陈鹏
四川达竹煤电（集团）有限责任公司斌郎煤矿 四川 达州 635756
摘要：针对煤矿各采区小斜坡运输长期以来采用的手动挡车栏存在劳动强度大、可靠性、安全性差的情况。设计研究自动挡车栏，不仅解决了手动挡车栏存在的弊端，具有自动化、可靠性高、安全性能好等特点。
关键词：挡车栏；PLC；斜坡提升
在煤矿的安全生产中，长期以来，煤矿采区小斜坡提升运输斜巷内的材料、设备、矸石等辅助运输，均采用绞车进行提升。根据《煤矿安全规程》要求，斜坡提升运输必须设置挡车装置和防跑车装置，挡车装置必须经常关闭，放车时方准打开。但在实际生产中往往由于跑车防护装置设置不当或使用不当造成跑车事故。同时在实际使用中大多数煤矿采区轨道提升运输斜巷均采用自制的手动挡车栏作为防跑车装置使用。由于每一次提升时均需要手动开关一次，工人的劳动强度大、操作相对麻烦，使用效果差，经常发生事故。为了解决这一问题，设计采区提升斜坡自动挡车栏作为采区斜坡提升的防跑车装置使用，不仅减少了手动操作挡车栏劳动强度，还实现了自动化，有效避免跑车事故的发生，提升了斜坡运输的安全性能。
1 设计方案：
1.1为挡车栏增加电动机，使其采用电动机进行升降；并新增各种传感器和控制器，利用可编程控制器(PLC)，研究编制一套控制整套系统的程序对挡车栏在适当的时候进行升降。以保证挡车栏仅在车辆通过之前打开，通过之后立即关闭，从而保证挡车栏处于常闭状态，以保证挡车栏能阻挡跑车的车辆，实现挡车栏的功能。
1.2 设置语音报警和提示功能及红绿灯显示功能，能语音播报挡车栏动作情况和挡车栏实时状态。
1.3优化挡车栏的设计，从机械部分进行改进，使其更为灵活，安全性能更高。采用门形框加挡车横梁作为挡车栏的总体结构，在上方设置驱动部分基座，作为电动机、减速器、卷筒等安装基础。该设计具有结构简单、维护方便的特点。挡车栏总装如下图。
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图二：斜坡挡车栏位置示意图 图三：斜坡现场示意图
根据已选的电动机及减速器，设计提升挡车栏横梁的滚筒，按照电动机、减速器、滚筒的螺孔尺寸制作底座。最后将电动机、减速器、滚筒安装在底座上形成驱动总成，并进行调试，接上电源进行试车，试车正常后再将其运输到进下进行安装。
如图一、二、三，先根据巷道具体尺寸计算确定安装位置，安装位置确定后。首先将预埋上面两根横梁，依据安装尺寸，预埋下面两侧各两根立柱，再将立柱与横梁进行连接，这就形成了主挡车栏架，主挡车栏架安装保养好后，将驱动总成安装到主挡车栏架上，其中心线与主挡车栏架中心线、轨道中心线，三条中线相重合。最后缠绕钢丝绳，连接挡车横梁。
3 电气部分研究
3.1 电气部分研究过程
首先进行PLC软件编程。软件经多次调试、修改后，导入西门子S7-200型PLC(可编程控制器)。再将电气部分进行接线。然后模拟调试。调试成功后再下井安装，安装完成后与机械部分联调联试，经多次调试、更改程序，最终该挡车栏能实现预期的效果。
3.2 电气原理介绍
电气控制部分工作原理如下：
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图四：电气平面布置示意图
3.2.1 如图四，启动绞车下放矿车时（绞车电机正转），PLC 输入端得到正转信号，当第一辆矿车经过A点传感器时，PLC输入端得到开门信号，经程序控制，输出打开信号，上挡车栏电机得电（正转）上提横梁，打开到位时，开到位传感器给PLC一个输入信靠，PLC经程序处理后，输出开到位信号控制上提停止，上档车电机断电。矿车正常通过挡车栏，当矿车经过B点时，B点传感器输出一个信号给PLC，PLC经程序处理后，输出关闭挡车栏信号，控制上挡车栏电机（反转）下放横梁，当横梁下放到位时，关到位传感器检测到横梁，输出一个信号给PLC，PLC得到横梁关到位的信号后经程序处理，输出信号控制上挡车栏电机断电停止下放横梁。
3.2.2 当矿车下方至C点传感器位置时，下挡车栏打开，矿车经过传感器D点时,下挡车栏关闭。其工作原理同上挡车栏。
3.2.3当绞车上提矿车时（绞车电机正转）时，PLC输入端得到信号，当矿车经过D点传感器时，下挡车栏打开，当矿车经过C点传感器时，下挡车栏关闭。其工作原理同上。
语音播报、汉字显示及红绿灯指示原理：
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图五：挡车栏主回路电气原理图 图六：挡车栏PLC控制原理图
3.2.4当矿车下方经过A点时，A点传感器输出信号给PLC，PLC接到信号后，经程序处理输出信号控制语音播报“上档已打开”、显示器上显示“上档已打开”，同时上档红色指示灯量，表示上挡车栏以及打开；当下放的矿车经过B传感器时，挡车栏关闭，同时，语音播报“上档已关闭”，显示器上显示“上档已关闭”，同时上档的红色指示灯熄灭，绿色指示灯亮，表示挡车栏已经关闭，同理下挡车栏语音播报、汉字显示及红绿灯指示原理也一样。这里说明，语音播报及汉字显示只维持5秒；语音播报、汉字显示及红绿指示灯是绞车司机判断挡车栏工作状态的标准。
4 研究效果
该项目在四川达竹煤电（集团）有限责任公司斌郎煤矿-421采区运输下山进行3个月的工业性试验，利用采区提升斜坡自动挡车栏，实现了-421采区运输下山提升运输挡车栏自动打开和关闭，同时能语音播报挡车栏动作情况和挡车栏实时状态，保证了提升运输的安全性，防止了斜坡运输跑车事故的发生。
参考文献：
[1] 陈龙飞，金其坤．工程测量．上海：同济大学出版社，2004
[2]武汉大学测绘学院测量平差学科组编著《误差理论与测量平差基础》，武汉大学出版社，2013
[3]孔祥元、郭际明编录《控制测量学》，武汉大学出版社，2014