一种井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统的制作方法

本实用新型涉及地下矿山安全设施技术领域，特别是涉及一种井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统。

背景技术：

随着大型矿井的建设发展，矿山装备的科学技术水平在不断提升，井下作业逐渐向机械化、智能化、自动化发展，矿山信息化、机械化开采水平有了大幅提高。井下无轨胶轮设备与传统井下有轨辅助运输相比，有着机动灵活、速度快、效率高、爬坡能力强、安全性能好、机械化程度高等一系列优点。随着采、装、运、卸无轨设备的大量投入使用，需要开掘可供无轨设备通行的斜坡道。对于采用无轨胶轮设备的矿山来说，阶段间的辅助斜坡道是必不可少的。在井下斜坡道内驾驶无轨胶轮设备向深部各阶段或低水平工作面行驶过程中，车辆始终是在坡度倾斜的下行路面上行驶，此时由于刹车系统长时间工作，导致刹车片热衰退，容易导致车辆制动系统发生故障，进而造成车辆损坏以及人员的伤亡。如2011年9月24日，山西某煤矿作业人员乘坐无轨胶轮车从副斜井入井200米后，发现车辆不能正常换档、刹车失灵，滑行中撞在左侧巷帮上，造成4人死亡。

国内外一些矿山已采取了一系列措施，以避免由于无轨胶轮设备失控而导致的井下安全事故。如对无轨胶轮车制动系统进行改造，或在斜坡道巷帮两侧设置缓冲装置等等。然而，这些措施均较为单一，且制动性不高，无法保证失控车辆安全停止。另外，停靠在主斜坡道内的事故车辆还会影响到其他行驶车辆、设备和人员的正常作业，甚至有可能造成二次事故的发生，不利于矿山实现安全高效机械化回采。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统。

本实用新型提供了如下方案：

一种井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统，包括：

失控车辆紧急制动系统，所述失控车辆紧急制动系统包括避险坡道，所述避险坡道包括相连的引道以及制动坡道，所述引道与无轨胶轮设备运行的斜坡道主干线导通；

其中，所述制动坡道的纵坡的坡度不小于15％且不大于25％，所述制动坡道的坡床铺设有坡床集料层；所述制动坡道长度需依据车辆行驶速度、制动坡道纵坡坡度以及所述坡床集料层的滚动阻力系数所确定；所述制动坡道的尽头设置有强制减弱装置，所述避险坡道的一侧安装有车道照明装置，所述避险坡道的另一侧设置有与所述避险坡道平行且通过挡墙实现彼此分离的服务车道。

优选地：所述引道与无轨胶轮设备运行的斜坡道主干线的交叉路段以及所述避险坡道的两侧均设有车道缓冲装置。

优选地：所述坡床集料层为碎砾石层和豆砾石层。

优选地：所述强制减弱装置由废旧轮胎或者防撞砂桶堆砌而成。

优选地：所述强制减弱装置的堆砌高度为1.2-1.5米。

优选地：所述服务车道的尽头设置有紧急救援设施。

优选地：所述无轨胶轮设备运行的斜坡道主干线为直线段；所述引道与无轨胶轮设备运行的斜坡道主干线的夹角为5°～15°。

优选地：所述无轨胶轮设备运行的斜坡道主干线为曲线段；所述引道与无轨胶轮设备运行的斜坡道主干线的转弯前的轨迹一致。

优选地：还包括彼此间可通信连接的失控车辆监测系统、失控车辆诱导系统以及车辆救援与警示系统。

优选地：所述失控车辆监测系统包括安装于所述无轨胶轮设备上的车速监测装置以及刹车制动监测装置；所述失控车辆诱导系统包括紧急避险导向装置、语音广播装置以及gps定位装置；所述车辆救援与警示系统包括远程监控与应急救援平台以及井下动态警示装置。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

