了日常的运材料、运矸石等轻车工况时跑车防护系统由于设置数量多，导致车辆运行阻塞，不流畅的问题，极大地提高了运输效率，可提高70%，同时确保了物料的运输安全。
3、与现有技术相比，本发明在斜巷井口、井底内起始运输区域内均布置有称重传感机构，并且通过称重传感机构与提升机、跑车防护系统实现电气闭锁，有效避免了物料的超载运输，并由此而导致的断绳、跑车，极大地提高了物料的运输安全。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
图1 为本发明的控制方法流程图；
图2 为本发明的系统的结构示意图；
图3 为图2的A的局部放大图。
图中1-物料运输车，2-挡车栏，3-收放器，4-位置传感器，5-速度传感器，6-缓冲吸能器，7-电控箱，8-称重传感机构。
具体实施方式
如图2、3所示，是物料运输车1在斜巷内的结构示意图，本发明提供的高效斜巷跑车防护系统，包括有挡车栏2，挡车栏2沿斜巷均布设置有多个，斜巷内固定设置有收放器3，收放器3与挡车栏2连接，斜巷底部的轨道两侧设置有缓冲吸能器6，挡车栏2与缓冲吸能器6连接，每个挡车栏2前均布置有位置传感器4，斜巷内运输的物料运输车1内布置有称重传感机构8，相邻两个挡车栏2间设置有速度传感器5，斜巷井口、井底内起始运输区域内均布置有称重传感机构8，斜巷井口、井底内起始运输区域内均布置有称重传感机构8实现无论是提升物料还是下放物料均能在运输前进行称重，并相应切换运输工况。收放器3、位置传感器4、速度传感器5、称重传感机构8均与电控箱7电性连接，电控箱7内设自动控制模块（类似PLC），自动控制模块为常规设计，具体型号不需要详述，采用多种形式的芯片组都可以实现。电控箱7与上位机集中控制系统电性连接，用以控制跑车防护系统的运行，上位机就是普通PC，软件为常见的集控系统。整个系统设故障监测回路、误拦截检测回路。拦截同时对故障进行声光报警装置，同时配备图像视频监测系统。
如图1所示，高效斜巷跑车防护系统的控制方法，包括有以下步骤：
步骤1：在电控箱内的自动控制模块中设定了跑车防护系统的额定抗冲击能量E、运输的斜巷坡度θ、物料运输的阻力系数μ、重力加速度g、重车工况下的物料运输速度V重、轻车工况下的物料运输速度V轻、斜巷斜长L、第一道挡车栏距离变坡点的距离L1、最后一道挡车栏距离井底的距离为L末、提升系统允许的最大重量Mmax、重车工况与轻车工况的界限值t；
步骤2：其中，L1＜L重max，L末＜L重max，L重max为重车工况运行模式下跑车防护系统所对应的最大挡车距离，L重max=（E-0.5MV重 2）/Mg(sinθ-μcosθ)，其中，M为起始运输区域内的称重传感机构检测得到的总重；开始运输时，若t≤M≤Mmax，自动控制模块启动重车工况运行模式；若M<t，自动控制模块启动轻车工况运行模式；若M＞Mmax，自动控制模块启动禁止运行模式；
若为重车工况运行模式，确定重车工况下的常闭挡车网数量n=(L-L1-L末)/L重max，在重车工况运行模式下，物料运行过程中通过挡车栏前的速度传感器实时监测物料运行速度V，若速度V小于等于1.2倍重车工况下的物料运输速度V重，则识别为未发生跑车情况，然后根据位置传感器反馈的信号，控制物料运输车接近的下一个挡车网提前打开，物料运输车通过后，挡车网恢复常闭，直至物料运输车通过最后一个挡车网，完成运输；若速度V大于1.2倍重车工况下的物料运输速度V重，则识别为发生跑车情况，挡车网保持常闭，完成拦截防护；
