郭晓广，高级技师，高级工程师，现任中国平煤神马控股集团有限公司首席技能大师、平顶山天安煤业股份有限公司十矿首席技师
获全国“五一劳动奖章”、全国煤炭行业技能大师、全国煤矿智能化建设卓越工匠、河南省“劳动模范”“中原青年工匠”、河南省技术能手等荣誉称号。
从事煤矿一线工作20余年，致力于综采设备维护、智能化矿山建设及技术革新工作。参与完成河南省首个智能化采煤工作面建设；参与技术改造40余项，累计创效3000余万元；参与的“5G携手能源企业，共同踏上安全高效之旅”项目获第四届“绽放杯”全国比赛一等奖；获河南省、中国平煤神马集团和十矿职工职业技能竞赛“综采维修电工”第一名，2017年，担任“同煤杯”第七届全国煤炭行业职业技能竞赛“液压支架工”裁判长；为企业培养出50余名技术骨干，其中7名被评为集团“技术状元”。
2020年，国家发展改革委、国家能源局等八部委印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，提出到2035年各类煤矿基本实现智能化；同年，工信部、国家发展改革委、自然资源部联合发布《有色金属行业智能矿山建设指南（试行）》，鼓励开展无人驾驶系统的建设与应用；《中国制造2025》提出要加快促进矿山的数字化、智能化、信息化和无人化建设。智能化是矿山工业高质量发展的核心技术支撑，建立健全矿山智能化标准体系，强化基础性、关键共性标准的制修订是智能化矿山建设的基础和指南。目前，我国矿山智能化相关标准研究还处于初级阶段，缺乏统筹规划、顶层设计的技术体系，造成规范不明确及重复制定等问题。因此，构建矿山智能化标准体系，提出标准体系建设路径，是智能化矿山规范、高效发展的当务之急。
文章来源：《智能矿山》2023年第5期“革新·改造”专栏
引用格式：郭晓广.中置气缸式自动道岔机的改造与应用[J].智能矿山，2023，4（5）：54-56.
点击文末左下角“阅读原文”，免费下载阅读pdf全文
关注微信公众号，了解更多矿山智能化建设进展
根据集团公司质量标准化提档升级和安全工作的要求，煤矿井下逐步取消人力扳道器，集团公司也下发了相关通知，要求全矿井下轨道运输线路中的道岔全部更换为自动化装置，并在2020年底前全部完成。
应集团任务要求，采煤战线立即组织人员对综采工作面的轨道全面进行了摸排。中国平煤神马控股集团有限公司平煤股份十矿（简称平煤十矿）4个综采工作面共有18处道岔需要自动化改造，这些道岔承担着综采工作面进出车辆的调度及车场的存车工作，使用量很大，而且需要近距离操作，不但增加了职工的劳动强度，而且会造成安全隐患。
根据目前采煤工作面条件，如果进行自动化改造，共有2种方案可选：一是采用电动道岔，二是采用气动道岔。由于采用电动道岔需要专用的防爆电机，还需要配备专用的机械传动装置，而且结构较复杂，故障率较高，同时需要专门敷设线路，管理难度较大。而气动道岔因为采用压缩空气作为动力，并使用气缸作为动作器件，结构简单，而且井下各处均安设有压缩空气管路，随处可用，安装比较方便，更重要的是由于取消了电力驱动，在高瓦斯矿井中的使用优势比较明显。
目前，平煤十矿大巷及轨道上的自动道岔均采用了气动装置，统一采用边置气缸式，气缸安装在人行道上，通过连杆与道岔连接，气缸上面安装护板进行防护。通过现场考察测量，发现这种气动装置需要占用人行道空间（图1中红圈位置），而综采工作面运输巷道断面普遍较小，部分地段人行道狭窄，安装边置气缸较为困难，而且《煤矿安全规程》中对安全出口的宽度也有要求，因此无法采用通用方案，需要重新设计。
图1 传统边置气缸式气动道岔
由于无法在轨道两侧设置气缸，只能将动作装置安装在轨道中间，最初的方案是将气缸安装在动作机构的上面，这样比较容易实现，但同时也带来一些问题，车辆通过或使用绞车运输时，容易将气缸碰伤，导致气缸受损报废，影响使用。最好将气缸设计在动作机构的下面，但这样就加大了设计难度，原设计方案是气缸安装在动作机构的下面，通过连杆机构从侧面控制动作机构，不但结构复杂，而且尺寸也较大，不便于安装和维护，在翻阅大量的机械设计资料和实用案例之后，最后采用底板开孔的方法，将连杆通过方孔与底部的动作机构固定，解决了动力传递问题，同时还减少了器械部件数量，缩小了尺寸。中置气缸式自动道岔机结构示意如图2所示。
图2 中置气缸式自动道岔机结构示意
动作机构设计完成之后，还需要配套的控制系统，由于是控制压缩空气，需要考虑自动道岔机的承压能力，同时兼顾轻便。采用1个铝制的二位五通手动阀作为控制器件，控制阀有2个位置，切换位置时，气缸也相应做出伸出或缩进动作，带动道岔动作，控制车辆的行进方向。中置气缸式自动道岔机控制原理如图3所示。
P—进气孔；R、S—排气孔（需安装消声器）；A、B —出气孔
图3 中置气缸式自动道岔机控制原理
中置气缸式自动道岔机设计完成后，2020年8月加工出样品，安装在平煤十矿己15-33200综采工作面，经过1个多月的试用，完全符合现场使用要求。在降低职工劳动强度的同时，还提升了矿井的自动化水平。由于动作机构不占用人行通道空间，质量标准化也得到了一定提升。在安全方面，由于手动控制阀不会自动复位，气缸就不会卸载，这就保证了无论道岔处于哪个位置，始终都有气缸施加相应的推力，避免了车辆在通过道岔时由于震动造成道岔的偏移现象，可降低车辆通过道岔时发生运输事故的概率。中置气缸式气动道岔机现场应用如图4所示。
图4 中置气缸式气动道岔机现场应用
随着矿井智能化改造的深入推进，笔者将手动换向阀升级为电磁阀，并将操作线接入控制系统，在已实现的道岔的远程控制基础上，完善车辆精确定位系统后，还可实现道岔的自动控制。由于该装置的设计思路较好，得到了各使用单位的认可和好评，并获得国家授权实用新型专利（图5）。
图5 实用新型专利证书
经济效益分析：经过测算，平煤十矿设计加工的中置气缸式气动道岔机每个成本2 000元，而如果使用常规设备厂商生产的设备，每台需要6万~10万元，每台至少节约5万元，近3年累计设计生产60余台中置气缸式气动道岔机，累计节约资金约300万元。后续如果全矿轨道系统全部采用中置气缸式气动道岔机，预计需求量将超过200余个，创造的经济效益将更加可观。
社会效益分析：如果采购成套自动道岔设备，由于资金量大，立项、审计等流程复杂，而通常综采工作面的安装周期较短，无法保证按期安装，中置气缸式气动道岔机由于结构简单、成本低、加工制作便捷，因此，可确保能按期投入使用。另外，以中置气缸式气动道岔机的设计制作和实际应用为例，再通过对影响安全生产的环节进行分析研究，制定方案并加以解决，能够锻炼职工队伍，培养技术人才。
