煤礦井下絞車保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)與應(yīng)用

苑昌明

摘要：絞車作為煤礦提升的動力，屬于煤礦提升系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。絞車松繩保護(hù)一直貫穿于提升過程中，并基于接近開關(guān)或者形成開關(guān)對松繩保護(hù)的安全回路進(jìn)行控制。在絞車控制提升容器下行時，只有當(dāng)懸垂鋼絲繩自身重力小于鋼絲繩弦長受重力作用在垂直方向上的分力時，絞車的松繩保護(hù)系統(tǒng)才能發(fā)揮其作用。而在提升過程中，經(jīng)常出現(xiàn)提升容器下行受阻導(dǎo)致提升系統(tǒng)的鋼絲繩變得松弛。此時松繩保護(hù)系統(tǒng)無法發(fā)揮其應(yīng)用的保護(hù)功能，常出現(xiàn)松繩過多進(jìn)而導(dǎo)致斷繩、卡箕斗的事故發(fā)生，故需對絞車的松繩保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：煤礦井下;絞車保護(hù)系統(tǒng);改進(jìn)措施

引言：無極繩絞車作為當(dāng)前在采煤工作面應(yīng)用最為廣泛的輔助運輸設(shè)備，其主要應(yīng)用于長距離、大傾角以及多坡的工作面。鑒于其應(yīng)用場所相對復(fù)雜，為保證無極繩絞車安全、穩(wěn)定運行，在其控制系統(tǒng)中專門設(shè)計了絞車保護(hù)系統(tǒng)模塊[1-2]。但是，在實際運輸過程中，絞車保護(hù)系統(tǒng)并不能夠?qū)崿F(xiàn)對無極繩絞車全時段、全方位的保護(hù)。經(jīng)分析，導(dǎo)致當(dāng)前絞車保護(hù)系統(tǒng)無法充分發(fā)揮其功能的原因在于其核心控制器單片機在復(fù)雜的采煤工作面工作時受到干擾。

1.煤礦井下絞車保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計

1.1運行控制的設(shè)計

為保證絞車保護(hù)系統(tǒng)能夠滿足實際生產(chǎn)的需求，要求絞車保護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對絞車進(jìn)行啟動、停止、正向運動、反向運動、正向點動以及反向點動的操作。絞車保護(hù)系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行初始化操作后，判斷是否滿足設(shè)備啟動的要求。若滿足設(shè)計啟動要求，即可按下“啟動”按鈕完成啟動操作。此外，還可根據(jù)絞車的實際運行狀態(tài)，控制對應(yīng)按鈕實現(xiàn)對絞車正向運動、反向運動、正向點動以及反向點動的操作。

1.2改進(jìn)的壓繩輪結(jié)構(gòu)

根據(jù)傳統(tǒng)壓繩輪結(jié)構(gòu)存在的不足，可以進(jìn)行相應(yīng)的裝置優(yōu)化和改裝。將壓繩輪、固定板和鐵道底邊固定，并且改進(jìn)壓繩輪和固定點的運作方式，讓鋼絲繩能夠只受徑向壓力，而不受其他應(yīng)力的限制。這種改進(jìn)模式的優(yōu)點有很多。首先，改裝后的裝置通過不同的壓力點，能夠有效防止彈繩;其次，各部位裝置在損壞時方便更換;再次，彈簧自身的強度能夠根據(jù)作業(yè)的需求進(jìn)行調(diào)節(jié);最后，改裝后的裝置能夠不受坡度的限制，進(jìn)行自由的安裝，同時對壓繩輪系的各種尺寸和強度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.3報警的設(shè)計

絞車保護(hù)系統(tǒng)報警的功能是當(dāng)絞車正常運行過程中，其報警器會發(fā)出對應(yīng)性的語音提醒，以達(dá)到提升作業(yè)人員注意安全的目的。比如：當(dāng)絞車啟動前，系統(tǒng)會連續(xù)三次發(fā)出“絞車準(zhǔn)備啟動”的語音提醒，并于5s后絞車啟動。即絞車在運行或者停機系統(tǒng)均會發(fā)出相對應(yīng)的語音提醒。

1.4速度保護(hù)的設(shè)計

速度保護(hù)是絞車保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實際工作中，由速度傳感器獲取絞車車輪的轉(zhuǎn)速上傳至PLC控制器中，經(jīng)換算后得出絞車的實時速度。將所得絞車的實時速度與預(yù)先設(shè)定好的欠速值進(jìn)行比較，若實時速度低于欠速值，則系統(tǒng)啟動速度保護(hù)功能;反之，將所得絞車的實時速度與預(yù)先設(shè)定的超速值進(jìn)行比較，若實時速度值高于超速值，則系統(tǒng)啟動速度保護(hù)功能。一般的，欠速值為絞車額定運行速度的85%;超速值為絞車額定運行速度的116%。絞車保護(hù)系統(tǒng)中速度保護(hù)的程序流程。

1.5越位保護(hù)的設(shè)計

絞車保護(hù)系統(tǒng)中越位保護(hù)的主要功能是避免在實際生產(chǎn)過程中牽引車與絞車車頭或者車位發(fā)生碰撞。越位保護(hù)功能是基于過卷保護(hù)裝置實現(xiàn)的。根據(jù)控制需求，對機頭越位和機尾越位進(jìn)行保護(hù)。因此，將過卷保護(hù)裝置分別安裝于絞車的機頭和機尾。由越位傳感器對牽引的實時位置進(jìn)行監(jiān)測，將系統(tǒng)所得牽引車的實時位置信息與其預(yù)先設(shè)定的指定位置進(jìn)行對比，結(jié)合絞車的運行方向，一旦發(fā)現(xiàn)牽引車的實時位置超過其指定位置的范圍后，系統(tǒng)立即啟動越位保護(hù)功能。

