主井煤流系統(tǒng)保護(hù)功能的創(chuàng)新與應(yīng)用

王明欽 王 力 張苗苗

（兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城 273512）

1 概 述

東灘煤礦主井提升機(jī)擔(dān)負(fù)著礦井原煤提升的任務(wù)，其提升設(shè)備為法國FCB公司多南礦山設(shè)備廠生產(chǎn)的兩部4×4m塔式多繩摩擦輪提升機(jī)，各布置1對(duì)18t箕斗。裝載站共布置有2條皮帶，每條皮帶各布置有1臺(tái)配煤車、1對(duì)定量倉（A倉、B倉），采用定重裝載，定量倉扇形門及配煤車動(dòng)作由氣缸控制，主井裝載提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。提升機(jī)主控系統(tǒng)采用S7-400PLC為核心的控制系統(tǒng)，完成主井提升機(jī)自動(dòng)化控制、數(shù)字化監(jiān)控運(yùn)行。卸載站由SIMATIC S7-300PLC+ET200M系統(tǒng)組成，用于裝載站控制和內(nèi)部連鎖，可以進(jìn)行井上和井下信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

隨著主井煤流系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，原系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐步暴露出一些不足，給現(xiàn)場作業(yè)安全和礦井高效生產(chǎn)帶來安全隱患。一是定量倉滿倉停皮帶，皮帶沖擊量易造成定量倉過裝，提升機(jī)可能因?yàn)榛愤^裝而緊急停車，損傷閘控裝置及井筒裝備；二是配煤車灑煤造成定量倉過裝，可能造成箕斗過載沉車，引發(fā)提升事故；三是裝載站停風(fēng)易造成定量倉扇形門意外開啟，定量倉內(nèi)存煤卸入井筒，損傷井筒裝備，易引發(fā)較大安全生產(chǎn)事故；四是提升機(jī)箕斗與皮帶啟停協(xié)同配合效率低，易出現(xiàn)箕斗等煤現(xiàn)象。盡快消除安全隱患，提升礦井提升效率，是保證礦井可持續(xù)安全生產(chǎn)的迫切需求。

圖1 主井裝載提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 研究路線及保護(hù)設(shè)計(jì)

本文根據(jù)主提升系統(tǒng)發(fā)生的安全生產(chǎn)故障，提出兩條研究改進(jìn)主線：（1）增加設(shè)備運(yùn)行過程監(jiān)測，實(shí)時(shí)與設(shè)定數(shù)據(jù)對(duì)比，異常時(shí)聲光報(bào)警并停止設(shè)備運(yùn)行；（2）分析職工處理故障時(shí)習(xí)慣性操作，在控制系統(tǒng)中做出邏輯判斷，對(duì)操作的合理與否進(jìn)行選擇執(zhí)行，閉鎖錯(cuò)誤信息及誤操作指令，從控制源頭杜絕故障發(fā)生。根據(jù)兩條主線思路，利用現(xiàn)有PLC控制設(shè)施、通訊設(shè)備，修改PLC控制程序，完善提升機(jī)工藝過程，逐步解決現(xiàn)場隱患，使整個(gè)原煤裝載環(huán)節(jié)更加周密化、合理化、系統(tǒng)化。

2.1 裝載站皮帶沖擊造成定量倉過裝問題

當(dāng)一個(gè)定量倉已滿倉，另一個(gè)定量倉稱重值到滿倉設(shè)定值時(shí)，主井裝載皮帶將自動(dòng)停止運(yùn)行。在慣性作用下皮帶將繼續(xù)減速運(yùn)行，此時(shí)皮帶上的存煤將繼續(xù)向已滿倉的定量倉裝煤，該過程并不受系統(tǒng)控制。當(dāng)給煤量較大時(shí)，易出現(xiàn)定量倉過裝，提升機(jī)可能因?yàn)榛愤^裝而緊急停車，損傷閘控裝置及井筒裝備。

針對(duì)皮帶沖擊引發(fā)的箕斗過裝問題，研究裝載系統(tǒng)控制程序，建立定量倉過裝保護(hù)功能。在程序內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)比較值，當(dāng)一個(gè)定量倉已滿倉，另一個(gè)定量倉快滿倉時(shí)，提前停止皮帶運(yùn)行，利用皮帶慣性停車時(shí)間將定量倉裝滿。通過該方式即可避免出現(xiàn)過裝停車。如若定量倉裝載值超過設(shè)定值，則自動(dòng)復(fù)位裝載“自動(dòng)模式”，人員切換至“手動(dòng)模式”，手動(dòng)2次裝載，消除過裝影響。具體工藝流程如圖2所示（滿倉值17.0t，設(shè)置值0.5t）。