若为轻车工况运行模式，根据起始运输区域内的称重传感机构检测得到的总重M，计算出轻车工况运行模式下跑车防护系统所对应的最大挡车距离L轻max=（E-0.5MV轻 2）/Mg(sinθ-μcosθ)，从而确定常闭挡车网数量=(L-L1-L末)/L轻max，若/>为非整数，则向上取整数得到b，若/>为整数，直接使/>=b；从而确定布置间隔数c=（n-b-1）/b，若c为非整数，则向下取整数得到d，若c为整数，直接使c=d；具体分布方式为第1个和最后1个挡车栏为常闭，然后从第一个挡车网开始计数，每间隔d个挡车网，保持1个挡车网常闭，其余挡车网均为打开状态，也即两个常闭挡车网之间有d个挡车网为打开状态；在轻车工况运行模式下，物料运行过程中通过挡车栏前的速度传感器实时监测物料运行速度V，若速度V小于等于1.2倍轻车运行模式下运输速度V轻，则识别为未发生跑车情况，然后根据位置传感器反馈的信号，控制物料运输车接近的下一个挡车网提前打开，物料运输车通过后，挡车网恢复常闭，直至物料运输车通过最后一个挡车网，完成运输；若速度V大于1.2倍轻车运行模式下运输速度V轻，则识别为发生跑车情况，挡车网保持常闭，完成拦截防护；
若为禁止运行模式，通过电气闭锁，禁止配套的提升机和跑车防护系统运行。实现本发明目的而提供的禁止运行模式，通过斜巷井口、井底起始运输区域内布置的称重传感机构，当运输的物料通过称重传感机构时，若物料运输的重量M＞提升系统允许的最大重量Mmax，此时称重传感机构将给提升机、跑车防护系统系统提供1个反馈信号，通过电气闭锁，禁止提升机和跑车防护系统运行，有效避免了物料的超载运输，并由此而导致的断绳、跑车。
本发明的创新点在于根据下放物料的重量区分两种运输工况，在控制保证拦截效果的前提下，尽可能提高物料运输车1通过效率。而根据挡车网可以拦截的最大能量，计算出重车、轻车最大安全滑行距离，从而确定挡车网布置的最小间隔距离。挡车网可以拦截的最大能量根据设备确定。根据车辆总重、斜巷坡度θ、重力加速度、车轮车轨摩擦系数等可以计算出不大于该拦截能量条件下物料运输车1滑行的最大允许距离。该计算方法通过“中华人民共和国煤炭行业标准MT 933-2005 跑车防护装置技术条件”可得，不需要在本发明中详述。
具体通过以下实施例来进一步解释说明：
即假定某矿井斜巷斜长L=297289mm, 在重车工况时，起始运输区域内的称重传感机构检测得到的总重M=26t, 重力加速度g取9.81m/s, 运输的斜巷坡度θ=22°, 跑车防护系统的额定抗冲击能量E=2.5MJ, 重车工况下的物料运输速度V重=2.36m/s, 在轻车工况时，起始运输区域内的称重传感机构检测得到的总重M=9t，轻车工况下的物料运输速度V轻=2.94m/s，按本发明的控制方法
L重max=（E-0.5MV重 2）/Mg(sinθ-μcosθ)=27.22m
L轻max=（E-0.5MV轻 2）/Mg(sinθ-μcosθ)=79.72m
计算详见中华人民共和国煤炭行业标准MT 933-2005 跑车防护装置技术条件。
某矿井297289mm长的斜巷中，第一道挡车栏距离变坡点的距离L1为26000mm，最后一道挡车栏距离井底的距离为L末为78000mm，跑车防护系统额定抗冲击能量E=2.5MJ，物料运输的阻力系数μ=0.02。重车工况下的常闭挡车网数量n=(L-L1-L末)/L重max，计算取值为7，第一道挡车网、最后一道挡车网任何情况均为常闭，其余挡车网数量为5个，常闭挡车网数量=(L-L1-L末)/L轻max，具体计算数值为2.4，/>向上取值，得轻车工况常闭挡车网数量b=3个，c=（n-b-1）/b，计算取值为1，进而得，轻车工况常闭挡车网布置间隔数d=1，从第一个挡车网开始计数，每间隔1个挡车网，保持1个挡车网常闭，其余挡车网均为打开状态，也即两个常闭挡车网之间有一个挡车网为常开，最终得到在轻车工况运行模式下，除了第一道挡车网和最后一道挡车网常闭以外，常闭挡车网数量为2，常开挡车网数量为3，也就是总的常闭挡车网数量为4，常开挡车网数量为3。本发明的控制方法仍能保证发生跑车情况时挡车网可以完成拦截，同时可以大大提高生产效率。
