礦井主提升系統可靠性研究及技術改造

商栓虎

(冀中能源股份有限公司 邢東煤礦，河北 邢臺 054000)

0 引言

礦井主提升機肩負著井上下礦物、設備、材料和人員輸送的重要任務，其性能好壞關系著礦山安全生產和經濟效益[1-2]。邢東煤礦是華北區域開采較深的礦井之一，采用一對立井開拓，主井提升機為JKMD2.8×4型落地摩擦式提升機，提升高度819.5 m，電氣主控系統采用新型全數字直流提升機電控系統，其核心部件為2臺西門子S7-300型PLC。傳動系統采用直流電動機拖動，其控制裝置使用2臺ABB公司DCS800系列全數字直流調速控制裝置和晶閘管整流功率單元，主回路采用磁場恒定電樞可逆并聯12脈動控制方式，通過切換可實現6脈動全速半載運行，電動機使用ZKTD系列低速直聯懸掛式直流電動機。制動系統采用當前提升機最先進的恒減速控制系統。在日常運行過程中，為了提高提升機及其附屬設備的安全可靠性，針對發現的問題進行了多項技術改造。

1 防止提升過載功能的實現

主井提升機肩負著原煤提升的任務，在箕斗提升工況中，由于煤質差造成箕斗卸不凈或操作不當等原因，使得提升箕斗裝載量超過額定裝載量，輕則造成提升機整流裝置過流跳閘，重則出現溜車過卷現象，造成事故。針對以上問題，對提升機的主控系統及井底裝載控制系統進行了改造。

1) 由于當前煤礦主井提升系統全部采用定重裝載，根據其正常提升時勻速運行階段電流上下波動很小的特點，在提煤工況下設置1個電流底限報警值，即可及早發現上述因箕斗粘煤出現的不正常情況，及時消除不安全因素。

本礦主井提升機主控系統控制原理是：主控系統負責接收、識別提升機各部分的運行狀態，并根據接收到的指令向各部分發出相應執行信號；監視提升機及其附屬設備的運行參數和狀態，實現各種異常狀態的保護報警，并根據報警級別，執行相應的操作。

本礦提升機控制系統的核心部件為兩個西門子S7-300PLC和DCS800傳動裝置，傳動裝置根據主控PLC發出的速度信號進行速度環和電流環的調節，電動機電流經傳動系統的控制單元反饋到主控PLC，實現對電動機電流的實時監測。本礦主井采用一對箕斗提升，提升機的額定提升量為9 t，電動機額定電流為2 345 A，正常提升時電流為1 900 A左右，在主控PLC程序塊中設定的負載異常電流報警值為1 350 A。在正常提煤工況勻速階段運行時，若電動機電樞電流小于設定的報警值，則主控系統發出聲光報警信號，故障顯示為提煤負載異常，提醒操作人員。主控系統將發出的報警信號故障點傳送至井底裝載系統，實現自動或手動裝載的閉鎖。當完成本次提升并排除故障后，方能恢復正常提升。

2) 本礦主井裝載系統采用三菱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，由其相對應的定量斗實現箕斗的定重及裝載。根據定量斗門交替打開的運行特點，在定量斗門控制程序中加入閉鎖條件，使其在自動裝載及手動裝載運行工況下，只有當本勾提升完成后，另一側定量斗門正常打開時，本側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，則本側箕斗在下次裝載時無法打開定量斗門，從而避免因異常情況而造成二次裝載。

通過增加勻速運行階段電流值的監測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 消除提升機啟動溜車現象

礦井提升機在提煤工況下正常提升時，由于載重較大,或者由于故障因素造成傳動裝置給定反向，在提升機啟動階段，很有可能出現啟動電流建立較慢或啟動電流反向的現象，輕則造成溜車，重則造成過卷事故。針對以上現象對主控系統相應程序段進行了修改完善。