圖2 定量倉裝載量監(jiān)測流程圖

2.2 裝載站配煤車灑煤造成定量倉過裝問題

當(dāng)裝載站A定量倉已滿，B定量倉裝載期間向A倉灑煤，A定量倉將出現(xiàn)過裝，易造成A箕斗過裝沉車，影響主井提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)配煤車灑煤造成定量倉過裝問題，研究裝載系統(tǒng)控制程序，完善過裝保護(hù)功能。添加稱重判斷條件，當(dāng)稱重系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)將提升機(jī)閉鎖停車，輸送機(jī)司機(jī)可通過手動(dòng)方式分2次裝載，避免啟動(dòng)電流過大或箕斗因過載而沉車。通過該保護(hù)的應(yīng)用，由被動(dòng)改主動(dòng)消除故障隱患，避免引發(fā)更大安全事故，減少故障影響時(shí)間，確保提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。具體工藝流程如圖3所示（滿倉值17.0t，預(yù)置閉鎖值2.2t）。

圖3 配煤車灑煤定量倉過裝保護(hù)監(jiān)測流程圖

2.3 裝載站停風(fēng)造成定量倉扇形門意外開啟問題

因裝載站供風(fēng)中斷或氣壓低，造成定量倉扇形門無法正常開啟，提升機(jī)箕斗因裝載超時(shí)而閉鎖停車。此時(shí)，箕斗及皮帶已停止運(yùn)行，而扇形門電磁閥閥芯處于開門工作位置，閥芯無法自行恢復(fù)至關(guān)斷位置。當(dāng)裝載站恢復(fù)供風(fēng)后，扇形門將在電磁閥開門作用下自動(dòng)開門卸煤。此時(shí)，如若箕斗離開裝載區(qū)域，則定量倉內(nèi)存煤將卸入井筒，對(duì)井底尾繩造成較大沖擊，損傷井筒裝備。

針對(duì)裝載站停風(fēng)造成定量倉扇形門意外開啟問題，研究裝載系統(tǒng)控制程序，添加故障狀態(tài)下裝載站氣控裝置電磁閥復(fù)位條件。當(dāng)裝載操作模式同時(shí)處于非自動(dòng)和非手動(dòng)模式下，即裝載掉方式，確保關(guān)門線圈始終帶電，自動(dòng)復(fù)位電磁閥開門信號(hào)，避免任何情況下扇形門自動(dòng)開啟。具體工藝流程如圖4所示。

2.4 提升機(jī)箕斗與皮帶開啟協(xié)同配合問題

提升系統(tǒng)自動(dòng)模式下，A、B定量倉均滿倉，皮帶自動(dòng)停機(jī)，當(dāng)A（B）倉放空后，皮帶未開啟，而是等待B（A）倉同時(shí)放空后，A、B門均關(guān)閉后，再自動(dòng)啟動(dòng)皮帶，易造成箕斗等煤，影響主井煤流系統(tǒng)提升效率。

圖4 裝載掉方式扇形門自動(dòng)關(guān)閉流程圖

針對(duì)提升機(jī)箕斗與皮帶開啟協(xié)同配合問題，研究提升機(jī)主控系統(tǒng)及裝載系統(tǒng)控制程序，優(yōu)化控制程序。在自動(dòng)模式下，A、B定量倉均滿倉，皮帶自動(dòng)停機(jī)，當(dāng)A（B）倉放空后，B（A）倉滿倉信號(hào)為非滿狀態(tài)，并且此時(shí)配煤車處于配A（B）位置時(shí)，自動(dòng)開啟皮帶配A（B）。通過提前開啟皮帶給煤，提前將定量倉裝滿，避免出現(xiàn)箕斗等煤情況，提升主井提升效率。具體工藝流程如圖5所示。

圖5 提升機(jī)箕斗與皮帶開啟邏輯配合流程圖

3 實(shí)施應(yīng)用情況

主井煤流系統(tǒng)保護(hù)功能研究與應(yīng)用已近2年，主井煤流系統(tǒng)已具備過裝保護(hù)功能，主井裝載可根據(jù)定量倉實(shí)際情況及時(shí)停止皮帶運(yùn)行，可主動(dòng)消除故障隱患，避免引發(fā)更大安全事故，減少故障影響時(shí)間，確保提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面，通過程序優(yōu)化，主井箕斗與皮帶啟動(dòng)配合性更好，主井提升效率更高，有效避免箕斗等煤情況，已取得較高經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

本文充分利用了數(shù)字化控制技術(shù)優(yōu)勢，在現(xiàn)有控制系統(tǒng)程序基礎(chǔ)上，充分結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際，重新對(duì)主井煤流系統(tǒng)保護(hù)功能進(jìn)行完善，并對(duì)系統(tǒng)邏輯控制進(jìn)行優(yōu)化，可及時(shí)消除故障隱患，避免引發(fā)更大安全事故，減少故障影響，降低職工維護(hù)工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，自動(dòng)化程度得到了進(jìn)一步提升，為礦井安全高效生產(chǎn)提供保障。本項(xiàng)目的研究與應(yīng)用也為其他礦井、行業(yè)或場所同類型的裝載控制系統(tǒng)提供了一個(gè)成功案例，具有較大的參考價(jià)值和推廣價(jià)值。