斜井跑車防護裝置能量計算

斜井跑車防護裝置能量計算摘要：針對煤礦斜井運輸中發(fā)生的跑車事故，分析了跑車事故發(fā)生時產(chǎn)生的沖擊能量，對跑車防護裝置吸收沖擊能量的能力做出了分析計算，對煤礦跑車防護裝置的選型計算有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：跑車防護裝置；斜井；能量計算斜井運輸是煤礦運輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，斜井跑車事故是較為常見事故，一旦發(fā)生鋼絲繩斷繩或脫鉤等跑車事故，就可能造成設(shè)備損壞、中斷斜井運輸?shù)冉?jīng)濟損失，嚴重時還可能造成人員傷亡。《煤礦安全規(guī)程》第三百七十條明確規(guī)定：“傾斜井巷內(nèi)使用串車提升時必須遵守下列規(guī)定：（一）在傾斜井巷內(nèi)安設(shè)能夠?qū)⑦\行中斷繩、脫鉤的車輛阻止住的跑車防護裝置?！蹦壳?，煤礦使用的跑車防護裝置種類較多，本文主要針對目前應(yīng)用比較廣泛的柔性跑車防護裝置吸收沖擊能量的大小做出分析計算1、防護裝置的形式柔性跑車防護裝置為常閉型，該裝置一般由PLC控制器、傳感器、吸能器、執(zhí)行機構(gòu)及擋車欄等組成。原理圖如下所示：正常情況下跑車防護裝置為常閉狀態(tài)。①當?shù)V車下行時，前后輪經(jīng)過“SA”傳感器，“SA”感應(yīng)到兩個信號經(jīng)PLC判定為礦車正常行駛速度時FLC將發(fā)出命令讓執(zhí)行機構(gòu)將擋車欄提升，上礦車通過。當?shù)V車下行越過傳感器“SC”后，傳感器“SC”將發(fā)出礦車下行通過擋車欄信號,PLC控制器將控制電機反轉(zhuǎn)進行下放擋車欄。②當?shù)V車上行經(jīng)過軌道傳感器“SC”時，軌道傳感器“SC”將發(fā)出礦車上行通過信號，PLC電控箱控制上提擋車欄，讓礦車通過。當?shù)V車上行越過傳感器“SA”后，傳感器“SA”將發(fā)出礦車上行通過擋車欄信號PLC控制器將控制電機反轉(zhuǎn)進行下放擋車欄。③若礦車速度超出正常運行速度時，PLC不動作，擋車欄保持放下的位置即常閉狀態(tài)，對礦車有效攔住，保障了巷道下部設(shè)備和人員的安全2、跑車防護裝置吸收能量計算跑車防護裝置吸收能量計算跑車防護裝置吸收能量計算跑車防護裝置吸收能量計算現(xiàn)結(jié)合上述跑車防護裝置，對其吸收沖擊能量的分析計算如下：根據(jù)能量守恒定律，礦車在井筒內(nèi)任意一點發(fā)生跑車事故，到礦車被跑車防護裝置攔下所發(fā)生的能量變化為：礦車在發(fā)生跑車事故點的動能（即礦車正常下放的最大動能）與礦車被攔下，所經(jīng)過斜坡長度礦車勢能減少的和應(yīng)該等于礦車在軌道上摩擦損失的能量與跑車防護裝置吸收能量的和，公式如下：1/2mv2+mgLsina二E+mgLcosa………⑴式中：L——從跑車開始到礦車被擋車欄攔住所經(jīng)過斜坡長度單位mm發(fā)生跑車的礦車或串車質(zhì)量單位：kgE——跑車防護裝置吸收能量單位：Ja——斜坡軌道的傾角單位：°p——礦車或串車運行阻力系數(shù)取p=0.015g重力加速度取g=9.8m/s2v礦車最大運行速度單位：m/s假設(shè)某井筒傾角a二25°;礦車正常運行最大速度為v=5m/s;提升串車為1.1m3600軌距固定式礦車（質(zhì)量為：610kg）5輛，則串車裝滿矸石總質(zhì)量約為m二1.6x1.1x5=11850kg，由于斷繩而發(fā)生跑車時經(jīng)過的斜坡長度為L二100m。