联锁挡车安全门的设计与应用

联锁挡车安全门的设计与应用

张志焕

张志焕（黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司鸡西分公司新发煤矿，黑龙江鸡西158100）

摘要：根据施工中斜巷的实际情况，设计、制作一种操作灵活方便、使用安全可靠的联锁挡车安全门，文章介绍了联锁挡车安全门的结构特点、加工制作与安装及应用情况。通过现场应用，收到了较好的效果。

关键词：跑车防护安全门；施工斜巷；防跑车；工作原理

发生跑车事故是斜井提升最大的安全隐患之一，《煤矿安全规程》规定：在倾斜井巷内使用串车提升必须在井口和井巷内务车场安设可靠的跑车防护装置。目前，国内外研制多种类型斜井跑车防护装置，大都因其结构复杂、造价成本高、维修量大，不适宜在施工斜巷中使用。新集矿在-550m中央回风下山（10°）施工中，安装使用一种悬吊式联锁挡车安全门，有效地避免跑车事故的发生，确保了斜巷安全施工，而且该设施加工制作简单，操作灵活方便，安全可靠。

1悬吊式联锁挡车安全门的结构

悬吊式联锁挡车安全门主要由以下几个部分组成：挡车框架、支架钢梁、导向滑轮、联动钢丝绳等。支架钢梁采用18#工字钢加工，横向设置于井巷中，钢梁距轨面2.3m，挡车框架以支杆的形式倾斜设置于巷道中，其上端紧靠横向钢梁，下端置于道挡底板上，框架与巷道倾斜角度58°，框架上下可以转达80°，框架正常摆动高度（距轨面）2.0m。当发生跑车事故矿车撞击挡车框架时，上部钢梁及下部底板与撞击点形成杠杆作用，有效阻止矿车下滑。

2加工制作与安装

2.1加工制作。框架横梁用18#工字钢加工，长度根据巷道宽度而定，加工时应比巷道净宽长600~700mm。挡车框架用18#工宇钢加工。框架规格：长×宽；2700mm×440mm，框架中间设置横梁一根，装配结构形式为焊接。

2.2挡车门安装。（1）挡车门安装要求：a.必须保证一个挡车门打开，另一个处于常闭状态（1#处于常闭状态）。b.安全门与横梁联接应牢固可靠、灵活方便；c.1#安全门应比2#安全门稍重些，同时加工两个把手以便于操作。（2）横梁间距确定：人工开启挡车框架时间为2-2s，JD-40型调度绞车带电时最大运行速度为1.6m/s，JD-40型调度绞车在3s时运行距离为4.8m，考虑一定的安全系数，故横梁之间距离为6m。（3）在变坡点向下适当位置，一般向下2m及8m处各安装1根18#工字钢横梁，梁间距6m，梁须嵌入巷帮300~400M血，钢梁安装后用混凝土浇灌。（4）1#、2#挡车框架用活动式固定装置安装在支架横梁上，1#框架放置在变坡处，2#框架安装时放在变坡点向下6m处，安装时框架中心必须与轨中一致。（5）用钢丝绳通过导向滑轮把1#、2#，挡车框架联接起来，绳端用绳夹固定于框架下部横梁上，连接时应保证一个框架吊平，另一个框架落下。

3工作原理

框架抬起（挡车框架应高手矿车300m），此时，2#框架由于钢丝绳联接，在框架自重作用下，自动落下，处于关闭状态。矿车通过1，框架后，由人工操作落下1#框架，使其处于关闭状态。2#框架在钢丝绳联动作用下，自动抬起。使矿车顺利通过2#框架。无论在矿车运行或停钩时，始终保持一个挡车架处于关闭状态，阻挡非正常情况下跑车辆，达到防止跑车之目的，以保证斜巷安全施工。

