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近几年来，兖州矿业（集团）有限责任公司与有关单位共同开展科技攻关，在井下轨道运输方面取得了一些研究成果，现简介如下。 \#-HYd\r
1 提高井下信集闭系统可靠性的研究 #BRE*X
兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿根据-350信集闭系统运行实际中发生的故障，总结出了从根本上减少系统故障和提高可靠性的有效措施。 n-- & }AA
该矿-350信集闭系统系统包括地面和井下两个部分。现场设备主要由17台电动转辙机、28台信号机、45个传感器、8台摄象机和46个大小接线箱组成。摄象机安装在主要道岔和主要地点附近，时刻监视现场的情况，为调度员提供方便。-350信集闭系统有程序控制、集中控制和就地控制三种控制方式。正常情况下由程序控制，机车按进路行驶；也可由调度员集中控制道岔的状态和信号灯的开放，指挥电机车的运行。故障状态下可由司机就地控制道岔的正、反位。 )-Y3?
提高系统可靠性的措施如下： 7kAZp)fj"x
①提高系统的抗干扰能力，硬件和软件要达到系统的要求，系统必须有单独的接地，调度站内的设备和外围设备都要可靠接地以减少干扰。 { pEnO0
②由于井底车场周围有很多机电设备，如提升绞车、水泵、电机车和一些监测设备等，动力电缆和控制电缆有20条，较强的干扰信号会对信集闭系统产生影响。信集闭系统所用电缆要和动力电缆、控制电缆隔开一定的距离，如能分别吊挂在巷道的两侧效果会更好。 6D;hv,Fz?
③信集闭系统数据传输要用单独的电缆，避免和其它的电源线共用一根电缆，这样可以避免信集闭系统自身互相干扰，最好用光纤传输数据。 qZnmo< R(
④传感器用的接近开关应选择防水型的，防止水分侵入其内部而损坏传感器。其机械传动部分应采用比滚轮式传感器可靠性好的偏移式传感器，不管电机车的速度快慢，只要电机车的集电弓经过传感器就能采集到信号，信号丢失现象很少发生。 UH*+{;
⑤电动转辙机所用的电机要选择密封性好的，防止水分侵入造成电机接地而损坏，如选用电磁阀控制的气动转辙机效果会更理想。 s.h19<74J
⑥加强对整个系统的管理和维护对薄弱环节早发现、早处理，避免事故进一步扩大。 q$~ i]OT9
2 移动式杂散电流自动监测系统 4
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杂散电流监测对于轨道交通的杂散电流防护具有重要的意义。中国矿业大学和兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿结合杂散电流的特点和工程测试的要求，对能够满足杂散电流监测要求的虚拟仪器HS801进行了二次开发，利用动态链接库成功地设计出了基于HS801的杂散电流自动监测系统，不仅可用于研究和实验，而且可应用于现场监测。 d#Reb
当走行钢轨附近埋有金属构件时，部分杂散电流就从导电的金属体上流过，使得金属物体温度升高，加速金属物体的腐蚀。若地下杂散电流流入电气接地装置，又将引起过高的接地电压，导致一些设备无法正常工作。此外，杂散电流过大时将产生对地电压，严重时可能危及人身安全。 mW1OwIP7
《CJJ49-92地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》规定：有必要对杂散电流进行定期测量，以便在发现问题时及时采取措施，确保轨道交通运输系统主体结构及周边设施的安全。早期的杂散电流测量主要是采用仪表进行的，以后又改用以单片机为核心的智能数据采集装置。虚拟仪器技术是仪器仪表技术发展的最新阶段，其功能主要由软件来实现，性能改进和功能扩展只需更新相关软件设计即可，因此研发周期大为缩短。此次新研究的监测系统由参比电极、结构钢测试端子、钢轨测试端子、接线盒、测试电缆、变电所测试箱、HS801硬件、笔记本电脑等构成。HS801硬件和笔记本电脑组成了移动式杂散电流监测装置。 LsZ{~ 3b(
