高文才

（中國神華神東煤炭集團(tuán)機(jī)電管理部，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200）

礦用防爆無軌膠輪車安全保護(hù)系統(tǒng)的研究

高文才

（中國神華神東煤炭集團(tuán)機(jī)電管理部，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200）

隨著現(xiàn)代科技水平的提高，防爆無軌膠輪車（以下簡稱車輛），已成為現(xiàn)代煤礦運(yùn)輸中重要的輔助運(yùn)輸設(shè)備，得到了廣泛應(yīng)用。但由于工作環(huán)境中存在一定的爆炸性氣體，防爆無軌膠輪車的防爆處理措施與安全保護(hù)系統(tǒng)的安裝是十分必要的。在我國，無軌輔助運(yùn)輸技術(shù)研究時間較短，防爆無軌膠輪車安全保護(hù)系統(tǒng)研究還處于初級階段。而穩(wěn)定、高效及智能化的安全保護(hù)系統(tǒng)，能夠確保防爆無軌膠輪車可以在爆炸性氣體環(huán)境中安全的工作，煤炭輔助運(yùn)輸效率也得到提高。本文主要分析了防爆無軌膠輪車及其安全保護(hù)系統(tǒng)相關(guān)知識。

防爆；無軌膠輪車；安全保護(hù)系統(tǒng)

煤礦井下巷道中，瓦斯、煤塵等易燃易爆物具有不同的濃度，在井下運(yùn)行中，車輛自身防爆柴油機(jī)動力系統(tǒng)遇到高溫或火花等危險(xiǎn)，就會引燃空氣中的各類危險(xiǎn)氣體發(fā)生爆炸。與一般柴油機(jī)相比，發(fā)動機(jī)進(jìn)行了一定無害化處理，但工作中受各類因素影響，具有一定的危險(xiǎn)性。因此，為了確保車輛運(yùn)行的安全性，一旦發(fā)生危險(xiǎn)，要及時預(yù)警。受人為主觀因素影響，發(fā)生事故前，能夠主動采取措施使發(fā)動機(jī)暫停運(yùn)行，并為車輛配置相應(yīng)的安全保護(hù)裝置，這是非常重要的，并在此基礎(chǔ)上降低事故隱患，為煤礦安全運(yùn)輸?shù)於己没A(chǔ)。

1 無軌膠輪車運(yùn)輸優(yōu)勢分析

在現(xiàn)代礦井開采中，防爆無軌膠輪車是重要的運(yùn)輸方式之一，根據(jù)其功能、用途及動力裝置的不同，可以劃分為輕型材料車、重型材料車及運(yùn)人車等。作為井下危險(xiǎn)環(huán)境的運(yùn)輸輔助車輛，其具有一定的運(yùn)輸優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：（1）無軌膠輪車靈活機(jī)動，運(yùn)輸效率高，爬坡能力強(qiáng)，可直接將所需運(yùn)輸物料運(yùn)輸?shù)骄总噲龌虻孛妫?jié)省了物料轉(zhuǎn)運(yùn)時間與勞動力。（2）無需對運(yùn)輸巷道進(jìn)行軌道鋪設(shè)，也無需對巷道底板進(jìn)行硬化處理，對于巷道底鼓問題，人工及時搶修對正常運(yùn)輸不會產(chǎn)生影響，同時，巷道內(nèi)也不用設(shè)置架線、絞車等相關(guān)輔助設(shè)施，擴(kuò)大了巷道空間。（3）采煤工作中使用的支架，可通過無軌膠輪車進(jìn)行整體運(yùn)送與安裝，省去了拆除與安裝等環(huán)節(jié)，提高了工作效率，同時降低了工人的勞動強(qiáng)度。（4）傳統(tǒng)有軌運(yùn)輸車成本高，約占噸煤成本的15%～20%，而無軌膠輪車能夠節(jié)省軌道鋪設(shè)及維修等費(fèi)用，運(yùn)輸成本大幅降低。比如，大柳塔礦應(yīng)用無軌膠輪車后，其運(yùn)輸成本費(fèi)用只有1元/km·t。