以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.一种高效斜巷跑车防护方法，其特征在于：包括有以下步骤：
步骤1：在电控箱内的自动控制模块中设定了跑车防护系统的额定抗冲击能量E、运输的斜巷坡度θ、物料运输的阻力系数μ、重力加速度g、重车工况下的常闭挡车网数量n、重车工况下的物料运输速度V重、轻车工况下的物料运输速度V轻、斜巷斜长L、第一道挡车栏距离变坡点的距离L1、最后一道挡车栏距离井底的距离为L末、提升系统允许的最大重量Mmax、重车工况与轻车工况的界限值t；
步骤2：其中，L1＜L重max，L末＜L重max，L重max为重车工况运行模式下跑车防护系统所对应的最大挡车距离，L重max=（E-0.5MV重 2）/Mg(sinθ-μcosθ)，其中，M为起始运输区域内的称重传感机构检测得到的总重，在开始运输时，若t≤M≤Mmax，自动控制模块启动重车工况运行模式；若M<t，自动控制模块启动轻车工况运行模式；若M＞Mmax，自动控制模块启动禁止运行模式；
若为重车工况运行模式，确定重车工况下的常闭挡车网数量n=(L-L1-L末)/L重max，在重车工况运行模式下，物料运行过程中通过挡车栏前的速度传感器实时监测物料运行速度V，若速度V小于等于1.2倍重车工况下的物料运输速度V重，则识别为未发生跑车情况，然后根据位置传感器反馈的信号，控制物料运输车接近的下一个挡车网提前打开，物料运输车通过后，挡车网恢复常闭，直至物料运输车通过最后一个挡车网，完成运输；若速度V大于1.2倍重车工况下的物料运输速度V重，则识别为发生跑车情况，挡车网保持常闭，完成拦截防护；
若为轻车工况运行模式，根据起始运输区域内的称重传感机构检测得到的总重M，计算出轻车工况运行模式下跑车防护系统所对应的最大挡车距离L轻max=（E-0.5MV轻 2）/Mg（sinθ-μcosθ)，从而确定常闭挡车网数量a=（L-L1-L末)/L轻max，若a为非整数，则向上取整数得到b，若a为整数，直接使a=b；从而确定布置间隔数c=（n-b-1）/b，若c为非整数，则向下取整数得到d，若c为整数，直接使c=d；具体分布方式为第1个和最后1个挡车栏为常闭，然后从第一个挡车网开始计数，每间隔d个挡车网，保持1个挡车网常闭，其余挡车网均为打开状态，在轻车工况运行模式下，物料运行过程中通过挡车栏前的速度传感器实时监测物料运行速度V，若速度V小于等于1.2倍轻车运行模式下运输速度V轻，则识别为未发生跑车情况，然后根据位置传感器反馈的信号，控制物料运输车接近的下一个挡车网提前打开，物料运输车通过后，挡车网恢复常闭，直至物料运输车通过最后一个挡车网，完成运输；若速度V大于1.2倍轻车运行模式下运输速度V轻，则识别为发生跑车情况，挡车网保持常闭，完成拦截防护；
若为禁止运行模式，通过电气闭锁，禁止配套的提升机和跑车防护系统运行。
2.一种应用权利要求1所述的高效斜巷跑车防护方法的高效斜巷跑车防护系统，包括有挡车栏，挡车栏沿斜巷均布设置有多个，其特征在于：斜巷内固定设置有收放器，收放器与挡车栏连接，斜巷底部的轨道两侧设置有缓冲吸能器，挡车栏与缓冲吸能器连接，每个挡车栏前均布置有位置传感器，相邻两个挡车栏间设置有速度传感器，斜巷井口、井底内的起始运输区域内均布置有称重传感机构，收放器、位置传感器、速度传感器、称重传感机构均与电控箱电性连接，电控箱内设自动控制模块，电控箱与上位机集中控制系统电性连接，用以控制跑车防护系统的运行。
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