该系统在车站变电所内安装变电所测试端子箱，将车站区段内的参比电极端子和测试端子用电缆接至接线盒，再由统一的测试电缆引至变电所测试端子箱内的连接端子。实测时，移动式杂散电流监测装置分别在每个变电所进行杂散电流测试和数据处理。 W<i
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3 延长蓄电池电机车在煤矿井下的使用寿命 e>oCLf<+.5
煤矿井下采区的平巷运输多采用蓄电池式电机车运输。由于各单位管理和使用方法有较大区别，蓄电池的使用寿命也存在较大差异。为此，兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿对蓄电池的管理和使用进行了研究分析。 ^"CWh%uU;
①管理方法不同。有些煤矿在采区使用地点就地充电，由机车的使用人员代管。机车上使用一块电池，将备用电池充电。其缺点是充电机的利用率低；蓄电池中的电解液蒸发后得不到及时的补充；充电点不能保证建在总回风巷附近；充电时间没有保证。有的煤矿在井下充电室按《煤矿安全规程》规定使充电室内的回风流直接进入总回风巷，并安装多台充电机同时对多组蓄电池进行充电，为井下所有的蓄电池电机车提供足够的电源，在机车使用地点设换电点。其缺点是须提前指定运输地点。 ]CQG04$,H
②充电方式不同。分散充电—随掘进工作地点的变更随之移动充电机的位置，多数单位对一台充电机充电过程中产生的有毒气体不如对待瓦斯那样重视，违反了《煤矿安全规程》中的规定，含有氢气的风流对现场人员身体健康有伤害。集中充电—充电室位置设计符合《煤矿安全规程》的规定，充电过程产生的有毒有害气体能直接进入到总回风巷中，对现场人员身体健康没有伤害。 jsVM 3
③电解液配制。电解液密度过大或过小都影响到蓄电池容量和使用寿命。 X
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④蓄电池初充电。电解液的高度在单只蓄电池中以高出极板15mm为宜。液面过高，初充电过程中由于产生热量而膨胀溢出箱体外，腐蚀箱体和地面；液面过低，因发热蒸发露出极板，使蓄电池容量降低。初充电完毕停电24h后再调整单组蓄电池中的电解液密度。如果电解液密度高于1.26kg/L则补充蒸馏水；如电解液密度低于1.23kg/L则补充密度为1.30kg/L的电解液。 jA7IvJ.~
4 变频调速技术在电机车电动机的应用 >7Kq6xmH
山东科技大学和兖州矿业（集团）公司机械制修厂对变频调速技术在矿山牵引电机车上的应用情况进行了分析研究。 S[6`WB^
电机车是矿井轨道运输的主要牵引设备。其中，架线式牵引机车多年来一直沿用结构复杂、故障率高和维修费用大的直流电动机，且目前国内绝大多数矿山牵引机车还在使用触头电阻调速方式，处于耗电量与维修量大的状态。由于变频调速牵引机车采用了故障率低和性能可靠的三相异步交流鼠笼式电动机，结合技术先进与节电效果显著的变频调速器，取代直流电机车比较落后的驱动技术，达到了当代世界先进技术水平。 %=5jP#(~