通过本实用新型，可以实现一种井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统，在一种实现方式下，该系统可以包括失控车辆紧急制动系统，所述失控车辆紧急制动系统包括避险坡道，所述避险坡道包括相连的引道以及制动坡道，所述引道与无轨胶轮设备运行的斜坡道主干线导通；其中，所述制动坡道的纵坡的坡度不小于15％且不大于25％，所述制动坡道的坡床铺设有坡床集料层；所述制动坡道长度需依据车辆行驶速度、制动坡道纵坡坡度以及所述坡床集料层的滚动阻力系数所确定；所述制动坡道的尽头设置有强制减弱装置，所述避险坡道的一侧安装有车道照明装置，所述避险坡道的另一侧设置有与所述避险坡道平行且通过挡墙实现彼此分离的服务车道。该系统对井下斜坡道无轨胶轮设备发生的突发紧急事件实现有效预防、响应和恢复，克服了传统单一的井下无轨胶轮设备失控避险方式，操作简便，适应性强，可以确保井下无轨胶轮设备的高效运行和安全作业。

当然,实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统的原理示意图；

图2为本实用新型实施例提供的斜坡道主干线为直线段时井下分离式紧急避险车道平面示意图；

图3为本实用新型实施例提供的斜坡道主干线为曲线段时井下平行式紧急避险车道平面示意图；

图4为本实用新型实施例提供的避险坡道的侧视图。

图中：引道1、制动坡道2、坡床集料层3、强制减弱装置4、车道照明装置5、服务车道6、车道缓冲装置7、救援设施8、车速监测装置9、刹车制动监测装置10、紧急避险导向装置11、语音广播装置12、gps定位装置13、远程监控与应急救援平台14、井下动态警示装置15、无轨胶轮设备16、斜坡道主干线17。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

紧急避险车道是道路上为失控车辆所设置的紧急避险通道，目前已广泛应用于国内外高速公路之中，其应用实践证明对提高道路交通安全和减少交通事故经济损失具有重要的意义。紧急避险车道主要由一般由引道、制动坡道、强制减弱装置、服务道路等组成。其主要原理是利用车辆轮胎与坡床填料间的滚动阻力及车辆爬坡时所受爬坡阻力来降低车速，直至车辆完全停止。避险车道往往布置于主路一侧，因此并不会阻碍其他车辆的正常行驶。

目前，国内外矿山采用紧急避险车道来防止井下无轨胶轮设备失控事故的措施还不多见。由于露天与井下作业环境相差较大，在井下采用紧急避险车道时还需要考虑照明、通讯、防爆、监控等一系列关键问题。当前国内外地下矿山采用以紧急避险车道为主的井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统还未见有报道。

综上所述，将紧急避险车道扩展至采用无轨设备的地下矿山，并形成一套井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统，对于实现矿山安全高效机械化作业具有非常重要的现实意义。

实施例

参见图1、图2、图3、图4，为本实用新型实施例提供的一种井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统，如图1、图2、图3、图4所示，该系统包括失控车辆紧急制动系统，所述失控车辆紧急制动系统包括避险坡道，所述避险坡道包括相连的引道1以及制动坡道2，所述引道1与无轨胶轮设备16运行的斜坡道主干线17导通；需要说明的是，所描述的失控车辆与失控无轨胶轮设备具有同等含义。

其中，所述制动坡道2的纵坡的坡度不小于15％且不大于25％，所述制动坡道2的坡床铺设有坡床集料层3；所述坡床集料层3为碎砾石层和豆砾石层。所述制动坡道长度需依据车辆行驶速度、制动坡道纵坡坡度以及所述坡床集料层的滚动阻力系数所确定；所述制动坡道2的尽头设置有强制减弱装置4，所述强制减弱装置4由废旧轮胎或者防撞砂桶堆砌而成。具体的，所述强制减弱装置4的堆砌高度为1.2-1.5米所述避险坡道的一侧安装有车道照明装置5，所述避险坡道的另一侧设置有与所述避险坡道平行且通过挡墙实现彼此分离的服务车道6。所述服务车道6的尽头设置有紧急救援设施8。

