無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)改進(jìn)及優(yōu)化*

王 野

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)三元微子鎮(zhèn)煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

0 引 言

礦井建設(shè)過程中輔助運(yùn)輸系統(tǒng)及設(shè)備選型是決定礦井建設(shè)成本和運(yùn)行效果的關(guān)鍵方面，隨著我國(guó)煤礦開采機(jī)械化程度的提升，煤礦運(yùn)輸也逐漸向智能化發(fā)展，但是在煤礦井下應(yīng)用越來越廣泛的無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)卻普遍存在通訊、保護(hù)等控制裝置缺失，絞車啟停僅通過三聯(lián)按鈕控制絞車電機(jī)而實(shí)現(xiàn)、無預(yù)警裝置等問題，導(dǎo)致絞車運(yùn)輸過程中頻繁發(fā)生斷繩、掉道等事故。為保證煤礦井下無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，必須從工作面巷道無極繩絞車固定、滾筒改進(jìn)、緊繩爬車、尾輪改進(jìn)、尾輪地錨固定等方面出發(fā)，同時(shí)加強(qiáng)ZBJW綜合保護(hù)裝置在無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用，以發(fā)揮綜合效能，保證巷道無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

筆者從某煤礦井下巷道運(yùn)輸過程中無極繩絞車固定、滾筒改進(jìn)、緊繩爬車、尾輪改進(jìn)、尾輪地錨固定等角度出發(fā)，通過對(duì)無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)改進(jìn)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析探討，得出在巷道全錨支護(hù)及煤炭運(yùn)輸膠帶化過程中無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)越性，以期達(dá)到提升煤礦輔助運(yùn)輸效率和生產(chǎn)效率的目標(biāo)。

1 無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)概述

某煤礦原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90×104t/a，改擴(kuò)建后目前生產(chǎn)能力達(dá)到710×104t/a，該煤礦井下采區(qū)輔助運(yùn)輸主要采用無極繩絞車運(yùn)輸方式，經(jīng)過不斷升級(jí)改造后將早期所使用的JW-500/33型絞車更新為目前的SQ1200/110型無極繩絞車，以便與煤礦大噸位運(yùn)輸設(shè)備相匹配；絞車設(shè)計(jì)運(yùn)行長(zhǎng)度1 950 m，全部設(shè)備均由該無極繩絞車向工作面運(yùn)輸安裝。針對(duì)該煤礦長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)實(shí)際，具體進(jìn)行了無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的設(shè)計(jì)改進(jìn)，通過對(duì)實(shí)際運(yùn)行情況的分析評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了無極繩絞車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行效率及安全性的提升。

2 無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)改進(jìn)及優(yōu)化

2.1 改進(jìn)思路

對(duì)于具體井下采區(qū)，無極繩絞車安裝方式有工作面巷道臨時(shí)安裝及采取集中軌道巷用混凝土安裝等，工作面巷道臨時(shí)安裝無極繩絞車存在較大難度，必須進(jìn)行運(yùn)輸設(shè)備、設(shè)施等的改進(jìn)和優(yōu)化。

考慮到綜采工作面回采速度快，要求無極繩絞車必須頻繁移動(dòng)、安裝、拆卸，為降低設(shè)備磨損，節(jié)省時(shí)間，提升安裝效率，可先將無極繩絞車固定在平板車上，再將平板車固定于運(yùn)行軌道。在運(yùn)輸過程中，無極繩絞車因支架墩位大、負(fù)荷等級(jí)高，其緊繩爬車裝置大小齒輪嚙合容易拉開，并引發(fā)跑車事故，為此可以考慮在爬車緊繩后加設(shè)護(hù)繩。

