煤礦實用型風動堆煤保護裝置的研究與應用

曹 莊，孔 超，王青玉

（兗州煤業股份有限公司興隆莊煤礦，山東 兗州 272102）

興隆莊煤礦是80年代全國首座設計年產300萬t的大型現代化礦井。主井提升系統安裝了兩臺由瑞典ASEA公司成套引進的HSVE型6繩摩擦式提升機，這兩臺提升機擔負著礦井的原煤提升任務。主井井筒直徑為6.5m，井筒中布置4臺14T箕斗，工作于兩個水平：卸載位置+72.2m和裝載位置-313.9m。隨著煤礦生產能力不斷提高和所用生產設備不斷升級換代，對提升系統的各項保護功能也提出了更高的要求，這就需要我們的依據各項標準要求不斷完善和提高提升系統保護裝置的靈敏度和可靠性。井筒底部堆煤保護裝置是為了避免箕斗在卸煤過程中灑煤造成井筒下方煤炭堆積，進而出現磨損平衡尾繩引發的提升事故。為了提高該項保護的耐用性和可靠性，我們通過對現場反復觀察、商議、試驗，最終確定了堆煤保護的實施方案，即：實用型風動堆煤保護裝置。該裝置結合現場風流較大的特點，特利用風流作為動力源，失去風能后該保護裝置的控制觸點閉合，從而向主井提升系統有人值守的崗點發出聲光報警，進而找出報警原因并排除。

1 改造背景

主井井筒底部堆煤保護，是煤礦提升系統安全檢查中的一個主要保護，也是防止主井提升系統在人為失誤或突發條件下而出現的井底堆煤過多引起提升機平衡尾繩扭轉托起，拉壞主井提升機井筒設備設施、拉傷拉斷提升機平衡尾繩的安全保護措施。因此，該保護裝置監測部件的高可靠性和靈敏度是至關重要的。

由于主井井筒底部潮濕、風大、淋水大、煤粉粒多等環境惡劣的特點，以前安裝的機械式監測開關使用壽命短，動作不靈敏、不可靠，主要原因是：①投入使用不久，因現場淋水大，出現機械開關極易銹蝕或進水，造成開關不動作或誤動作。②由于井筒底部漏斗處煤炭流動性差，一旦發生井筒底部漏斗處積煤了，此開關也監測不到，開關不動作。③安裝困難，安裝離漏斗近了，由于風、水大，此開關誤動作，離漏斗遠了，監測無效果，另外，機械式監測開關除了安裝位置難確定外且安裝后還必須設置保護措施，以防砸壞和落煤時造成其誤動作。除此之外，我們還嘗試了電極式監測開關和紅外線監測開關，但都因為現場環境惡劣，最終以失敗告終。因此，困難擺在了我們面前，為了保護提升機的安全運行和達到良好的保護效果，針對這一難題，我們成立了專業攻關小組，最終，在共同努力下我們研究出了切合實際的風動堆煤保護裝置，徹底解決了當前每個立井煤礦提升系統井底保護裝置的一個難題。

2 改造方案

為了提高主井底堆煤保護裝置的工作可靠性，經過我們現場觀察和現場試驗，發現正常情況下，從井筒底部漏斗出來的風流是不間斷的，只有當井筒底部漏斗堵住或部分堵塞才會出現無風或風量減小的情況。充分利用這一現象，我們多次研究試驗，創新性地制作了利用風流作為動力源，通過風流帶動監測開關動作的保護裝置（如圖1所示）。

圖1 風動堆煤裝置結構圖

其工作原理是：在主井井筒底部漏煤口通暢的情況下，漏煤口兩側風流很大，風流帶動監測開關風板偏離垂直位置，帶動隔磁板進入磁鐵和磁感應開關之間，使磁感應開關斷開；當漏煤口發生堵塞時，風流消失，監測開關風板在其自身重力作用下恢復下垂位置，并帶動隔磁板轉動，脫離磁鐵和磁感應開關之間的隔磁位置，使磁感應開關導通，達到報警目的。