由于工作环境特点所致，矿用电机车调速系统处于频繁的启动、制动和加减速等状态，还要适应负荷上下坡和颠簸路况等情况，因此要求电动机启动转矩大、过载能力强。另外，调速系统不但要能四象限运行，还要能再生制动到低速。这样，当负载转矩增大时，转速就能迅速下降，而电动机输出功率基本不变，从而使电动机不易因负载增大而引起过载。反之，当负载变小时，电动机转速能自然上升，以利于提高生产效率。此外，为防止主轮打滑，调速系统还应考虑具有最大转矩限幅功能。由于逆变器和电动机都安装在电机车上，所以整个调速系统应尽可能设计得体积小、重量轻、硬件结构简单和控制方便。对于直接转矩控制而言，在高速运行阶段，除了电动机定子电阻不需知道其它参数，所以直接转矩控制对电动机参数的依赖性比矢量控制要低许多。其产品包括5t、8t和10t隔爆型电动机斩波调速控制装置，目前已广泛应用于以电池为动力源的交流电动机牵引驱动矿山电机车上。 ^a?N2` v
5 煤矿工作面移动变电站运输安全制动系统 pc:mz '
由兖州矿业（集团）公司常州科学技术开发研究所研制的煤矿工作面移动变电站运输安全制动系统制动平板车，使井下运输安全可靠，具有一定的推广应用价值。 gJ)
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我国煤矿机械化水平不断提高，设备向重型化、复杂化发展，井下采煤工作面综采设备被广泛使用，与其相配套的采煤工作面移动变电站设备庞大。一个大型煤矿工作面移动变电站使用的设备往往要几十辆平板车装载运输，但采煤工作面巷道起伏坡度大、地质条件复杂，且变电站随工作面推进而频繁移动，尤其在坡道上由于断绳、断销、断连杆等原因有时会形成跑车事故，给人员和设备安全带来很多隐患，同时可能造成工作面水、电、液和部分设备供应中断，给煤矿生产造成直接或间接经济损失。为解决这个问题，对工作面移动变电站运输安全制动系统进行研究，设计一种自带制动的平板车与其它车辆配套使用，设备安装在制动平板车上，确保设备运行安全，是完全必要的。 G`:) !(V
新研制的工作面移动变电站运输安全制动系统设计为多台制动平板车串联联接，通过液压系统实现同时快速制动。这种制动平板车主要由车架、制动器、轮对、快速释放阀、液压系统等组成。制动器采用了提闸式抱轨制动，制动力由碟形弹簧产生，属失效安全型。制动器在制动平板车运行过程中抬离轨面，故可适于普通道岔的巷道，并与其它辅助设备配套使用。在兖州矿业（集团）公司东滩煤矿井下的应用结果表明，其适用性广、安全性好、可靠性高，推广前景良好。 E ?j Zy
6 制动平板车 ,Vx,t6KU]
由兖州矿业（集团）公司常州科学技术开发研究所研制的煤矿工作面移动变电站运输安全制动系统制动平板车，填补了国内的空白，有效地避免了矿山井下跑车事故的发生。 nET KS2(
顺槽移动变电站是综采工作面水、电、液和部分备件的临时供应中心，通过绞车的双向牵引，实现同综采工作面的同步移动，极大提高了工作效率。在绞车牵引过程中，由于断绳、断销、断连杆等原因，有时会发生跑车事故，给人员、设备等造成威胁，同时可能造成综采面的供应中断。 [$> k^LzqZ
新研制的制动平板车在正常工作时可以自由牵引；遇到断绳等事故发生时，可推动手动紧急释放阀，实现紧急制动；还可以根据需要实现慢速工作制动。紧急制动闸由闸块、闸钳、缸体、弹簧等组成。正常工作时，制动缸体A腔内的液压力把弹簧压紧，带动闸钳转动，把闸块抬离轨面，从而保证制动平板车行走、移动时能正常通过轨道和道岔。当需要制动时，释放制动缸体A腔的液压力，弹簧便压紧活塞并带动缸体一起移动，通过闸钳使闸块压紧轨道，实现制动功能。闸块是制动平板车的关键部件之一，由基体和粉末冶金烧结而成。粉末冶金属脆性材料，故正常停车制动时要求采用慢速停车制动，防止闸块同轨道的冲击而降低闸块的使用寿命。 Z { 6$,
