新形勢(shì)下煤礦立井提升系統(tǒng)的改進(jìn)

謝暉

摘? 要：煤礦提升系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響礦井的生產(chǎn)效益，文章以分析近幾年提升設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r為基礎(chǔ)，總結(jié)礦井提升設(shè)備普遍存在的問題，以萬家莊礦提升設(shè)備研究對(duì)象，分析存在的問題以及解決思路，確保礦井提升系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：提升系統(tǒng);發(fā)展現(xiàn)狀;安全高效

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）14-0099-02

Abstract： Coal mine hoisting system is the key link of coal mine safety production， which directly affects the production efficiency of the mine. This article was based on the analysis of the development of lifting equipment in recent years， and summarized the problems existing in mine lifting equipment. With Wanjiazhuang mine lifting equipment as the research object， existing problems and solutions was studied to ensure safe and efficient operation of the mine lifting system.

Keywords： lifting system; development status; safety and efficiency

眾所周知，煤礦提升系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的咽喉，關(guān)系到煤炭或者人員能否安全提升至地面的關(guān)鍵設(shè)備，提升設(shè)備一旦發(fā)生故障，所導(dǎo)致的災(zāi)難無法估計(jì)，另外提升系統(tǒng)的性能也直接影響礦井的生產(chǎn)效率、效益[1-2]，本文以山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)蒲縣萬家莊煤業(yè)有限公司行人立井為例，分析煤礦提升機(jī)電控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，找出萬家莊煤礦提升系統(tǒng)的問題和不足，提出改進(jìn)措施，有效保證煤礦安全高效長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

1 煤礦提升控制系統(tǒng)發(fā)展近況

一般情況，煤礦提升系統(tǒng)由三部分組成，即分別為控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。提升系統(tǒng)的好壞主要是由控制系統(tǒng)決定，即控制系統(tǒng)在一定程度上決定提升系統(tǒng)水平的高低，因此，控制系統(tǒng)的研究及發(fā)展一直為提升系統(tǒng)研究的關(guān)鍵技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)以及PLC技術(shù)的發(fā)展，電氣控制系統(tǒng)也隨時(shí)代引入了該技術(shù)，并成功實(shí)現(xiàn)了微處理器的數(shù)字化處理，基本實(shí)現(xiàn)了煤礦提升的自動(dòng)控制，更遠(yuǎn)的目標(biāo)在于自適應(yīng)的智能化，但也存在關(guān)鍵技術(shù)未能突破。盡管提升控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但由于我國(guó)煤礦分布較廣，產(chǎn)能參差不齊，中小型礦井?dāng)?shù)量仍占多數(shù)，提升系統(tǒng)自動(dòng)化程度普遍較低[3]。

從行程控制、監(jiān)控、安全回路和自動(dòng)化等方面發(fā)展的現(xiàn)狀來說，行程控制主要依靠計(jì)算機(jī)為核心，通常使用時(shí)間設(shè)定速度機(jī)械給定方式來完成。監(jiān)控方面從數(shù)字位指示器及上位監(jiān)控系統(tǒng)到傳感器大量應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互界面的廣泛應(yīng)用。安全回路則以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，實(shí)現(xiàn)安全回路在線監(jiān)測(cè)。自動(dòng)化方面則有種種因素致使普遍礦井的自動(dòng)化程度較低[4]。

2 煤礦提升系統(tǒng)普遍存在的問題

從我國(guó)提升控制系統(tǒng)發(fā)展近況來看，電氣設(shè)備落后、設(shè)備故障率低以及自動(dòng)化程度低等問題普遍制約著煤礦安全高效提升系統(tǒng)[5]。

（1）電氣設(shè)備故障高嚴(yán)重制約提升設(shè)備的高效運(yùn)行。電氣設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，如鋼絲過卷、斷軸以及油壓設(shè)備非運(yùn)行類故障燈問題，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成不可設(shè)想的嚴(yán)重后果。

