主斜井絞車智能化提升系統研究與應用

上海大屯能源股份有限公司徐莊煤礦 孫凡占

斜井絞車是煤礦主要運輸設備之一，擔負著礦山人員、物料、矸石甚至煤炭的運輸任務，安全級別要求高，在煤礦安全生產中具有重要的地位。為了改善輔助運輸環境，提高自動化和智能化水平，滿足智能化建設要求，故急需對斜井絞車智能化提升系統進行研究和改進。本項目首次在大屯煤電公司徐莊煤礦Ⅱ1軌道上進行安裝應用，在針對軌道特殊工況下多次進行技術研討，經過反復論證、探討，制定了設計絞車智能化提升系統改造方案，并秉承經濟、實用、安全、安裝工期短的原則，在原有ZTK型礦用提升機電控裝置基礎上進行設計、改造，實現斜井絞車自動控制等功能。該智能提升系統在徐莊煤礦Ⅱ1軌道已安裝應用，實現了減人提效、自動控制、安全可靠等功能。

1 問題提出及研究意義

徐莊煤礦主斜井絞車運輸系統存在問題如下：（1）用人多。一條斜井軌道每班正常至少安排5名職工，其中絞車房司機至少1名，下車場信號把鉤工2名，甩道口信號把鉤工2名。（2）環境差。絞車房所有設備同時運轉時，現場噪聲較大，嚴重影響了絞車司機的身心健康。（3）智能化水平不高。在生產運輸過程中，絞車司機必須時刻坐在操作臺前，手動操作，注意力高度集中，易產生疲勞開車。無法滿足智能化礦井“無人值守”要求。（4）信息化程度不高。一是設備運行狀態、故障信息、各類參數和現場監控畫面無法上傳至地面，地面無法及時掌握和讀取相關信息數據，無法滿足智能化礦井信息高度融合、互聯的要求。二是子系統多，未深度融合，存在信息“孤島”。（5）安全保障能力低。一是物料提升過程中，沒有能夠防止人員進入斜巷軌道的有效措施，易造成“行車行人”狀況，引發安全事故。二是以往操作為司機接收到信號工發來信號后手動控制提升機，存在思想不集中操作人員發出錯誤指令的問題，存在保守操作致使提升機非全速運行降低提升效率的問題，存在司機為簡化自身工作進行非正常開車造成事故的風險。三是缺少有效的視頻監控裝置，操作人員無法及時掌握各關鍵地點人員和設備狀態。

2 智能化提升系統改造方案

2.1 改造原則

（1）突出減人提效。絞車房無需安設絞車司機，實現下車場一鍵啟動，減少操作環節，絞車實現遠程控制后車房實現無人值守；同時，具備自動和手動一鍵切換功能。

（2）突出設備運行安全。通過視頻監控、移動視頻、人機界面、防人員闖入裝置、溫度與震動檢測等裝置實時監控絞車以及車輛運行狀態。

（3）突出設備智能化。信號提升裝置具有主備兩套信號系統，采用電梯式控制方式，整個裝置具有個水平之間的直通擴音電話，具有沿線開車警示語言箱，具有車房絞車電機、減速機、滾筒的振動檢測、閘間隙檢測等功能，具有沿線道岔控制功能。自動模式下能夠根據所選水平目標地自動發出開車、停車、信號轉換、道岔控制指令，一鍵完成本次提升任務。

（4）突出設備信息化。將所有絞車運行數據、設備運行狀態和現場監控畫面上傳地面調度，進入礦井環網，便于遠程故障診斷和遠程監控，為下一步礦井信息化整合打下基礎。

2.2 改造方案

本系統由礦用本安型操作臺、礦用隔爆兼本安型可編程控制箱、礦用隔爆型顯示器、礦用防爆兼本安型以太網交換機、移動視頻監控、煤礦用提升機間隙保護裝置、煤礦用機電設備溫度振動監測系統、礦用防爆提升機電控裝置、礦用視頻監控系統、人員闖入報警等多個系統組成。各個系統各司其職又互聯互通形成一個全方位的監測和控制系統。系統組成如圖1所示。