试验中发现多台车联动的响应速度偏低，原因是紧急制动时联动管路内的乳化液压力难以瞬时降低，从而导致快速释放阀阀芯不能迅速移动，致使快速释放失败。后来对液压系统进行了改进，并增设了先导阀。由于联动先导阀口的管路乳化液少且无任何补充，所以压力释放快，又因为各车压力释放系统相对独立，故各联动车辆能实现真正的快速反应。 &lHs= s
7 斜巷常闭挡车栏自动控制装置研究应用 }tZ"qCob
兖州矿业（集团）公司北宿煤矿针对目前矿井斜巷使用常闭挡车栏的控制装置在现场使用中存在的缺点,自主开发研制了斜巷常闭挡车栏自动控制装置,实现了斜巷常闭挡车栏的自动化控制，为斜巷运输安全设施的控制自动化奠定了基础。 ~whY`GS;Cb
其工作原理如下：当列车正常下行的时候，只要行驶至测速区AB（传感器）处，传感器A接收到矿车下行的指令对其进行检测。传感器B发出信号传递给可编程自动化控制器，由可编程自动化控制器判定矿车是否在正常行驶速度范围内。若矿车正常运行，可编程自动化控制器触发电磁气控阀动作，挡车栏抬起，指示灯变为红色；若矿车超速运行，则常闭挡车栏不动作并且发出报警信号，将信息反馈给轿车司机，预防事故的发生；当矿车下行并通过传感器C的时候，传感器C发出信号给可编程自动化控制器，可编程自动化控制器触发电磁气控阀动作，挡车栏常闭，指示灯变为绿色。矿车上行时首先经过传感器C处，传感器C接收到矿车上行的指令，传感器C发出信号传递给可编程自动化控制器，可编程自动化控制器判定矿车是否在正常行驶速度范围内。若矿车正常运行，可编程自动化控制器触发电磁气控阀动作，挡车栏抬起，指示灯变为红色；若矿车超速运行，则常闭挡车栏不动作并发出报警信号；当矿车上行行并通过传感器B的时候，传感器B发出信号给可编程自动化控制器，可编程自动化控制器触发电磁气控阀动作，挡车栏常闭，指示灯变为绿色。操作系统还具有电手动操作和气手动操作。 g{Q+W_ArI
当电自动操作出现故障或其他原因不能正常使用时，按下切换按钮可转换成电手动操作，利用控制面板上的按钮进行操作。同样，当出现停电或其他原因造成电自动操作和电手动操作均不能使用时，可转换成气手动操作。 GyFUX{9
8 斜巷双轨运输安全综合防护装置 TtW"u/ Rl
针对目前许多矿山斜巷安全设施不完善及动作不可靠的情况，为了保障斜巷提升运输的安全，兖州矿业（集团）公司南屯煤矿和济宁二号煤矿成功地研制出了一种新型的斜巷双轨运输安全综合防护装置。 F X`,N+,J
井底车场以上30m处安装由上把钩工（紧急落挡时用）和下把钩工均可控制的“柔性吸能型常闭式电动挡车栏”，该装置是由吸能器、挡绳栏、电动推杆、导绳轮等组成的，长期处于关闭的阻车状态，可靠地保护下把钩人员的安全。对中部巷道安装的一道雷达测速常开式挡车栏进行改造，即可以长时间地监控，而上部把钩工又可以紧急手控，主信号线路接入雷达挡车栏的动作信号可使绞车及时停车，该装置的监控器动作信号又接人下部电动挡车栏的挡车控制回路中，确保电动挡车栏处于可靠连锁的阻车状态。单双轨分岔处安装有双钩提升错码信号报警器、岔位显示器和远控电动道岔。顶盘车场安装有5套气控阻车器，空车道的2套阻车器之间相互自锁、联锁、闭锁，放车时只能打开其中的1套，正常情况下全部处于阻车状态。 =H&'+:
变坡点下2m处安装有2套自动（或者手动）控制常闭气控卧闸，绞车不运行时卧闸打不开，运行左钩时打不开右钩，矿车通过后又自动关闭阻车。变坡点以下25m处安装有2套自控或手控的常闭式气动挡车栏，只有矿车正常通过时方能自动打开，矿车通过后及时自动关闭，与轨道上的卧闸和挡车栏之间相联闭锁。该系统设计有松、断绳保护装置，绞车绳处于松开或者断绳时电动挡车栏、气动卧闸及气动挡车栏都将处于自动阻车状态。上车场的操作室有集中控制操作台，台面上有显示斜巷内安全设施的工作状态及气动挡车栏欠位报警装置。 } \!7X.$A
9 气动司控道岔转辙机 =|`xa :7