（2）電氣設(shè)備自動(dòng)化水平的高低對(duì)安全高效的提升系統(tǒng)存在一定程度的影響。如果提升系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)不能有效的融合，則不能很好實(shí)現(xiàn)提升設(shè)備的自動(dòng)化甚至智能化。例如目前控制提升設(shè)備速度主要靠交流回路來實(shí)現(xiàn)，但頻繁的使用接觸器來變換方向則會(huì)造成設(shè)備溫度過高而使設(shè)備壽命縮短。另外提升設(shè)備主控系統(tǒng)的布線方式多數(shù)為復(fù)雜的背后布線，線路一旦出現(xiàn)問題，人工檢修的工作量太大，嚴(yán)重影響礦井的提升生產(chǎn)任務(wù)。

3 煤礦提升系統(tǒng)技術(shù)改造措施

煤礦生產(chǎn)過程中，煤炭提升尤為重要，能否安全高效運(yùn)行則是影響全礦煤炭產(chǎn)量、安全生產(chǎn)的重要影響因素。由于我國(guó)煤礦提升系統(tǒng)發(fā)展起步晚，各礦提升系統(tǒng)水平參差不齊，在生產(chǎn)過程中難免存在一些問題，系統(tǒng)性提升系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)越來越顯得重要。

3.1 PLC技術(shù)改造

隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)在煤礦提升控制系統(tǒng)中的作用越來越大，已經(jīng)成為提升控制系統(tǒng)未來發(fā)展的方向之一[6]。以FX-2N系列PLC提升控制系統(tǒng)元件，不僅在保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，還大大提升了井筒開關(guān)信號(hào)、軸編碼信號(hào)、撥碼開關(guān)信號(hào)、主控信號(hào)以及井口信號(hào)運(yùn)行速度。同時(shí)，增加了控制手柄零位聯(lián)鎖、低頻制動(dòng)電源聯(lián)鎖以及方向記憶等保護(hù)。通過PLC技術(shù)改造可實(shí)現(xiàn)電氣控制的全自動(dòng)化、半自動(dòng)化以及手動(dòng)三種模式，三種模式還能靈活、可靠方便、自由切換。提升系統(tǒng)升級(jí)改造后可通過線路與PLC控制器鏈接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷的功能，既可靠又安全。

3.2 儲(chǔ)備技術(shù)的改造

儲(chǔ)備技術(shù)改造實(shí)質(zhì)是對(duì)原有設(shè)備增加了備用設(shè)備的改造。儲(chǔ)備技術(shù)改造必須性主要是因?yàn)樘嵘到y(tǒng)中存在老式設(shè)備，沒有備用設(shè)備自動(dòng)接替，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障由于沒有自身保護(hù)機(jī)制而發(fā)生損壞。通過儲(chǔ)備技術(shù)的改造，使原有設(shè)備部分元件出現(xiàn)故障后仍能迅速切換備用設(shè)備而進(jìn)行正常生產(chǎn)，大大減少了由于設(shè)備出現(xiàn)問題而帶來的影響產(chǎn)量和人員安全等問題，也就是說儲(chǔ)備技術(shù)改造有效的避免了由于設(shè)備出現(xiàn)故障而發(fā)生停產(chǎn)甚至發(fā)生事故等現(xiàn)象，降低了煤炭生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提高了煤礦的生產(chǎn)效率。

4 萬家莊礦提升設(shè)備存在的問題及解決思路

結(jié)合礦井提升設(shè)備近幾年發(fā)展的狀況和目前礦井普遍存在的問題，對(duì)照并分析萬家莊礦的提升設(shè)備目前的問題及解決思路。

4.1 行人立井提升機(jī)電控系統(tǒng)落后嚴(yán)重

該礦井行人立井提升機(jī)電控系統(tǒng)為串電阻調(diào)速的交流調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)由高壓開關(guān)柜、高壓換向柜、轉(zhuǎn)子柜、動(dòng)力制動(dòng)柜、主令柜、操作臺(tái)、轉(zhuǎn)子電阻及井筒開關(guān)等組成。礦井提升機(jī)需要具備四象限可逆運(yùn)行能力，在提升重物和正力減速時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)力，在重物下放和負(fù)力減速時(shí)，可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能以產(chǎn)生電氣制動(dòng)，綜合分析比較“高速直流電動(dòng)機(jī)+減速器+直流電控系統(tǒng)”可更能適應(yīng)礦井的提升任務(wù)，主要是因?yàn)橹绷髡{(diào)速控制系統(tǒng)以晶閘管為功率元器件，可靠性高、耐用，該系統(tǒng)具有6/12脈動(dòng)切換應(yīng)急運(yùn)行通道，正常運(yùn)行時(shí)12脈動(dòng)實(shí)現(xiàn)全載全速運(yùn)行，若存在突發(fā)故障，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)6脈動(dòng)應(yīng)急提升，實(shí)現(xiàn)全載半速運(yùn)行，將井筒中重物完成提升任務(wù)。

