礦井主提升系統(tǒng)可靠性研究及技術(shù)改造

商栓虎

(冀中能源股份有限公司 邢東煤礦，河北 邢臺(tái) 054000)

0 引言

礦井主提升機(jī)肩負(fù)著井上下礦物、設(shè)備、材料和人員輸送的重要任務(wù)，其性能好壞關(guān)系著礦山安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。邢東煤礦是華北區(qū)域開采較深的礦井之一，采用一對(duì)立井開拓，主井提升機(jī)為JKMD2.8×4型落地摩擦式提升機(jī)，提升高度819.5 m，電氣主控系統(tǒng)采用新型全數(shù)字直流提升機(jī)電控系統(tǒng)，其核心部件為2臺(tái)西門子S7-300型PLC。傳動(dòng)系統(tǒng)采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其控制裝置使用2臺(tái)ABB公司DCS800系列全數(shù)字直流調(diào)速控制裝置和晶閘管整流功率單元，主回路采用磁場(chǎng)恒定電樞可逆并聯(lián)12脈動(dòng)控制方式，通過切換可實(shí)現(xiàn)6脈動(dòng)全速半載運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)使用ZKTD系列低速直聯(lián)懸掛式直流電動(dòng)機(jī)。制動(dòng)系統(tǒng)采用當(dāng)前提升機(jī)最先進(jìn)的恒減速控制系統(tǒng)。在日常運(yùn)行過程中，為了提高提升機(jī)及其附屬設(shè)備的安全可靠性，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)改造。

1 防止提升過載功能的實(shí)現(xiàn)

主井提升機(jī)肩負(fù)著原煤提升的任務(wù)，在箕斗提升工況中，由于煤質(zhì)差造成箕斗卸不凈或操作不當(dāng)?shù)仍颍沟锰嵘费b載量超過額定裝載量，輕則造成提升機(jī)整流裝置過流跳閘，重則出現(xiàn)溜車過卷現(xiàn)象，造成事故。針對(duì)以上問題，對(duì)提升機(jī)的主控系統(tǒng)及井底裝載控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

1) 由于當(dāng)前煤礦主井提升系統(tǒng)全部采用定重裝載，根據(jù)其正常提升時(shí)勻速運(yùn)行階段電流上下波動(dòng)很小的特點(diǎn)，在提煤工況下設(shè)置1個(gè)電流底限報(bào)警值，即可及早發(fā)現(xiàn)上述因箕斗粘煤出現(xiàn)的不正常情況，及時(shí)消除不安全因素。

本礦主井提升機(jī)主控系統(tǒng)控制原理是：主控系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收、識(shí)別提升機(jī)各部分的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)接收到的指令向各部分發(fā)出相應(yīng)執(zhí)行信號(hào)；監(jiān)視提升機(jī)及其附屬設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)各種異常狀態(tài)的保護(hù)報(bào)警，并根據(jù)報(bào)警級(jí)別，執(zhí)行相應(yīng)的操作。

本礦提升機(jī)控制系統(tǒng)的核心部件為兩個(gè)西門子S7-300PLC和DCS800傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置根據(jù)主控PLC發(fā)出的速度信號(hào)進(jìn)行速度環(huán)和電流環(huán)的調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)電流經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制單元反饋到主控PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本礦主井采用一對(duì)箕斗提升，提升機(jī)的額定提升量為9 t，電動(dòng)機(jī)額定電流為2 345 A，正常提升時(shí)電流為1 900 A左右，在主控PLC程序塊中設(shè)定的負(fù)載異常電流報(bào)警值為1 350 A。在正常提煤工況勻速階段運(yùn)行時(shí)，若電動(dòng)機(jī)電樞電流小于設(shè)定的報(bào)警值，則主控系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，故障顯示為提煤負(fù)載異常，提醒操作人員。主控系統(tǒng)將發(fā)出的報(bào)警信號(hào)故障點(diǎn)傳送至井底裝載系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)裝載的閉鎖。當(dāng)完成本次提升并排除故障后，方能恢復(fù)正常提升。