4性能比较及应用情况

4.1性能比较。传统使用的挡车门、钢丝绳挡车帘，只有在关闭的状态下，才能起到挡车作用，且操作不方便，容易变形，时常出现操作工人的疏忽或是有而不用，而造成跑车事故。悬吊式联锁挡车安全门无论在运行中或是停钩时，始终有一个挡车架处于常闭状态，且挡车架抗冲击能力强，完全可以阻挡任何非正常下跑车辆，有效防止跑车事故的发生。

4.2应用情况。-550m水平中央回风下山斜长330m，坡度10°，巷道净断面13.17m2，巷道规格净宽x净高：4.2m×3.6m，锚网喷支护。运输方式采用JD-40型调度绞车提升，钢丝绳φ8.5mm，最多允许提升1t矿车两辆，运输采用22kg/m轻型钢轨，轨距600mm。悬吊式联锁挡车安全门在-550m水平中央回风下山施工中已安装使用2年多时间，操作灵活方便，安全可靠，挡车效果好，确保了该斜巷的安全施工。受到现场施工人员的一致好评。

4.3安全门受力分析。

（1）矿车冲击力计算。采用1t矿车运输，矿车自重为700kg，两个重矿车串联时总重量为3400kg。

a.跑车速度。

υ=（2as）1/2=（2×9.8×sinl0°×6）1/2=4.52m/s

式中υ——矿车的，速度；a——矿车的加速度；s——1#挡车架与2#挡车架之间的距离，6m。

b.矿车冲量。

P冲=mu=3400×4.52=15368kg·m/s

式中P冲——矿车的冲量；m——矿车的质量。

c.矿车冲击力。

F总=mu/t=15368/0.1=153.68kN

式中F总——矿车的冲击力；t——矿车撞击挡车架的时间取0.1s

（2）安全门受力计算。按挡车架的两个竖的工字钢共同承受作用力计算，则有受力图知每个工字钢的受力为F=F总·sin58°/2=153.68×sin58°/2=65.16kN矿车撞击挡车架的位置距底板为0.5m，则挡车架的上端与下端的受力分别为

F上：F0·0.5/（2.3/sin58°）

=65.16×0.5/（2.3/sin59°）=12.02kN

F下=F·（2.3/sin58°-0.5）/（2.3/sin58°）

=91.4×（2.71-0.5）/2.71=53.14kN

（4）强度校核。

Mmax=F下×0.5=53.14×0.5=26.57kN·m

Qmax=F=65.16kN

式中Mmax——挡车架所承受的最大力距。

弯曲正应力校核

δmax=Mmax=/Wz=26.57×103/185×10-6

=143.62×106Pa=143．62MPa∠[δ]标

式中δmax——挡车架所承受的最大剪力；Wz——抗弯截面模量。

弯曲剪应力校核

τmax=QmaxSzmax/（Iz·b）

=65.16×103/（2×15.4×10-2×6.5×10-3）

=32.54×106Pa=32.54MPa∠[τ]标

式中Qmax——挡车架所承受的弯曲正应力；τmax——挡车架所承受的弯曲剪应力；b——的腿宽度；Iz——工字钢的惯性距；Szmax——工字钢半截面的静力距。

经校核安全门满足要求。

注：Wz，b，Iz/Szmax的数值均从型钢表中查出。

5结语

（1）斜井跑车安全防护装置是保证斜巷提升运输安全的重要装置之一，为加强倾斜井巷轨道运输安全防范，减少跑车造成的损失，避免安全事故，必须装备使用跑车防护装置。（2）悬吊式联锁挡车器结构简单，加工成本低，安装维护量小，操作灵活方便，安全可靠，斜巷运输提升防跑车效果好。（3）悬吊式联锁挡车安全门适用于斜巷及采区提升运输量较小、车速慢的斜井中。（4）在挡车框架下部即矿车底盘撞击处增加一根200×200mm方木能够延长冲击时间，减少冲力起到缓冲作用。（5）为减少下跑车辆作用于挡车安全门的冲击动能，车挡安装位置距变坡点越近越好。（6）当串车全部通过变坡点进入斜井时绳端荷载达到最大且为一突变荷载，此时发生跑车的机率最大。