圖1 系統組成

（1）在絞車房和各甩道安裝礦用隔爆兼本安型可編程控制器和操作臺。操作臺之間具備語言通訊功能，實現各甩道之間直接相互通話；具備防護罩以及鑰匙閉鎖功能（防止他人誤發信號操作）；能夠顯示絞車運行數據（電流、制動油壓、震動、溫度等）。借鑒電梯運行模式設置偏口選擇（在各偏口車場操作臺設置偏口選擇，選擇偏口后各車場預警，絞車自動運行，根據設置程序直接到達指定車場）；顯示各岔位（道岔人工控制，但必須檢測位置）、擋車器狀態（常閉式擋車器、D型擋車器和道岔活動軌安裝常開、常閉到位傳感器）；安裝急停和清除按鈕；安裝停車信號（減速停車）、慢提、慢松信號；顯示滑頭運行位置。

（2）提升系統開車信號具備閉鎖功能，只有滑頭所在車場操作臺發出提升信號，其他車場只能發送聯系信號。絞車停在斜巷中間（故障原因），由就近偏口發提升信號，再次提升。車房安裝千兆以太網交換機，實現絞車運行參數和視頻畫面上傳功能。地面配置硬盤錄像機及顯示器，對井下絞車視頻可進行存儲顯示。

（3）在車房和各甩道安裝高清網絡攝像儀，在下口車場安裝24in液晶顯示器和硬盤錄像機、防爆控制鍵盤等，實時監控車房和各車場現場畫面和絞車各種數據，并可實時查看視頻回放。

（4）在各甩道安裝防人員闖入監視裝置，人員闖入后立即發出語音報警。

（5）在絞車鉤頭車前端安裝移動攝像儀，軌道沿線及邊坡點安裝無線數據采集分站，采集鉤頭車運行實時視頻信號（如軌道工況、巷道情況），通過無線傳輸到絞車司機處顯示器，使操車司機能夠清晰看到鉤頭車前后的實時圖像，全面掌控絞車的運行狀況，及時發現運行隱患，作出正確的操車反應，從而提高系統運行安全。

2.3 開車步驟

（1）甩道口接車處信號把鉤工到位就緒準備工作完畢后，按壓操作臺上相應提升信號點數按鈕以及水平選擇按鈕，信號發出后等待絞車開車。

（2）下口操作臺接到信號后，操作臺顯示相應水平和信號點數，操作人員按壓確認按鈕，絞車按程序設定開車。

（3）當車輛到達指定甩道口過道岔后，絞車按程序自動停車，絞車停止后，甩道信號把鉤工扳動道岔后，按壓信號點，下口點擊確認按鈕后，絞車自動下放，到達程序設定位置后自動停車。

3 系統改造方案應用效果

（1）減人提效。設備改造后，只需在Ⅱ1軌道下口設置1名司機，智能提升監測控制系統在全自動模式下，只需要在出發地發出信號，即可實現礦車從當前地點運行到目的地，可減少車房司機和信號工，每班節省崗位工人3名，按三班四運轉計算可節省12名，年節省人工成本72萬元。

（2）降低職工勞動強度。實現一鍵啟動，將原來的10個操作環節減少到4個，減少了司機和信號把鉤工操作步驟和操作時間（掛車→選擇目的地→發信號自動運行到位后自動停止→摘車）。中間道岔的直到、彎道轉換，出車場慢信號、直到快信號轉換全部自動運行，減少了信號工的操作步驟。

（3）提高工作效率。整合現有軟、硬件資源，提高提升效率。通過結合現有軟硬件資源，增加部分硬件控制設備，完善原有控制程序，實現了絞車的全自動開車。在各甩道車場自動加減速和停車，實現提升速度精確控制，降低了運輸提升成本，最大限度的提高了絞車的提升能力，提高了提升效率。

（4）提高安全性能。完善絞車系統安全保護功能，將人員防闖入、各地點視頻監控、移動視頻等多種監測功能融合到一起，增強斜巷運輸安全保障能力。

（5）提高信息化水平。實現在地面對所有設備運行參數、故障信息和視頻監控的遠程發布，提高運輸系統信息化水平，滿足智能化礦井建設要求。

總結：隨著該系統在Ⅱ1軌道的成功安裝與應用，通過對提升絞車進行創新改造，自動化斜井絞車的成功運行，標志著煤礦絞車運行模式進入了一個新的時代，開創了斜井提升機房“無人值守”應用的先例，為今后國內智能提升控制積累了技術資料和寶貴經驗。