进一步的，所述引道1与无轨胶轮设备16运行的斜坡道主干线17的交叉路段以及所述避险坡道的两侧均设有车道缓冲装置7。所述无轨胶轮设备16运行的斜坡道主干线17为直线段；所述引道与无轨胶轮设备运行的斜坡道主干线的夹角为5°～15°。所述无轨胶轮设备16运行的斜坡道主干线17为曲线段；所述引道1与无轨胶轮设备16运行的斜坡道主干线17的转弯前的轨迹一致。还包括彼此间可通信连接的失控车辆监测系统、失控车辆诱导系统以及车辆救援与警示系统。所述失控车辆监测系统包括安装于所述无轨胶轮设备上的车速监测装置9以及刹车制动监测装置10；所述失控车辆诱导系统包括紧急避险导向装置11、语音广播装置12以及gps定位装置13；所述车辆救援与警示系统包括远程监控与应急救援平台14以及井下动态警示装置15。需要说明的是，各个系统之间的通信方法采用现有技术中的常用方法即可，本申请请求保护的是各个系统硬件之间的连接关系，并未涉及对通信方法本身的改进。

该系统可以包括以下四个子系统：即失控车辆监测系统、失控车辆诱导系统、失控车辆紧急制动系统以及车辆救援与警示系统。

所述失控车辆监测系统，主要包括：车速监测装置9、刹车制动监测装置10。其中，车速监测装置9和刹车制动监测装置10主要用于提示驾驶员所驾驶无轨胶轮设备是否处于失控状态；

所述失控车辆诱导系统，主要包括：紧急避险导向装置11、语音广播装置12、gps定位装置13。所述紧急避险导向装置，主要用于引导失控状态下的无轨胶轮设备正确、及时驶入紧急避险车道内，避免驾驶员由于情绪紧张而错过最佳避险点；

所述失控车辆紧急制动系统，主要包括：紧急避险车道、强制减弱装置4、车道照明装置5及缓冲装7，用于迫使失控车辆降低速度，直至安全停止；

所述车辆救援与警示系统，主要包括：服务车道及救援设施、远程监控与应急救援平台14、井下动态警示装置15，主要用于失控车辆救援抢险，并协调指挥井下斜坡道内其他正常行驶车辆和人员安全作业。

所述失控车辆监测系统中，要求驶入井下的无轨胶轮设备均需安装车速监测装置和刹车制动监测装置，并保证该装置在行驶过程中全程开启。刹车制动监测装置、井下动态警示装置应当与车辆救援与警示系统中的远程监控与应急救援平台相连接。井下动态警示装置采用对讲机和防爆显示屏相结合的方式发出警示，提醒有关车辆和人员紧急避让失控车辆，避免二次事故的发生。

所述失控车辆诱导系统中，在紧急避险车道前方一定距离应当设有明显的紧急避险车道导向装置，用以指示紧急避险车道的具体位置。车内语音广播装置、gps定位系统应当与刹车制动监测系统相连接，一旦无轨胶轮设备制动系统发生故障，车内语音广播装置将自动播报，提示驾驶员及时关注紧急避险车道导向装置。同时，车内gps定位装置将自动开启，提示失控车辆与前方紧急避险车道的实时距离。

所述失控车辆紧急制动系统中，需在斜坡道直线段内每隔一定距离设置一处分离式紧急避险车道，在斜坡道曲线段(或称折返段)处必须设置平行式或分离式紧急避险车道。所述分离式紧急避险车道是指紧急避险车道轴线偏离斜坡道行驶轨迹。所述平行式紧急避险车道是指紧急避险车道与折返前斜坡道行驶轨迹相平行。

所述失控车辆紧急制动系统中，紧急避险车道由引道和制动坡道组成。所述引道是指连接斜坡道与制动坡道的道路，目的是确保在起点处能够观察到避险车道的整个线形，以此提升驾驶员安全感。在斜坡道与引道交叉路段应当设有车道缓冲装置，以避免失控车辆由于未能及时驶入紧急避险车道而与巷帮发生的直接碰撞。在引道前方一定位置处须设有明显的引道指示装置。引道长度与制动坡道长度一致，宽度视具体情况而定。