2 分析工況安全性影響因素

2.1 井下瓦斯

煤礦井下瓦斯是一種有害氣體，是多種氣體的混合，甲烷是主要成分，所以，習(xí)慣上礦井瓦斯被認(rèn)為是甲烷。煤礦瓦斯的危害性主要體現(xiàn)在瓦斯爆炸與窒息。瓦斯達(dá)到一定濃度后并與氧氣混合，形成火花引起爆炸，甚至引起煤層連環(huán)爆炸。一般瓦斯存儲于密閉巖縫或煤層中，礦井開采中，煤層遭到破壞引起瓦斯大量外泄。巷道內(nèi)通風(fēng)設(shè)備無法及時排除瓦斯，形成大量堆積，導(dǎo)致人員窒息。所以，實(shí)時監(jiān)測巷道內(nèi)瓦斯氣體濃度是十分必要的。

2.2 尾氣溫度

在爆炸性氣體工作中，應(yīng)用無軌膠輪車，其危險(xiǎn)性在于高溫廢氣與柴油機(jī)形成的火花與爆炸性氣體接觸，引起爆炸。柴油機(jī)尾氣溫度高，最高可達(dá)650℃以上，能夠引燃巷道空氣中的可燃性氣體。無軌膠輪車對尾氣采用凈化冷卻水箱降溫的形式，但因人為損壞或冷卻水耗損，使得降溫效果不夠明顯，防爆柴油機(jī)尾氣溫度不斷升高，危險(xiǎn)性比較強(qiáng)。因此，要實(shí)施監(jiān)測尾氣溫度，達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)后就要進(jìn)行停機(jī)降溫或檢修。

2.3 柴油機(jī)機(jī)體溫度

柴油機(jī)機(jī)體表面與爆炸性氣體直接接觸，主要危害就是高溫。根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，車輛與爆炸性氣體直接接觸，最高溫度低于150℃。車輛長時間工作，柴油機(jī)機(jī)體溫度不斷升高，因而必須要實(shí)施監(jiān)測柴油機(jī)機(jī)體表面溫度。

2.4 冷卻水溫度

冷卻水可以降低柴油機(jī)溫度，冷卻水溫度太高，冷卻能力反而下降，使得柴油機(jī)得不到及時降溫。冷卻水溫度增加到一定程度時，就要停機(jī)休息或?qū)鋮s水更換，因此，要對冷卻水溫度做好監(jiān)測。

2.5 尾氣有害氣體

一氧化碳與氮氧化物是尾氣中的主要有害氣體，其中氮氧化物包含一氧化硫與二氧化硫，這些有害氣體是由柴油機(jī)柴油燃燒不充分引起的。尾氣中的燃燒不完全的氣體大多都是有毒或有刺激性臭味，具有一定的致癌性，巷道內(nèi)氣體流通不好，尾氣中的有害氣體長時間堆積，其濃度增大，不利于井下曠工的身體健康，甚至引起窒息死亡。

2.6 車輛機(jī)油壓力

機(jī)油，也就是發(fā)動機(jī)的潤滑油，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行潤滑、清潔、冷卻、密封及減磨。在車輛工作中，油壓必須要正常，油壓過低，摩擦表明潤滑不足就會加快磨損。引起機(jī)油壓力低的情形有很多，比如機(jī)油泵磨損、吸入油泵的油量降低、泄漏量大、機(jī)油清濾器或冷卻器被堵塞，機(jī)油粘度、限壓閥調(diào)整不合理等。無論何種因素引起的機(jī)油壓力低，都要立即停機(jī)檢修，以免引起車輛故障，無法正常運(yùn)行。

3 工作原理及性能比較

3.1 保護(hù)系統(tǒng)工作原理

從工作介質(zhì)角度來講，車輛保護(hù)裝置分為氣壓式與電氣式兩種。兩種保護(hù)裝置工作原理相同之處（如圖1所示）都是在發(fā)動機(jī)各警戒點(diǎn)設(shè)置溫度與壓力傳感器，檢測柴油機(jī)工作狀況，如果發(fā)現(xiàn)不正常情況，保護(hù)裝置對氣缸或液壓缸進(jìn)行自動驅(qū)動，以此切斷柴油機(jī)進(jìn)氣與燃油通道，停止發(fā)動機(jī)工作，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行安全保護(hù)，實(shí)消除安全隱患。