鉴于使用多年的闸墩式扳道器操作笨重、可靠性差，兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿根据集成电路、防爆传感器和遥控技术使用日臻成熟的情况，结合煤矿井下现场使用条件，研制出在煤矿井下适应性强的SKDC-Ⅱ型气动司控道岔转辙机。 #A|R/2
这套装置由伺服信号发生器、伺服信号接收器、气动伺服执行器、岔位显示器和油水过滤器五个部分组成的。伺服信号发生器可以发射12种不同编码数字信号，在50m范围内任意控制道岔岔位。伺服信号接收器是控制气动伺服执行器的重要组成部分。当司机因运输需要改道换向时，可在机车上直接操纵伺服信号发生器，发射器发出信号至接收器，接收器立即转发伺服信号给执行器，从而达到运输所需要的改道换向要求。 , rjs,nTC
该机构响应时间快，发信号指示准确。气动伺服执行器是确保道岔伺服换向，并保证轨道密贴的执行机构，可有效的防止道岔由于位置不正确而发生机车过道岔掉道运输事故。岔位显示器是道岔控制编号和道岔所处状态的显示装置，显示功能齐全、清晰，便于远距离识别；采用不同颜色的发光二极管进行不同的显示组合，节能、显示效果俱佳。油水过滤器是针对井下风源条件差而设的，可以过滤掉风源中的污水和杂物，并且可以确保执行机构的润滑效果，提高执行机构的使用寿命和动作的灵活性。该转辙机可以直接安装在道岔附近，缩短了传动杆的长度，减少传动杆变形而出现的岔尖不密贴现象。其动作机构只有一个气缸，结构简单，外形尺寸小，可以直接安装在道岔尖轨巷道的地巢内，不需要开设安装硐室。气缸动作性质为柔性，动作行程大雨道岔开程，完全适应道岔开程，使道岔岔尖始终具有一定的紧贴力，及时补偿轨距缓慢变化或连杆变形而出现的尖轨开程增加值。 \1m Y-UqT
10 车场道岔气动操作装置 pYJl:>B
兖州矿业（集团）公司北宿煤矿通过对车场道岔扳道器改造加装气动管路系统，解决了多年来车场道岔扳道器操作一直靠人工手动完成的问题，取得了良好的安全技术效果。由于无需油液作为工作介质，更不需要压力泵，制造成本低廉，具有普遍的推广价值。 t3i fGC\
原有的矿山井下车场道岔扳道器普遍存在着以下缺陷：扳道器控制车场道岔装置上的连杆多，连接复杂，容易变形损坏；扳道器控制的时候经常出现道岔合茬不严的情况，容易发生矿车掉道挤伤操作人员的事故，岗位安全性差；人工操作道岔费时费力，工人劳动强度大。为此，他们在对原有车场道岔扳道器进行改造的基础上研制出了一种车场道岔气动操作装置。新研制的车场道岔气动操作装置是由气缸、控制阀、道岔、连杆和高压管五个部分组成的，采用井下压缩空气作为动力。
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其工作原理如下：打开控制阀，压缩空气通过高压管从气缸活塞的上端进入，推动活塞向前运动，活塞带动连杆将道岔拉起合实，即可以安全行车；反之，关闭控制阀，则道岔张开。在该矿1617皮带上山的运行实践表明，车场道岔使用了新研制的气动操作装置以后，改变了以往人工操作的方式，省时省力；而且，车场道岔采用气动操作装置以后，动作灵敏可靠，岔尖闭合紧密，增强了道岔的使用安全性能；此外，由于实现了远距离控制，提高了操作的安全性，有效地保证了施工人员的安全。由于减少了车场扳道器的专门操作每个掘进工作面每年可以节省人工1000个；每个掘进工作面每年可以节约投入扳道器10个，节省费用2000元；由于操作上的方便和事故的减少，提高了工时利用率，按每个小班节时60分钟计算，每个掘进工作面每年可以多生产1050小时，经济效益也是非常显著的。 MgF WCWPp
11 矿井气动道岔控制与技术改造 |dA))4N