為使無極繩絞車尾輪快速安裝于軌道中心，為運(yùn)輸車輛直接進(jìn)切眼提供便利條件，該煤礦井下綜采工作面無極繩絞車尾輪上安裝了特制專用小尾輪。然而實(shí)際運(yùn)行過程中小尾輪故障頻發(fā)，也成為無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)[1]。在此后改進(jìn)的過程中，將小尾輪直徑從300 mm增大至500 mm，軸徑加粗的同時(shí)還改用了柱狀雙軸承，故障得以順利消除。該煤礦井下綜采工作面巷道鋪軌結(jié)束后尾輪主要采用軌道工字鋼八字柱加壓柱的方式固定，但這種固定方式容易造成大噸位支架運(yùn)輸過程中的過拉脫輪問題。為避免巷道運(yùn)輸時(shí)小尾輪脫輪現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)行了數(shù)次試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果最終采用工字鋼地錨固定方式[2]；其安裝過程可在巷道掘進(jìn)前預(yù)先完成，所用材料主要為11號(hào)工字鋼和D22 mm錨桿，固定過程簡(jiǎn)便，材料節(jié)省。此外，在井下巷道運(yùn)輸過程中常發(fā)生爬車滾筒遭支架后尾梁碰壞的事故，借鑒相關(guān)做法，通過工字鋼將滾筒防護(hù)梁加裝在緊繩爬車裝置上后，支架后尾梁碰壞滾筒的問題得以順利解決。

2.2 ZBJW綜合保護(hù)裝置的應(yīng)用

該煤礦當(dāng)前所使用的無極繩絞車型號(hào)與大噸位運(yùn)輸設(shè)備較為匹配，且生產(chǎn)效率較高，但其無極繩絞車未安裝通訊及保護(hù)裝置，主要通過三聯(lián)按鈕控制絞車電機(jī)開關(guān)以及普通聲光打點(diǎn)信號(hào)器實(shí)現(xiàn)絞車啟停。該控制系統(tǒng)啟停電流大，運(yùn)行穩(wěn)定性差，通訊效果不理想，且無斷繩、掉道等預(yù)警裝置。為保證無極繩絞車平穩(wěn)啟停，并具備運(yùn)行過程中過卷保護(hù)、閉鎖停車、實(shí)時(shí)通話、危險(xiǎn)預(yù)警等功能，應(yīng)使用ZBJW綜合保護(hù)裝置。

2.2.1 裝置組成

該系統(tǒng)由主機(jī)、速度傳感器、過卷開關(guān)、Ⅱ型和Ⅲ型語音燈光報(bào)警裝置等部分組成。主機(jī)采用小型一體化可編程PLC控制器；速度傳感器固定在無極繩絞車張緊器壓繩輪出繩口，主要向主機(jī)發(fā)送絞車運(yùn)動(dòng)速度方波；絞車機(jī)頭和機(jī)尾各安裝1臺(tái)過卷開關(guān)，避免牽引車因超程而引發(fā)過卷；語音燈光報(bào)警裝置主要布置在絞車沿線，急停閉鎖絞車的同時(shí)還可實(shí)時(shí)通話、語音播報(bào)并警示。

2.2.2 運(yùn)行控制

ZBJW綜合保護(hù)裝置主機(jī)上共設(shè)有5個(gè)按鈕并分別對(duì)應(yīng)正反向運(yùn)動(dòng)、停止、正反向點(diǎn)動(dòng)等5種功能，可實(shí)現(xiàn)無極繩絞車正反向啟停及點(diǎn)動(dòng)。視頻監(jiān)控畫面主要展示的信息包括無極繩絞車當(dāng)前位置、從速度傳感器所獲取的總脈沖數(shù)、牽引車行進(jìn)速度、絞車運(yùn)行狀態(tài)方向等，且視頻畫面上還顯示有無極繩絞車巷道剖面圖，能直接觀察到牽引車所處具體位置。以AutoCAD形式輸入ZBJW綜合保護(hù)裝置主機(jī)的巷道實(shí)測(cè)剖面圖畫面還包括位置初始化、系數(shù)設(shè)定、原點(diǎn)位置、安全設(shè)施起止點(diǎn)設(shè)置等信息：在該保護(hù)裝置初裝后進(jìn)行絞車機(jī)頭和牽引車之間實(shí)際距離的測(cè)量，并將結(jié)果輸入數(shù)字框，根據(jù)提示進(jìn)行位置初始化處理；測(cè)算出從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)牽引車運(yùn)行的距離，且在這一過程中主機(jī)將接收到速度傳感器所發(fā)出的8個(gè)脈沖信號(hào)，計(jì)算出系數(shù)值并輸入系統(tǒng)；將電動(dòng)擋車器安裝在無極繩絞車沿線，牽引車正常運(yùn)行過程中保護(hù)裝置會(huì)打開電動(dòng)擋車器，相反，若牽引車位于其余位置或運(yùn)行情況異常，則保護(hù)裝置會(huì)關(guān)閉電動(dòng)擋車器。安裝于機(jī)頭附近的過卷開關(guān)和機(jī)頭間的實(shí)際距離在牽引車每次返程時(shí)都會(huì)復(fù)位，避免誤差累積。