圖1 氣壓（液壓)式安全保護(hù)裝置

3.2 保護(hù)系統(tǒng)性能比較

如圖1所示，如果保護(hù)系統(tǒng)為氣壓或液壓式，其主要是通過溫感熱敏元件產(chǎn)生熱脹冷縮效應(yīng)或壓力，有效控制方向閥，開關(guān)放氣通道，促使發(fā)動機(jī)運(yùn)行正常。在該類型保護(hù)裝置中，元件少，布置簡單，直觀性低，對駕駛?cè)藛T要求比較高，其必須要熟練掌握保護(hù)失靈的各類影響因素，采取有效措施解除保護(hù)，車輛方可重新啟動。此外，此類穩(wěn)桿器保護(hù)值是不變的，可調(diào)節(jié)性差，具有保護(hù)動作的作用，使用時間長，關(guān)鍵部件會出現(xiàn)老化，保護(hù)裝置的準(zhǔn)確性出現(xiàn)下降，誤動作率上升。另外，必須要依賴手動方可對瓦斯保護(hù)實(shí)施停機(jī)動作。

針對這些問題，有些依賴自身系統(tǒng)是無法徹底解決的，電氣式安全保護(hù)裝置由此誕生，其核心部件是根據(jù)單片機(jī)原理，融檢測、顯示、報(bào)警與保護(hù)控制為一體的高集成裝置。其工作原理如圖2所示，保護(hù)裝置包含保護(hù)主機(jī)、壓力、位置、速度與甲烷等傳感器。裝置通電后，主機(jī)微型計(jì)算機(jī)通過溫感與其它傳感器采樣，測算溫度壓力、水位計(jì)轉(zhuǎn)速等，顯示電路對處理結(jié)果進(jìn)行顯示，并與設(shè)定值做對比。如果某一項(xiàng)檢測參數(shù)與設(shè)定值不相符，裝置就會發(fā)出聲光警報(bào)，經(jīng)過延時（甲烷濃度大，不延時就會立即發(fā)出控制信號），驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)行，柴油機(jī)就會暫停運(yùn)行。該保護(hù)裝置與國家安全標(biāo)準(zhǔn)中的各類柴油機(jī)保護(hù)項(xiàng)目相關(guān)，并有反饋電路，誤差率明顯下降，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確而又及時的保護(hù)。同時，通過液晶顯示屏，便于駕駛與維修人員進(jìn)行判斷保護(hù)，降低了勞動強(qiáng)度。另外，箱體內(nèi)包含了高度集成的功能，安裝靈活，空間大，接線與維護(hù)非常便利。

圖2 電氣式安全保護(hù)裝置

4 防爆無軌膠輪車安全保護(hù)系統(tǒng)

防爆無軌膠輪車長期處于運(yùn)行狀態(tài)，就會引起防爆失效，增加冷卻水及柴油機(jī)溫度，尾氣成分超標(biāo)等問題，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的安全。所以，需對防爆無軌膠輪車的防爆能力進(jìn)行有效監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的隱患，確保其能夠運(yùn)行的安全性。本文提到的安全保護(hù)系統(tǒng)不但可以監(jiān)測車輛運(yùn)行狀況，還能夠?qū)收线M(jìn)行預(yù)報(bào)。（1）功能分析。該車輛安全保護(hù)系統(tǒng)主要包含啟動前安全自檢與運(yùn)行中的安全監(jiān)測、保護(hù)（如圖3所示）。（2）車輛安全保護(hù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。安全保護(hù)系統(tǒng)功能主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集功能。通過分析影響無軌膠輪車的安全運(yùn)輸?shù)囊蛩兀跓o軌膠輪車車體中安裝傳感器，用于監(jiān)測空氣中的瓦斯?jié)舛取⑽矚鉁囟?、冷卻水溫度、柴油機(jī)機(jī)體表面溫度、尾氣成分、一氧化碳及氮氧化物的體積與濃度等相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理與對比功能。把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的變化趨勢圖，借助顯示器進(jìn)行顯示，工作人員可及時與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比并判斷。對于異常情況，即會進(jìn)行自動報(bào)警并作出反應(yīng)，停止或減緩膠輪車運(yùn)行，等待技術(shù)人員維修。

圖3 防爆無軌膠輪車安全保護(hù)系統(tǒng)

5 結(jié)語

綜上所述，防爆無軌膠輪車因其自身優(yōu)勢，在礦井開采中應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。但必須要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些安全影響因素。因此，加強(qiáng)防爆無軌膠輪車的安全系統(tǒng)保護(hù)研究，確保其能夠安全、穩(wěn)定的用于礦井開采。

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