所述失控车辆紧急制动系统中，制动坡道纵坡坡度应当不小于15％且不大于25％，制动坡道坡床铺设有一定厚度的坡床集料(碎砾石和豆砾石)，以减缓失控车辆行驶速度。制动坡道长度需依据车辆行驶速度、制动坡道纵坡坡度以及坡床集料滚动阻力系数确定。

所述失控车辆紧急制动系统中，在紧急避险车道尽头需设置有强制减弱装置，以使失控车辆完全停止。所述强制减弱装置主要由废旧轮胎或者防撞砂桶等构成，堆砌高度一般取为1.2-1.5m。

所述失控车辆紧急制动系统中，在避险车道内需安装有一定亮度的车道照明装置，以使失控车辆驾驶员在驶入紧急避险车道时对道路路况和强制减弱装置有清晰的判断和认知，以消除驾驶员的紧张情绪和恐惧感。

所述失控车辆紧急制动系统中，在紧急避险车道两侧应设有防撞缓冲装置，一般由废旧轮胎组成，以防止失控车辆发生偏移而直接撞向紧急避险车道两帮。

所述车辆救援与警示系统中，服务车道是针对救援车道而设计的专用车道。所述服务车道均设置于制动坡道左侧，可以使失控车辆更容易驶入避险车道，避免驾驶员由于紧张情绪而错误驶入服务车道。服务车道与紧急避险车道需完全分隔，防止失控车辆由于偏移而驶入服务车道内。服务车道内需设置有紧急救援设施，便于失控车辆驾驶员以及救援人员紧急施救排险。紧急救援设施建议放置于服务车道尽头。

所述车辆救援与警示系统中，远程监控与应急救援平台一般位于地面控制中心，用于接收、处理、发射各种指令信号，指挥调度救援小组及时在井下指定位置进行抢救排险。所述远程监控与应急救援平台应当设有用于无轨胶轮设备刹车制动失控时的自动报警装置。井下动态警示装置与远程监控与应急救援平台相连接，主要用于警示井下其他正常行驶车辆和人员及时躲避失控车辆。远程监控与应急救援平台一旦接收到井下无轨胶轮设备失控报警信号，立即向井下斜坡道内防爆显示屏发送警示标语，地面人员通过对讲机向其他正常行驶车辆与作业人员发送警示，避免发生二次事故。同时，远程监控与应急救援平台需立即向矿山应急救援小组发送救援信号，并告知事故发生具体地点，指挥调度救援小组在井下指定位置进行抢救排险。

下面以山东能源临矿集团会宝岭铁矿为例，对本实用新型的一种井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统进行详细的说明。

山东临矿集团会宝岭铁矿采用地下开采方式进行采矿，采矿规模为年产300万t矿石。该矿采用主、副井加辅助斜坡道的开拓方案，主、副井井口及辅助斜坡道洞口均布置在矿床中部。基建设通地表的斜坡道，斜坡道硐口布置在南翼矿体下盘。斜坡道净断面尺寸为：直线段4.5×3.7m(宽×高)，弯道处为4.8×3.8m(宽×高)。斜坡道主干线坡度为15％，弯道段坡度为5％。斜坡道全长4025m，平均坡度约为12％。斜坡道转弯半径为30m。斜坡道每隔400m设一个缓坡段，长度20m，并作为错车道，坡度为3％。

井下无轨胶轮设备都配有车速监测装置和刹车制动监测装置，以实现对驾驶车辆的动态监控与预警。所述刹车制动系统与地面控制中心相连接。所有无轨胶轮车辆均配有gps定位装置以及语音播报装置。所述刹车制动系统应当与语音播报装置和gps定位装置相连接，一旦刹车制动系统发出警报，语音播报系统与gps定位将会自动开启，及时诱导失控车辆驶入紧急避险车道。所述紧急避险车道导向牌需在避险车道超前25m,50m和100m处设置，以引导驾驶员正确驶入避险车道内部。