1.6絞車保護(hù)系統(tǒng)界面的設(shè)計

為了達(dá)到對絞車實時運行狀態(tài)監(jiān)測并顯示的目的。絞車保護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)顯示絞車的運行狀態(tài)（啟動、停止、正向運行、反向運行、正點運動以及反點運動），并記錄實時運行狀態(tài)下牽引車的位置及絞車的運行速度等參數(shù)以及報警類別（超速、欠速、機頭越位、機尾越位、急停閉鎖以及語音報警）。

1.7絞車保護(hù)系統(tǒng)軟件的改進(jìn)設(shè)計

基于PLC所設(shè)計的絞車保護(hù)系統(tǒng)要求能具有如下功能：對系統(tǒng)進(jìn)行初始化;運行控制保護(hù)過程;對絞車運行速度的監(jiān)測與保護(hù);對絞車機頭、機尾的越位動作進(jìn)行保護(hù);對遇到緊急情況時緊急停機的保護(hù);對絞車運行出現(xiàn)異常時發(fā)出報警的保護(hù)。

2. 松繩保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)措施

2.1優(yōu)化松繩檢測裝置

對目前的松繩檢測裝置進(jìn)行優(yōu)化，同時避免由于鋼絲繩振動而對松繩檢測裝置造成的沖擊。為了能夠及時發(fā)現(xiàn)鋼絲繩的異常振動現(xiàn)象，通過采用松繩保護(hù)系統(tǒng)對提升系統(tǒng)中箕斗在坡上的不同運行狀態(tài)下鋼絲繩的振動幅度來判斷鋼絲繩是否出現(xiàn)振動異常。一般地，當(dāng)箕斗處于加速階段或在爬行階段時，鋼絲繩的振幅不大于300mm左右為正常，否則視為鋼絲繩異常振動;當(dāng)箕斗完成加速后處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，鋼絲繩的振幅不大于70mm左右為正常，否則視鋼絲繩為異常振動。根據(jù)鋼絲繩的振動幅度和托輥在輸送帶中的功能，特將輸送帶中的普通托輥更換為剛性托輥。剛性托輥的應(yīng)用可承擔(dān)很強的載荷，并承受鋼絲繩在不同運動階段的振動。此外，要求松繩檢測裝置能夠同時監(jiān)測托輥轉(zhuǎn)動及松繩保護(hù)的信息。

2.2優(yōu)化處理采集松繩保護(hù)信息

在提升過程中，將松繩檢測裝置所采集到的松繩信息分為如下三種，并采用針對性方案進(jìn)行處理。1）箕斗在卸載過程中會產(chǎn)生一個與重力方向相反的沖擊力，在該沖擊力的影響下鋼絲繩會出現(xiàn)大幅度的上下晃動。當(dāng)松繩檢測裝置檢測到上述情況時，若上述晃動持續(xù)超過3s，系統(tǒng)會自動進(jìn)行安全制動操作，即提升系統(tǒng)的松繩操作立即停止工作。2）當(dāng)系統(tǒng)在加速運行階段時，由于存在牽引力突變的情況，導(dǎo)致在加速階段內(nèi)鋼絲繩會出現(xiàn)大幅度的振動。牽引力突變所導(dǎo)致的鋼絲繩大幅度振動會不斷對松繩保護(hù)裝置造成沖擊。當(dāng)鋼絲繩解除松繩保護(hù)檢測托輥的時間超過0.5s時，松繩系統(tǒng)會立即停止工作。3）在系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，當(dāng)出現(xiàn)托輥轉(zhuǎn)動100°或鋼絲繩與托輥相接觸的情況時，系統(tǒng)會立即斷電，并由之前的線性變化狀態(tài)轉(zhuǎn)換為完全制動狀態(tài)，從而使正在提升過程中的容器緩慢停機。基于上述不同運行狀態(tài)下所采取的不同停機標(biāo)準(zhǔn)，待系統(tǒng)趨于穩(wěn)定后，將鋼絲繩與松繩保護(hù)檢測裝置之間的距離調(diào)整到90mm左右，以確保系統(tǒng)在加速階段不會出現(xiàn)鋼絲繩與松繩保護(hù)裝置相碰撞的現(xiàn)象。即便是當(dāng)箕斗的運行狀態(tài)出現(xiàn)異常，甚至出現(xiàn)掉軌的故障時，鋼絲繩能夠在第一時間內(nèi)與松繩托輥相碰撞，進(jìn)而達(dá)到在故障早期就及時停機的目的。

結(jié)束語

綜上所述，煤礦井下作業(yè)過程中，無極繩絞車裝置是運輸環(huán)節(jié)關(guān)鍵的裝置之一，為了保證其安全運輸、持續(xù)運輸?shù)哪芰Γ枰ㄟ^設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，將壓繩裝置的受力方式從斜向牽引力變成徑向牽引力。同時降低該裝置的鋼絲彈出風(fēng)險，有效降低車輛脫軌的現(xiàn)象，提高運輸下率和安全系數(shù)，為我國煤炭行業(yè)的發(fā)展提供可持續(xù)的保障。

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