古漢山煤礦主井提升系統提速增效技術改造

常云飛,劉元明,趙青華

（1.河南能源化工集團焦煤公司古漢山礦；2.河南能源化工集團焦煤公司安監局,河南 焦作 454350）

古漢山煤礦主井提升系統提速增效技術改造

常云飛1,劉元明2,趙青華2

（1.河南能源化工集團焦煤公司古漢山礦；2.河南能源化工集團焦煤公司安監局,河南 焦作 454350）

為提高古漢山煤礦主井提升系統安全運轉效率，通過現場分析研究，針對主井提升系統的電控系統、制動系統、井筒裝備（包括箕斗）、裝卸載系統、井上下排矸系統及信號系統等進行技術改造，主井提升速度和效率有了明顯提高，同時增強了系統運行的安全可靠度。

煤礦；提升系統；提速增效；改造

0 引言

古漢山礦為焦作煤業（集團）有限責任公司下屬礦井，主井為立井，井筒深度：545.4m，提升系統由武漢設計院進行設計，提升機為JKMD-3.5×4（Ⅲ）E型多繩摩擦輪提升機,配用電機型號為TDBS/1600-20,功率1600KW,供電電壓960V,額定轉速43r/min，傳動方式為低速直聯，控制方式采用交交變頻。提升容器為JDGY-12/110×4型箕斗，電控系統采用全數字交--交變頻矢量控制和數字控制PLC方式，原電氣傳動采用一套西門子SIMADYN--D全數字控制系統，原設計生產能力120萬噸/年。后經過改造后，提升一循環時間為142s，提升能力達到185萬噸/年。隨著礦井生產能力的不斷提升，采掘工作面的不斷增多和延伸，回采煤量和排矸量也在不斷增加，主井提升能力成立制約礦井生產發展的主要因素。為了保證礦井安全高效運轉，經過現場研究，在不影響正常生產的前提下，對主井提升系統進行技術改造。

1 改造的必要性

（1）電控系統年久老化，部分備件需進口，價格昂貴，日常維護量大，且只有一套電控系統，出現故障礦井面臨停產。

（2）制動系統為恒力矩二級制動，造成緊急制動減速度過大，過大的減速度將導致鋼繩滑動突破防滑極限，且舊制動系統維護量大，已不能滿足提升要求。

（3）井筒淋水造成組合鋼罐道銹蝕嚴重，井口、井底為木罐道，且無四角穩罐道，影響絞車的安全運行。

（4）箕斗卸載方式為氣動側卸式（抓捕卸載），卸載時間較長，汽缸等一系列設施需要一定的維護量。

（5）定量倉為氣動裝載，開閉動作慢，風動開啟力矩小，汽缸維護量大，人為失誤造成多放煤后，只能將定量倉內的煤全部放空，可控性低。

（6）給煤系統為兩部運輸大槽及往返式給煤機，給煤量小，速度比較慢，且維護量大。

（7）信號系統老化，無備用信號。

（8）井下巖巷開拓掘進量大，副井提升系統的排矸量不能滿足生產需要。

基于上述原因，通過對主井提升系統的電控系統、制動系統、井筒裝備（包括箕斗）、裝卸載系統、信號系統及井上下排矸系統等進行技術改造，以達到提速增效的目的。

2 改造實施內容

2.1 電控系統改造

（1）主調速實現雙系統運行（初次改造）

2012年11月底徐州寶迪公司和上海交通大學在我礦安裝一套國內自主研發的SME-BD調速系統來代替德國西門子公司SIMADYN-D系統。在原有的S7-400 PLC上增加VME-BD系統的控制通道，包括模擬量通道和開關量通道，并對軟件程序設計相應的修改。新調速系統柜到位后，將外圍信號接入新柜，包括軸編碼器信號、同步信號、PLC的控制信號及狀態返回信號、勵磁柜的控制信號及返回信號。新VME-BD調速系統安裝調試期間，保證原SIMADYN-D調速系統能安全可靠運行。初次改造后，解決了主井交交變頻控制器調速系統的備用問題。