气源充足的矿井轨道运输大多采用气动道岔实现轨道转轨，但是目前国内使用的气动道岔很不规范。为此，兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿通过对气动道岔的技术分析，根据其工作特点进行了技术改进，使其性能达到规范标准。 $_L,'n P^
气动道岔控制结构由气缸、电磁阀和尖轨等组成。其中，尖轨完成岔尖与基本轨的密贴，使道岔处于直道或者弯道；电磁阀通过电源控制线圈控制气阀门，实现气缸中活塞进行直线运动，活塞牵引拉杆直线运动，拉杆带动尖轨密贴基本轨，实现道岔的转轨功能。这种控制具有结构简单、成本低廉、容易维护等优点，但是远程控制没有岔位表示，即道岔处于直道还是弯道的位置仍然不知道，容易造成失控。此外，由于气缸的活塞安装位置低于道轨，因此经常泡在水里，缩短了机械的寿命。因此，气动道岔多为就地控制而很少用于远程控制，在操作道岔的同时还要观察道岔岔尖的密贴情况，要实现远程控制使用则必须解决气动道岔位置表示和岔尖与基本轨密贴的问题，做到控制与表示一致。 w1:A~zS=
改进以后的气动道岔结构增加了水泥墩，使得气缸抬高离开了地面，这样可以保证气缸不会受到水的浸泡，延长了气缸的使用寿命；此外，还增加了道岔定位杆，主要是用来调节活塞与道岔密贴的位置，使得气缸活塞的伸缩位置与道岔的位置相对应；鱼口和拉杆用于连接活塞与道岔，拉杆选用直径大一些的材料制作以提高其强度。这个矿的使用实践表明：改进以后的气缸控制结构可以达到电动道岔的密贴标准（小于2mm）；改进以后的气动道岔可以实现道岔的远程控制，有效地解决了气动道岔的位置表示，其安装维护非常方便，具有推广应用的价值。 io> 0j~O>
12 交直流转辙机控制原理与应用 |rVcdKtbo
中国矿业大学总结了井下轨道运输监控关键设备——矿用转辙机的研制和发展，并且对交、直流电动转辙机的结构原理及性能进行了分析，同时还提出了转辙机的日常维护和故障处理措施。 zW;L~roL
转辙机的发展可归纳为两个阶段：从60年代研制信集闭开始至80年代为一个阶段，一直围绕开发使用交流电动机驱动的转辙机；从80年代末至今，研制开发了直流电动机驱动的转辙机。 D#N W F`
煤矿对电动转辙机有着特殊的要求：应保证岔尖与基本轨密贴；应保证列车挤岔运行后不损坏道岔；岔尖被卡住时能切断电源；有可靠的岔位检测指示信号。以兖州矿业（集团）公司东滩煤矿地面机车排矸运输为例，架线电机车作为牵引动力，每列车牵引20节矿车，矿车载重2t。根据统计数据，该矿平均每天运量2000多车，需运100多趟；车场共有转辙机19台，其中有6台使用最为频繁，每接1列车需扳动道岔4次，一天须扳动400多次。可见煤矿道岔使用的频繁度远远超过国铁。
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长期使用表明，交流电动转辙机存在着故障率高和维护量大等缺点。由于直流电动转辙机性能好，现在煤矿窄轨铁路已经得到广泛推广。此项研究根据现场的使用经验归纳出了机外拉杆变形、机内大拉簧断、电机转而摆臂时动时不动、转辙机不动作、正或反位打不动、电机在某个位置动、有车时岔位指示闪烁、电机空转8类常见故障的产生原因、造成后果及处理方法之后，并总结出转辙机使用的好坏完全取决于平时的维护，要保持道床的清洁；例行检查转辙机拉杆变形情况，保证尖轨与基本轨密贴值不小于4mm；及时检查和清洁电机滑环，火花过大应及时更换电机等措施。 wEM0 xC
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煤矿井下轨道运输新技术的研究
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