以矿井折返式斜坡道布置方式为例，考虑到斜坡道每隔400m设有一个缓坡段，拟将紧急避险车道设置在缓坡段附近，即每隔400m设计一处分离式避险车道。另外，在转弯处均设置有平行式避险车道。

对于分离式紧急避险车道，其与斜坡道之间的夹角一般取为5°～15°。平行式紧急避险车道与转弯前斜坡道轨迹一致。紧急避险车道宽度与斜坡道宽度大致相等，取为5-6m。引道长度初步定为50m，制动坡道长度需根据以下公式(1)确定：

式中：sz为制动坡道长度，m；v为驶入制动坡道的车速，m/s；v为驶入制动坡道的车速，km/h；iz为制动坡道的纵坡坡度，％；fz为坡床滚动阻力系数。

对于井下斜坡道内行驶车辆，以40km/h限速为例，考虑到失控车辆在下行过程中会出现超速的情况，将最大车速设定为60km/h，制动坡道纵坡坡度取为20％，坡床材料一般为砂砾或豆砾石，其滚动阻力系数取为0.20。由公式(1)可以计算出制动坡道长度为35m，即紧急避险车道总长度为85m。在紧急避险车道尽头设置有强制减弱装置，一般由废旧轮胎和沙袋组成，高度为1.2-1.5m。引道与斜坡道交叉口需设置有车道缓冲装置，以避免失控车辆在驶入引道过程中与巷帮可能发生的直接碰撞，一般由废旧轮胎与防撞桶组成。紧急避险车道两侧都设有缓冲装置(废旧轮胎)以防止失控车辆直接撞向车道两帮墙体。整个车道内部均安装有防爆照明灯，光线不宜过暗，应满足驾驶员正常行驶所需亮度。

服务车道设置于紧急避险车道左侧，并采用水泥墙将其与避险车道完全分离，车道宽度为3m，车道长度与紧急避险车道距离一致。在服务车道尽头设置有紧急救援装置，以便对失控车辆驾驶员以及救援人员进行紧急施救和排险。

井下动态警示装置安装在紧急避险车道一定距离处，用于警示井下其他正常行驶车辆和人员及时躲避失控车辆。一旦失控车辆刹车制动监测装置发出报警，地面远程监控与应急救援平台便会接收到信号。一方面，地面工作人员需立即向井下斜坡道内防爆显示屏发送警示标语，并通过对讲机向其他正常行驶车辆与作业人员发送警告，避免发生二次事故。另一方面，远程监控与应急救援平台需立即向矿山应急救援小组发送救援信号，并告知事故发生具体地点，使指挥调度救援小组尽快在井下指定位置进行抢救排险。

综上所述，本申请的一种井下斜坡道无轨胶轮设备失控紧急避险系统具有以下有益效果：

(1)本实用新型针对地下矿山无轨胶轮设备在斜坡道内行驶过程中可能出现的刹车制动装置失灵等情况，对井下斜坡道无轨胶轮设备发生的突发紧急事件实现有效预防、响应和恢复，克服了传统单一的井下无轨胶轮设备失控避险方式。

(2)本实用新型施工难度小，操作方便，各监测装备易于安装，安全可靠，可实现井下无轨胶轮设备失控突发事件的及时监测、确认和处理。通过使失控车辆驶入紧急避险车道强制制动的方式，极大地提高了井下无轨胶轮设备在行驶过程中的安全性，尽最大可能降低失控车辆的损坏和人员的伤亡。

(3)由于失控状态下的无轨胶轮设备可以停靠在紧急避险车道内，同时辅以先进的井下监控、预警装置，可以有效地避免事故车辆对于斜坡道内其他正常行驶车辆和作业人员的潜在威胁，防止事故的进一步扩大。

(4)对失控车辆进行救援抢险过程可以在紧急避险车道和服务车道内进行，避免了对于斜坡道内其他正常行驶车辆的干扰和潜在威胁，不仅可以有效提高事件处置效率，还可以确保矿山采、装、运、卸的正常运行，有助于实现安全高效机械化作业。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。