1) 提升機正常運行時，主控系統在收到開車信號后，向傳動系統發出相應的提升或下放信號，并向制動系統發出開閘信號。若主控系統同時發出開車和開閘兩個信號，則可能造成啟動加速段電流過小造成溜車現象。為保證在啟動時有足夠的啟動加速電流，增加開閘延時時間，即延時向制動系統發出開閘信號，時間設定為0.3 s。同時在提煤工況下，通過對電動機電樞電流的監測，增加開閘限制條件，當電樞電流大于300 A時才實現開閘。

2) 提升機在提煤工況下正常運行，主斗提升時電樞電流為正值,主斗下放時電樞電流為負值；停車狀態下，由于電樞電流反饋值在傳輸過程中存在零漂現象，一般為±6 A左右。當線路故障或信號干擾時，很有可能出現主控到傳動的給定速度信號反向的極端現象，嚴重時會造成箕斗過卷。為保證啟動加速時電流方向正確，根據主斗提升電樞電流為正，主斗下放電樞電流為負的運行特點，在提煤工況下增加對電流方向的監測，主斗提升時電流應大于10 A，主斗下放時電流應小于-10 A，設定延時值為0.25 s。考慮到檢修時的特殊工況，此保護僅監測箕斗距離井口2 m范圍內行程段。

通過增加開閘延時、開閘電流大小監測及開閘時電樞電流方向的監測，消除了啟動開閘時由于電樞電流過小或提煤時由于電樞電流方向反向造成的溜車和過卷現象的發生。

3 恒減速制動系統的完善[3-4]

礦井提升機制動系統是關系到提升機安全性能的關鍵部件。恒減速制動控制系統是當今提升機最先進的制動系統，其比較恒力矩制動具有減速度恒值閉環自動控制功能。在安全制動時，可以在各種載荷、各種速度及各種工況下，使提升系統按照給定的恒定減速度進行制動。在檢測裝置監測到實際減速度偏離給定值的情況下，通過電液閉環制動控制系統的反饋調節和補償作用，使其迅速減小偏差、保持制動過程減速度恒定不變，達到恒減速制動的效果，從而提高了制動平穩性和安全性，提高鋼絲繩防滑極限。這對提高礦山咽喉設備的安全可靠性和生產效率具有重要意義。

本礦提升機制動系統采用國產恒減速制動裝置，液壓站一用一備，正常提升和緊急制動工況都采用PLC進行精確控制。控制程序設定為：在緊急制動情況下，當提升容器位于井口范圍內時，實施一級制動；當提升容器位于井中時，實施恒減速制動控制，實際減速度通過恒減速控制板監測直流測速發電機測得；若恒減速制動控制由于故障無法實現時，實施二級制動。在實施恒減速制動過程中若提升機運行速度小于0.5 m/s，實施一級制動。此速度信號原來是由主控系統PLC通過監測計算PG1軸編碼器的數據所得，如果由于PG1提供信號中斷或者由于主控PLC模塊故障，造成主控系統到制動控制系統速度輸出信號中斷，此時提升機出現緊急制動，無論運行速度多少，制動系統都會誤認為提升機運行速度為0 m/s(如果只采用測速機信號當測速機出現故障時，同樣會造成此結果)，提升機將直接實施一級制動，很有可能造成滑繩等重大機電事故。

為了消除上述隱患，確保制動系統采集到的提升機速度信號可靠，特在制動系統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速發電機提供的速度信號，使其和主控提供的速度信號組成“與”的關系，只有當主控系統提供的速度信號和制動系統恒減速控制測速機提供的速度信號同時小于0.5 m/s時才實施一級制動，大大提高了制動的可靠性和安全性。

通過對制動系統中速度信號判斷程序段的完善，消除了單速度信號所導致的零速誤判斷，杜絕了由于零速誤判所造成的滑繩等重大機電事故的發生。

4 結論

礦井提升系統對礦工的人身安全及礦井的安全生產至關重要，只有在生產過程中不斷地發現并消除現有系統存在的問題及隱患，才能夠提高提升機的可靠性，最大程度地保障礦工的人身安全，確保礦井的安全生產。