（2）主井電控冗余系統改造（二次改造）

新增變流柜、勵磁柜、繞組運行模式切換柜、電機定子電源切換柜、電機勵磁電源切換柜及整流柜交流電源切換柜等。

低壓配電柜增加對新變流柜及勵磁柜的配電。

SD柜增加觸發脈沖的切換裝置，增加電壓、電流實際值的切換裝置，增加零電流、熔斷監視等信號的切換裝置，增加電機繞組絕緣監視切換。

主控柜增加對新整流柜的狀態監視，增加對新切換柜的狀態監視，增加對新老整流柜的切換閉鎖。

上位機增加新老整流系統的切換指示，增加新整流柜系統狀態顯示。

此次改造完善了SME-BD調速系統，新舊系統實現冗余運行。

整流柜改造后系統框圖，如圖1所示：

圖1 整流系統框圖

2.2 制動系統改造

為了提升制動系統性能，擬采用洛陽中重自動化有限責任公司公司研發生產的恒減速電液制動裝置（包括TE142A液壓站和配套恒減速電控柜）和新型制動器替代原制動器和液壓站。

2.3 井筒裝備及卸載系統改造

（1）組合鋼罐道更換為玻璃鋼防腐方形罐道。

（2）增加井口、井底四角穩罐道，井口、井底木罐道更換為鐵罐道。井筒罐道全部進行加固。

（3）氣動側卸式箕斗更換為曲軌卸載方式箕斗，井架落煤點改造，安裝配套的卸載曲軌。

2.4 裝載系統改造

（1）主井裝載系統改造為液壓裝載。改造后采取兩泵兩箱式液壓站，平時一用一備，保證了主井提升的連續性。

（2）定量倉加固。在現有的定量倉內部鑲襯一層錳鋼板，能夠承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件。由于對其加固力度大，耐磨板較厚，定量倉原本的加強筋并沒有破壞，已經遠遠超過了其設計要求，自加固完成后，再未出現門被大矸砸變形出現凹坑或磨損嚴重等異常現象。

（3）給煤系統改造。改造為兩部大流量的甲帶式給煤機，由皮帶想定量倉給煤，同時，甲帶式給煤機與定量倉底的電子秤閉鎖。

2.5 信號系統改造

新增加一套同型號的信號系統，對信號系統設計改造，能夠實現快速切換迅速。兩套信號同時參與絞車電控，井口兩臺信號機共同控制一套電磁閥，由于平時電磁閥是不帶電的，當有信號時才能控制電磁閥吸合的大電壓大電流，不會互相影響動作正確與否。井口的各個傳感器安裝兩套，所以安裝兩套，同樣起到一用一備的效果，并且安裝了切換開關，使兩個傳感器和兩套信號系統任意搭配，也可以通過轉換開關來快速判斷傳感器的好壞，便于查找故障傳感器。井底信號機同樣采用了此方法來實現合并的。主信號的電源由備用信號的通訊電纜中兩根芯線提供，備用信號的電源由主信號的通訊電纜中兩根芯線提供，這樣避免了交流127V強電的干擾。如果需要切換信號，信號工即可完成，簡單到停一個，送一個開關即可，并且開關上還有文字標注。如圖2所示：

圖2 雙信號并聯原理示意圖

2.6 井上下排矸系統優化

經過礦方研究決定，采用主井排矸，要求每天兩班提煤一班提矸，但排矸班由于矸山排矸效率低等原因，制約了主井提矸。為了避免提矸與提煤相互影響反而制約主井提升效率，對我礦井上下排矸系統進行優化。

（1）在地面新設計加工安裝一套矸倉，能承載數十噸矸石，并實現氣動自動放矸，使提煤與提矸時段切換有了緩沖。

（2）由于提矸期間矸石對卸載滑板等部件損壞嚴重，利用耐沖擊耐磨能力強的高強度錳鋼板進行加固。

（3）矸山絞車提速。更換絞車電機，矸山提升速度由2.5m/s提升到4m/s，提升循環時間從180s縮短到120s，改造前每小班最多提升80車次，現改造后，每班提升可達150車次，提高了排矸效率。