計算柔性擋車欄應(yīng)吸收的能量。現(xiàn)將公式⑴整理變形為：E二1/2mv2+mgLsina-mgLcosa將上述假設(shè)參數(shù)帶入公式⑵，求得跑車防護裝置所要吸收的能量為E“5054412J。跑車防護裝置一般有兩個吸能裝置，則每個吸能器應(yīng)該吸收的能量為E1=2527206J。現(xiàn)在通過煤安認證擁有煤安標志的跑車防護裝置生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的吸能器的吸收能量一般在1.0~1.4MJ之間，遠遠滿足不了EB2527206J的要求。如果按E1二1.4MJ反算斜坡長度，即E二2.8MJ，其余參數(shù)依然按上述假設(shè)條件，將公式⑴整理變形為：L二E-1mv22mg(sina-cosa)可得出L“58m。假如有一條300m長的井筒，每隔58m設(shè)一道跑車防護裝置，那么整條井筒就需要設(shè)置5套跑車防護裝置，不僅提高了成本，而且增加了失效點，降低了可靠性，不符合現(xiàn)場的實際要求。而且隨著自動化綜采設(shè)備運用越來越廣泛，液壓支架、采煤機等大型設(shè)備也越來越重，很多提升的物料已經(jīng)遠遠超過了m二11850kg，使跑車防護裝置的布置更加困難。為了使跑車防護裝置在井筒內(nèi)布置的合理，又滿足吸能器E二1.0~1.4MJ要求，只能減小礦車下放速度、減小串車總質(zhì)量或減小斜坡軌道傾角。但這樣做往往會減少副井提升能力或增加礦井的初期投資。重慶聯(lián)創(chuàng)煤業(yè)有限責(zé)任公司興隆煤礦副斜井斜長532米，傾角25°,一次提升1t礦車5輛。其防跑車裝置布置形式即按上述方式。雖然自投產(chǎn)以來運行行良好，但是影響了礦井的提升能力3、跑車防護裝置布置方案探討市場上現(xiàn)有的各種跑車防護裝置產(chǎn)品原理上能防止跑車事故。但是對于沖擊能量大于3MJ（一套跑車防護裝置含兩個吸能裝置）的跑車事故是無能為力的?；谏鲜龇治?，筆者認為如果把跑車防護裝置和制動礦車聯(lián)合使用會收到較好的效果。所謂制動礦車有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是直接在每輛礦車底盤上都安裝制動裝置，當?shù)V車正常運行時，礦車性能與普通礦車一樣，一旦超速，通過裝在礦車上的制動裝置卡住鋼軌以吸收能量，實現(xiàn)制動。另一種是在礦車組的前面再加一輛制動車，正常運行時制動車不起作用，當發(fā)生跑車事故時，制動礦車起作用，實現(xiàn)吸能制動。制動礦車可以實現(xiàn)礦車的及時抓捕，對設(shè)備沖擊小。聯(lián)合布置后，跑車防護裝置只布置在井上、下變坡點處。其中布置的井口的主要防止井口沒有掛好就將礦車推下斜巷造成的跑車，此時礦車的速度比較小，所以對跑車防護裝置的吸能量要求低。布置在井底的主要防止礦車在井筒中發(fā)生跑車，但制動礦車沒起到制動作用時的跑車事故。對于距離比較短或傾角比較緩的斜井，可以按上述方式在井口及井底各布置一套即可。對于長距離或傾角大的斜井，建議在井筒中部增設(shè)一套，或者在井底連續(xù)布置兩套跑車，以便有效的起到攔截跑車的作用。上述布置方式減少了跑車防護裝置的數(shù)量，能夠及時的阻止跑車事故，但是增加了制動礦車，提高了使用及維護成