主井提升防重載下放及松繩保護研究

婁萍 張茜

鐵法煤業（集團）有限責任公司 遼寧鐵嶺 112700

1 增設防重載下放保護的意義

重載下放就是提升機在卸載過程中箕斗未卸或未卸空，如果此時另一個箕斗未裝就下放該箕斗，那么到達減速點電機斷電后，箕斗在重力加速度的作用下，下放速度過快超過提升機的給定速度，易發生重載下放事故[1]。

2 發現重載下放情況的原因分析

2.1 裝載過程中產生重載下放

大明煤礦立井井下箕斗裝載的一般過程：給煤機從井下煤倉取煤，經過溜煤槽將煤運到裝載溜煤槽，再通過扇形門裝入箕斗中。因此，裝載系統對裝入箕斗中的煤質要求相對較高。

但是由于原煤中常常混入濕煤（粘性大）、矸石或其它異物等，易造成裝入箕斗中的煤不符合設計要求，這樣容易造成使箕斗內的煤無法完全卸載，留有余煤。倘若箕斗卸載不完全，留有的余煤重量較大，絞車司機不能及時發現和處理，造成箕斗帶貨下放，而發生重載下放的嚴重事故。

2.2 卸載過程中產生重載下放

大明煤礦立井主井提升的卸載方式是曲軌卸載，即利用提升機牽引鋼絲繩的動力，箕斗到位時箕斗曲軌輪作用在卸載位置上的曲軌產生側向力，來打開箕斗上的扇形門，進行卸載。

大明煤礦現有狀態下對曲軌卸載方式的監測不夠完善。現階段是通過監測箕斗到位信號再估計卸煤時間，卸煤時間到即認為卸載完成，并沒有檢測到箕斗內的煤是否真正卸載干凈。如果箕斗內的煤并未卸載或者沒有完全卸載干凈，那么，絞車繼續提升，將會導致重載下放事故的發生。而大明煤礦主井絞車采用的是PLC編碼的工作方式，嚴禁帶重載下放。

3 增設防重載下放保護的實現方案

針對以上問題，本文研究思路是：通過加設一個稱重傳感器，實現防重載下放及松繩保護兩種功能。

3.1 保護原理

在提升機運行過程中，在不考慮尾繩的情況下，稱重傳感器所承受到的的重力[2]

G=（M+m）（g+a）（提升時）

G=（M+m）（g-a）（下放時）

式中：G——重力傳感器所受到的重力（kN）；

M——提升容器自重（kg）；

m——提升容器載重（kg）；

g——重力加速度（9.8m/s2）；

a——提升或下放時的加速度（m/s2）；

根據《煤礦安全規程》規定，立井井筒中罐籠升降人員的加速度和減速度不得大于0.75m/s2。大明煤礦主井箕斗自重4t，可載6t貨物，因此

Gmax=（M+m）（g+0.75）

Gmax=10.55（M+m）＝105.5kN

Gmin=9.05（M+m）＝36.2kN（此時m＝0）

當提升機發生重載下放故障或松繩故障被卡住時，連接在箕斗與鋼絲繩之間的稱重傳感器通過計算機監控系統發出箕斗內貨物超重或者超輕的信號，以此來斷定罐籠是否有重載下放或者松繩現象的發生。

3.2 松繩保護檢測方案

當罐籠被卡住，發生松繩現象時，此時傳感器受到的重力G和Gmin做比較，應該遠遠小于Gmin。

罐籠上安裝的單片機監測系統實時監測鋼絲繩的重力信號。當絞車運行時，有Gmin＜G（鋼絲繩重力）＜Gmax。當鋼絲繩重力遠遠小于Gmin時，監測系統就會診斷是否產生了松繩現象。如果產生了松繩現象，監測系統就會通過無線電發收系統將信號送到司機操作室，發送停車指令，使提升機停車。

3.3 防重載下放保護檢測方案

當提升容器發生重載下放現象時，傳感器所受到的重力G與Gmin做比較，會遠遠大于Gmin。

鋼絲繩重力信號通過安裝在提升容器上的單片機系統來進行實時監測。當罐籠正常提升時，有Gmin＜G（鋼絲繩受力）＜Gmax。當鋼絲繩重力G遠大于Gmin時，設定這個值為50kN（箕斗自身重力為39.2kN，允許箕斗上粘掛浮貨受的力為10.8kN），單片機系統將判斷出此時是否發生重載下放。如果是重載下放，系統就會通過無線電發收裝置將信號傳送至司機操作室。經過系統的邏輯判斷之后，使絞車執行停車指令，避免重載下放事故發生。

3.4 硬件的組成

此套保護裝置由稱重傳感器、發射裝置和接收裝置三個部分構成。稱重傳感器采用廠家生產的高精度稱重傳感器，安裝在了鋼絲繩和罐籠之間。

稱重傳感器輸出的電壓信號由模擬量數字量轉換器轉變為數字信號，經過處理后，輸出到數字調頻放大器，再經過功放模塊放大發射。

發射裝置的組成是由運算放大器、模擬量數字量轉換器、單片機（集成電路芯片）系統，數字調頻放大器、功率放大器五部分構成。

接收裝置的組成是由調頻接收、放大、解調和單片機系統四部分構成。調頻接收系統把調頻信號調制解調為數據信號，經過放大整形后，由單片機負責數據處理。

輸出部分的接口電路采用了光耦合器，能夠切斷計算機與提升機控制系統電源部分的聯系，可以防止干擾信號的串入。

3.5 軟件的組成

軟件系統包括兩個部分，分別是發射機和接收機軟件，采用的是模式塊結構。發射裝置軟件的作用是進行模擬量參數的采集（包括模擬量轉換為數字信號）、系統自診斷，延時及傳輸傳感器所受張力值。

接收軟件通過接收傳感器所受的重力值和鋼絲繩的平均重力，當平均重力遠遠小于G min 時，發出松繩報警信號，斷開提升機安全回路、；當鋼絲繩重力G遠大于G min 時，驅動重載下放報警器，切斷提升機電源，避免重載下放事故發生。

4 結語

此套保護裝置的結構簡單明了，原理清晰，而且不需要對原有的電控系統進行大規模改動，同進也不用拆除原有保護系統，僅安設傳感器就可以同時實現防重載下放及松繩保護兩種保護功能，很值得推廣應用。