（4）井下大巷溜矸嘴改造實現雙向排矸。當排矸班大巷皮帶運輸矸石期間，溜矸嘴直接將矸排放到皮帶上；當出煤班大巷皮帶運輸煤炭期間，溜矸嘴采用側向放矸，將矸石排至礦車內，由副井提升排出。

排矸系統優化改造后，明顯提高了主井排矸工作效率，減少了對因排矸慢等原因對提煤班造成的影響。

3 技術改造實施效果

以上改造在成功實現后，達到了預期目的：

（1）主井電控實現SIMOVERT-D調速系統和SME-BD調速系統冗余運行，完全實現兩套系統分離切換使用，同時滿足新電控系統全載半速運行要求。明顯減少主井電控系統故障對生產造成的影響，極大的提高了運行效率。同時，解決單系統運行期間檢修時間緊張的問題，電控系統檢修時間充足，確保檢修內容全面細致，保證了主井的安全長效運行。

（2）改造后，主井提升系統單循環運行時間由原來的142s縮短至100s，裝卸載時間由原來的25s縮短至8s，每鉤的動作時間由原來的168s縮短至108s，縮短了60s。單斗提升量由原來的12噸增加到12.5噸，年提升量由原來的148.76萬噸提升至241.05萬噸，年產量增加了92.29萬噸，同時，主井排矸系統運行以來，每天由主井提升排出的矸石至少達到400噸，每年能排出矸石14萬噸，既保證了正常提煤量，又保證了主井排矸量，最大程度的緩解了副井提升壓力。速度時間對比如圖3所示：

（3）改造后，主井提升系統的電控系統、信號系統及制動系統均未因故障或檢修影響到正常提升，尤其是雙電控雙信號系統的可靠運行，為備用電控和信號系統的檢修贏得了充分的檢修時間，保證了檢修質量，同時因新型電控系統等線路清晰，故障率低，減少了維護量，節省了人力物力，使系統維護運轉進入了良性循環。

圖3 改造前后速度對比時間圖

（4）制動系統采用恒減速液壓制動系統，具有控制精度較高、響應速度快，動態性能好，雙向調節，反映在制動過程速度曲線上，表現為對超調量的衰減速度快，即糾偏能力強、安全制動效果好。在緊急制動工況下，通過電控系統實現恒減速控制制動，能使制動減速度不隨負載、工況變化而變化，始終按預先設定的減速度值進行制動，同時保留了原有的恒力矩二級制動性能，可在恒減速控制系統失效時，自動轉換為恒力矩二級制動狀態，大大提高了設備的運行安全，增加了系統的可靠性。

（5）選用玻璃鋼防腐方形罐道，消除了因罐道銹蝕造成的不安全因素。安裝四角穩罐道并對整體罐道加固后，主井絞車啟動和停止爬行段更穩定。

（6）裝卸載系統改造后，延長了使用壽命，實現自動化裝卸載，縮短了裝卸載時間，縮短了提升循環時間，系統運行更加可靠，減少了故障率，減小了維護量。

（7）絞車實現自動化開車，較人工開車反應更快，提高了運轉效率。

4 結語

（1）大功率同步電機的動態優化控制。以我礦大功率雙繞組同步電動機實驗系統為開發平臺，開展矢量控制的速度、電流雙閉環控制系統實驗研究，結合現有的古漢山礦提升機交交變頻控制系統，進行相關的矢量控制技術現場應用成功。

（2）本項目的研究成果實現高性能的提升機電控系統，對提高提升機的安全可靠性能具有重要意義。此成果為提升機電控系統的更新換代具有重要意義和推廣應用價值，成為行業內同類型提升機改造的典型案例。

（3）恒減速液壓制動系統得到推廣應用，成為煤礦提升機制動系統改造借鑒的典型。

（4）提速增效改造方案的成功實施，為類似礦井的提速增效改造提供了參考對象。

常云飛（1987—），男，本科，助理工程師，從事煤礦機電技術工作。