2.2.3 速度保護(hù)及過卷保護(hù)

速度傳感器對(duì)牽引車運(yùn)行速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，若監(jiān)測(cè)到實(shí)際運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度不符，會(huì)觸發(fā)保護(hù)裝置發(fā)出停車指令。按照設(shè)計(jì)，該綜合保護(hù)系統(tǒng)牽引車超速和欠速設(shè)定值分別為額定運(yùn)行速度的115%和85%[3]，巷道無極繩絞車額定速度為1.2 m/s的情況下，超速和欠速限度分別為1.38 m/s和1.02 m/s。

過卷保護(hù)分別安裝在無極繩絞車機(jī)頭和機(jī)尾，一旦牽引車到達(dá)設(shè)計(jì)位置，則過卷保護(hù)動(dòng)作，絞車停止并復(fù)位，能有效避免給料牽引車碰撞機(jī)頭張緊裝置或跨越機(jī)尾換向繩輪；復(fù)位后的絞車反向運(yùn)動(dòng)，并順利解除過卷保護(hù)。

2.2.4 語音報(bào)警

在啟動(dòng)無極繩絞車前，保護(hù)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出類似“絞車啟動(dòng)準(zhǔn)備”的語音播報(bào)，機(jī)頭過卷、絞車運(yùn)行速度和位置偏差等故障出現(xiàn)后保護(hù)裝置會(huì)立即發(fā)出停車指令和故障類型等循環(huán)警報(bào)。在井下巷道綜采工作面各上下車場(chǎng)和偏口，無極繩絞車停運(yùn)后保護(hù)系統(tǒng)報(bào)警器LED指示燈均會(huì)發(fā)出綠光，提示井下施工人員可放心通過；而當(dāng)無極繩絞車或其余機(jī)車啟動(dòng)后至整個(gè)運(yùn)行過程中，報(bào)警器會(huì)持續(xù)發(fā)出“絞車正在運(yùn)行”的警報(bào)和紅光，以警示安全，有效避免井下安全事故的發(fā)生。

3 應(yīng)用效果

根據(jù)筆者對(duì)該煤礦應(yīng)用無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)綜合保護(hù)設(shè)計(jì)方案后的持續(xù)跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在2020年6月該改進(jìn)優(yōu)化方案實(shí)施到2021年5月的12個(gè)月內(nèi)，該煤礦運(yùn)行過程中共觸發(fā)綜合保護(hù)裝置發(fā)出停車指令20次，其中18次為牽引車超速觸發(fā)，每次停車所對(duì)應(yīng)的速度具體見表1所列。

表1 綜合保護(hù)裝置停車對(duì)應(yīng)的速度 /(m/s)

在18次超速保護(hù)中同時(shí)觸發(fā)過卷保護(hù)，使絞車平穩(wěn)停止并快速?gòu)?fù)位。以上牽引車停止和啟動(dòng)的同時(shí)，均發(fā)出“絞車停止準(zhǔn)備” “絞車啟動(dòng)準(zhǔn)備”的語音播報(bào)。就目前運(yùn)行狀態(tài)來看，無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)保護(hù)裝置應(yīng)用效果良好，并無任何不利影響。

4 結(jié) 語

綜上所述，無極繩絞車是常用的煤礦井下巷道運(yùn)輸設(shè)備，對(duì)于傾角在8°以下的坡度起伏較大及彎曲復(fù)雜的傾斜巷道較為適用，還能用于綜采工作面巷道長(zhǎng)距離運(yùn)輸。隨著出煤主力系統(tǒng)中膠帶輸送機(jī)的推廣應(yīng)用及巷道支護(hù)向全錨支護(hù)方向的轉(zhuǎn)變，設(shè)備噸位持續(xù)增大，無極繩絞車與常規(guī)輔助設(shè)備相比也越來越體現(xiàn)出性能的優(yōu)越性。為使煤礦井下無極繩絞車安全運(yùn)行，必須從絞車固定、緊繩爬車滾筒、尾輪、尾輪地錨固定及綜合保護(hù)裝置的應(yīng)用等角度加強(qiáng)無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)改進(jìn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使無極繩絞車礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)性能順利發(fā)揮。