2) 本礦主井裝載系統(tǒng)采用三菱PLC控制的定量斗式裝載方式。在正常提升煤炭的情況下，主斗與副斗交替提升，由其相對(duì)應(yīng)的定量斗實(shí)現(xiàn)箕斗的定重及裝載。根據(jù)定量斗門交替打開的運(yùn)行特點(diǎn)，在定量斗門控制程序中加入閉鎖條件，使其在自動(dòng)裝載及手動(dòng)裝載運(yùn)行工況下，只有當(dāng)本勾提升完成后，另一側(cè)定量斗門正常打開時(shí)，本側(cè)定量斗門才能正常打開。若本勾完成后，另一次定量斗未打開或未開到位，則本側(cè)箕斗在下次裝載時(shí)無法打開定量斗門，從而避免因異常情況而造成二次裝載。

通過增加勻速運(yùn)行階段電流值的監(jiān)測(cè)和打開定量斗門的閉鎖條件，杜絕了由于箕斗卸載不凈或者二次裝載造成的提升事故。

2 消除提升機(jī)啟動(dòng)溜車現(xiàn)象

礦井提升機(jī)在提煤工況下正常提升時(shí)，由于載重較大,或者由于故障因素造成傳動(dòng)裝置給定反向，在提升機(jī)啟動(dòng)階段，很有可能出現(xiàn)啟動(dòng)電流建立較慢或啟動(dòng)電流反向的現(xiàn)象，輕則造成溜車，重則造成過卷事故。針對(duì)以上現(xiàn)象對(duì)主控系統(tǒng)相應(yīng)程序段進(jìn)行了修改完善。

1) 提升機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，主控系統(tǒng)在收到開車信號(hào)后，向傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的提升或下放信號(hào)，并向制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出開閘信號(hào)。若主控系統(tǒng)同時(shí)發(fā)出開車和開閘兩個(gè)信號(hào)，則可能造成啟動(dòng)加速段電流過小造成溜車現(xiàn)象。為保證在啟動(dòng)時(shí)有足夠的啟動(dòng)加速電流，增加開閘延時(shí)時(shí)間，即延時(shí)向制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出開閘信號(hào)，時(shí)間設(shè)定為0.3 s。同時(shí)在提煤工況下，通過對(duì)電動(dòng)機(jī)電樞電流的監(jiān)測(cè)，增加開閘限制條件，當(dāng)電樞電流大于300 A時(shí)才實(shí)現(xiàn)開閘。

2) 提升機(jī)在提煤工況下正常運(yùn)行，主斗提升時(shí)電樞電流為正值,主斗下放時(shí)電樞電流為負(fù)值；停車狀態(tài)下，由于電樞電流反饋值在傳輸過程中存在零漂現(xiàn)象，一般為±6 A左右。當(dāng)線路故障或信號(hào)干擾時(shí)，很有可能出現(xiàn)主控到傳動(dòng)的給定速度信號(hào)反向的極端現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成箕斗過卷。為保證啟動(dòng)加速時(shí)電流方向正確，根據(jù)主斗提升電樞電流為正，主斗下放電樞電流為負(fù)的運(yùn)行特點(diǎn)，在提煤工況下增加對(duì)電流方向的監(jiān)測(cè)，主斗提升時(shí)電流應(yīng)大于10 A，主斗下放時(shí)電流應(yīng)小于-10 A，設(shè)定延時(shí)值為0.25 s。考慮到檢修時(shí)的特殊工況，此保護(hù)僅監(jiān)測(cè)箕斗距離井口2 m范圍內(nèi)行程段。

通過增加開閘延時(shí)、開閘電流大小監(jiān)測(cè)及開閘時(shí)電樞電流方向的監(jiān)測(cè)，消除了啟動(dòng)開閘時(shí)由于電樞電流過小或提煤時(shí)由于電樞電流方向反向造成的溜車和過卷現(xiàn)象的發(fā)生。

3 恒減速制動(dòng)系統(tǒng)的完善[3-4]

礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)是關(guān)系到提升機(jī)安全性能的關(guān)鍵部件。恒減速制動(dòng)控制系統(tǒng)是當(dāng)今提升機(jī)最先進(jìn)的制動(dòng)系統(tǒng)，其比較恒力矩制動(dòng)具有減速度恒值閉環(huán)自動(dòng)控制功能。在安全制動(dòng)時(shí)，可以在各種載荷、各種速度及各種工況下，使提升系統(tǒng)按照給定的恒定減速度進(jìn)行制動(dòng)。在檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)到實(shí)際減速度偏離給定值的情況下，通過電液閉環(huán)制動(dòng)控制系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和補(bǔ)償作用，使其迅速減小偏差、保持制動(dòng)過程減速度恒定不變，達(dá)到恒減速制動(dòng)的效果，從而提高了制動(dòng)平穩(wěn)性和安全性，提高鋼絲繩防滑極限。這對(duì)提高礦山咽喉設(shè)備的安全可靠性和生產(chǎn)效率具有重要意義。

本礦提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn)恒減速制動(dòng)裝置，液壓站一用一備，正常提升和緊急制動(dòng)工況都采用PLC進(jìn)行精確控制。控制程序設(shè)定為：在緊急制動(dòng)情況下，當(dāng)提升容器位于井口范圍內(nèi)時(shí)，實(shí)施一級(jí)制動(dòng)；當(dāng)提升容器位于井中時(shí)，實(shí)施恒減速制動(dòng)控制，實(shí)際減速度通過恒減速控制板監(jiān)測(cè)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)得；若恒減速制動(dòng)控制由于故障無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，實(shí)施二級(jí)制動(dòng)。在實(shí)施恒減速制動(dòng)過程中若提升機(jī)運(yùn)行速度小于0.5 m/s，實(shí)施一級(jí)制動(dòng)。此速度信號(hào)原來是由主控系統(tǒng)PLC通過監(jiān)測(cè)計(jì)算PG1軸編碼器的數(shù)據(jù)所得，如果由于PG1提供信號(hào)中斷或者由于主控PLC模塊故障，造成主控系統(tǒng)到制動(dòng)控制系統(tǒng)速度輸出信號(hào)中斷，此時(shí)提升機(jī)出現(xiàn)緊急制動(dòng)，無論運(yùn)行速度多少，制動(dòng)系統(tǒng)都會(huì)誤認(rèn)為提升機(jī)運(yùn)行速度為0 m/s(如果只采用測(cè)速機(jī)信號(hào)當(dāng)測(cè)速機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，同樣會(huì)造成此結(jié)果)，提升機(jī)將直接實(shí)施一級(jí)制動(dòng)，很有可能造成滑繩等重大機(jī)電事故。

為了消除上述隱患，確保制動(dòng)系統(tǒng)采集到的提升機(jī)速度信號(hào)可靠，特在制動(dòng)系統(tǒng)控制中增加速度判斷條件。在控制PLC程序段中增加由直流測(cè)速發(fā)電機(jī)提供的速度信號(hào)，使其和主控提供的速度信號(hào)組成“與”的關(guān)系，只有當(dāng)主控系統(tǒng)提供的速度信號(hào)和制動(dòng)系統(tǒng)恒減速控制測(cè)速機(jī)提供的速度信號(hào)同時(shí)小于0.5 m/s時(shí)才實(shí)施一級(jí)制動(dòng)，大大提高了制動(dòng)的可靠性和安全性。

通過對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)中速度信號(hào)判斷程序段的完善，消除了單速度信號(hào)所導(dǎo)致的零速誤判斷，杜絕了由于零速誤判所造成的滑繩等重大機(jī)電事故的發(fā)生。

4 結(jié)論

礦井提升系統(tǒng)對(duì)礦工的人身安全及礦井的安全生產(chǎn)至關(guān)重要，只有在生產(chǎn)過程中不斷地發(fā)現(xiàn)并消除現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題及隱患，才能夠提高提升機(jī)的可靠性，最大程度地保障礦工的人身安全，確保礦井的安全生產(chǎn)。