4.2 立井提升電控系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化

該礦井立井提升配套的電機(jī)為YR型繞線電機(jī)、10kV、280kW，由于提升電控系統(tǒng)落后，需進(jìn)一步優(yōu)化，使電控系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定和高效。可將電控系統(tǒng)更換為高壓變頻電控調(diào)速系統(tǒng)，10kV輸入10kV直接輸出。交流變頻電控系統(tǒng)由高壓進(jìn)線柜、高壓變頻器柜、主令柜、操作臺(tái)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等組成。高壓開關(guān)柜為雙回路電源進(jìn)線、雙回路自動(dòng)切換確保供電電源安全可靠，開關(guān)柜滿足五防要求、配有微機(jī)綜保裝置;變頻器柜選用高壓交-直-交變頻器，由移相變壓器柜、電抗器柜、功率單元柜及控制柜組成;主令柜滿足雙回380V供電要求，除需滿足現(xiàn)提升機(jī)房380V/220V供電負(fù)荷外，還需提供變頻器柜輔助電源等新增380V/220V供電負(fù)荷，并留有不少于三回路的備用出線回路。

4.3 行人立井操車信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化

目前，該礦行人立井僅安全門與提升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉鎖。鑒于該提升系統(tǒng)存在零星材料下放提升任務(wù)，故需完善操車信號(hào)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)安全門、搖臺(tái)、阻車器、罐籠到位開關(guān)、提升信號(hào)系統(tǒng)間閉鎖關(guān)系。本次優(yōu)化為信號(hào)操車一體化系統(tǒng)。本系統(tǒng)由車房顯示箱、上井口操車及信號(hào)一體化箱、上井口動(dòng)力配電箱、上井口語言告警箱、下井口操車及信號(hào)一體化箱、下井口隔爆兼本安控制箱、下井口語言告警箱、傳感器電纜分線箱、各種到位傳感器等組成，車房顯示箱和上井口信號(hào)箱為礦用一般型，標(biāo)志為“KY”;下井口信號(hào)箱為礦用防爆型，標(biāo)志為“MA”;本系統(tǒng)車房顯示箱、上井口信號(hào)箱適用于煤礦地面和無瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)新鮮風(fēng)流的井底環(huán)境下使用，下井口信號(hào)箱適用于煤礦井下和有瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)無新鮮風(fēng)流的井底環(huán)境下使用，作為提升信號(hào)指揮、監(jiān)控顯示和操車設(shè)備的控制。

5 結(jié)束語

（1）從行程控制、監(jiān)控、安全回路和自動(dòng)化角度分析了礦井提升設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀以及礦井提升設(shè)備普遍存在的問題，即電氣設(shè)備故障高、電氣設(shè)備自動(dòng)化水平較低。

（2）結(jié)合礦井提升設(shè)備近幾年發(fā)展的狀況和目前礦井普遍存在的問題，對(duì)照并分析萬家莊礦的提升設(shè)備目前的問題及解決思路，即人立井提升機(jī)電控系統(tǒng)落后嚴(yán)重、立井提升電控系統(tǒng)需進(jìn)一步優(yōu)化，確保礦井提升電氣控制設(shè)備安全高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁兆正，李文宏，肖林京，等.礦井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)[J].礦山機(jī)械，1999（3）：38-41.

[2]胡曉磊，徐桂云，張愛誠，等.基于LabVIEW的礦井提升機(jī)在線故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械，2010（17）：51-54.

[3]陳瑩瑩，張曉光.基于LabVIEW與MATLAB的提升機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2011，32（7）：252-253.

[4]王濤.礦井主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)供電技術(shù)方案研究[J].中國(guó)煤炭，2009，35（11）：66-67.

[5]李永剛.基于PLC控制的變頻調(diào)速通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)[D].太原理工大學(xué)，2012.

[6]倪文婧.礦井提升機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（2）：81-83.