依據這一原理，我們設計了風動堆煤保護監測開關裝置，即：井筒底部漏斗通暢時，風流吹動該裝置的風板，風板偏轉一個角度，帶動風板另一側的隔磁板遮住磁感應開關，磁感應開關失磁，磁感應開關斷開，小型三菱PLC控制裝置不動作，聲光報警裝置不報警；當漏煤口被煤炭堵住無風或風流減小時，風板就會在自身重力的作用下下垂，帶動隔磁板脫離開磁鐵和磁感應開關，此時磁感應開關吸合，小型三菱PLC控制裝置動作，聲光報警裝置發出聲光報警。為了避免井筒底部漏斗口風流不穩造成風板瞬時下垂情況，PLC控制程序設計延時5秒后各聲光報警裝置報警（如圖2所示），以便人員及時對現場情況進行檢查處理，杜絕事故的發生。

圖2 聲光報警示意圖

3 方案實施

該風動堆煤保護裝置包括磁鐵、隔磁板、磁感應開關、軸承、風板等部件以及報警解除和復位功能，即人員接到報警信號后，停止提升設備運行，然后到達現場可按下報警解除按鈕，消除報警聲光信號，控制裝置解除指示燈亮，對現場進行處理，處理完畢后，按下復位按鈕，恢復小型三菱PLC控制裝置正常監測工作，工作指示燈亮。

1）堆煤保護裝置的制作：本著小巧、耐腐蝕、動作可靠的目的，監測開關架用40角鐵焊接，為保證風板轉動靈活，轉軸兩端安裝密封軸承，軸承安裝在密封良好的軸承座中，采取雙重密封的措施以適應惡劣環境，風板采用不銹鋼光滑板，可根據風量大小進行增減塊數，以達到和風量大小配合的效果，保證監測開關的靈敏度。因為鐵質固定架易導磁，影響監測開關靈敏度，所以，磁鐵固定板采用不銹鋼材質；監測開關采用有煤安標志的磁感應開關，接線盒采用JHH2礦用本安型接線盒。

2）安裝：在主井井筒底部漏斗外出風口處，選擇一處風流較大且穩定的位置，用膨脹螺絲固定該裝置即可。

3）調試：根據所選風口處風流大小調節風板數量，保證風板在有風流的情況下能被吹起，無風或風小時能可靠落下。即：在主井井筒底部漏煤口通暢的情況下，堆煤保護開關斷開，報警裝置不報警；人為遮擋風板（也就是減小了吹到風板上的風流），5秒后報警裝置報警，按下解除按鈕，解除指示燈亮，按下復位按鈕，工作指示燈亮。

4 關鍵技術及創新點

該堆煤保護裝置最大的創新點是利用風能作為動力源，擺脫了傳統的觸動式堆煤保護動作的方式。通過風流帶動堆煤保護裝置監測開關動作，既簡便又可靠，實現并提高了惡劣環境下動作的可靠性和靈敏度，最終達到實時監測的目的。通過與PLC控制程序的有效結合，實現了主井提升系統井筒底部堆煤的預警功能和安全保護功能。

5 優點

該風動堆煤保護裝置具有安裝地點受限小且安裝簡便、適用性廣、使用壽命長等特點。其風板軸兩端采用密封軸承座，轉動靈活，密封性能良好；磁感應開關防水、防塵效果好，無機械和電氣接觸。風板用表面光滑的不銹鋼板制成，不易形成煤塵堆積，動作靈敏可靠，完全達到在此類惡劣環境下工作的要求。

6 結 論

該風動堆煤保護裝置是一種利用現場自然條件研制出的可靠裝置，具有安裝簡便、動作靈敏、適應性廣、使用壽命長等特點，切實起到良好的實時監測效果。這套風動堆煤保護裝置的投入應用具有很高的經濟效益和社會效益，對于其他立井提升系統的礦井具有很高的借鑒價值，值得進一步推廣應用。

該風動堆煤保護裝置投入使用以來，有效避免了主井井筒底部發生積煤可能引起的安全提升事故1次。實踐證明，此裝置能安全可靠地進行實時監測并報警，由此也證明該風動堆煤保護裝置不僅能適應這種惡劣使用環境，同時又能保證實時監測的可靠效果，能有效地避免因井筒積煤造成損壞尾繩及其他設備的事故，也能避免因井筒積煤壓住主井底運煤機的事故。