立井提升系统“重载下放”检测技术的研究.pdf

2 0 1 6 年第 9 期 墨 ．堪 度 破技 l 1 7 立井提升系统 “ 重载下放“检测技术的研究 吴 硕 同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司，山西 朔州 0 3 6 0 0 2 摘要 在冬季，当主井箕斗到卸栽位置，因为环境温度低再加上水煤泥大等综合原因，有时会出现，在 自动卸栽设定 时间内卸不出去，进而造成 “ 重栽下放”引起的 “ 二次装载”事故。超重量提升会造成非常严重的滑绳事故，给主提升设 备及井筒装备造成毁灭性的破坏。依靠 “ 重栽下放”自动化检测技术，可以从根本上消除该类问题。 关键 字 提 升 系统 箕斗重载下放 二 次装载 中图分 类号T D6 3 3 文献标 识码A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 6 ． 0 9 ． 0 5 1 S t ud y o n ” he a v y l o a d d e c e n t r al i z a t i o n”t he de t e c t i o n t e c hno l og y o f t he s ha f t h o i s t s y s t e m 晰 J S h u o D a t o n g z h e n e n g Ma j i a l i a n g c o a l l i mi t e d l i a b i l i t y c o m p a n y , S h a n x i S h u o z h o u 0 3 6 0 0 2 Ab s t r a c t I n t h e wi n t e r , wh e n t h e ma i n s h a f t s k i p i s i n the u n l o a d i n g p o s i t i o n ， l o w a mb i e n t t e mp e r a t u r e wi l l c a u s e t h e a d h e s i o n b e t we e n c o a l a n d s k i p， t h e a u t o ma t i c u n l o a d i n g i s d i ffi c u l t i n s e t t i n g t i me ， wh i c h c a u s e d” h e a v y d e c e n t r a l i z a t i o n ” ， S u p e r we i g h t l i f t i n g c a n c a u s e v e r y s e r i o u s a c c i d e n t ， a n d b r i n g t h e d e v a s t a t i n g a c c i d e n t t o t h e ma i n l i f t i n g e q u i p me n t a n d s h a ft e q u i p me n t ． B y me a n s o f” h e a v y l o a d d e c e n t r a l i z a t i o n ”a u t o ma t i c d e t e c t i o n t e c h n o l o g y c a n e l i m i n a t e the p r o b l e m f r o m t h e r o o t ． Ke y wo r d s l i f t i n g s y s t e m s k i p o v e r l o a d i n g f a l l t wo t i me s l o a d i n g 1 立项背景 同煤浙能麻家梁煤业公司是同煤集团七个千万 吨级矿井之一。主井采用 AB B公司生产的J K MI ． 一 5 ． 7 4 落地式 4绳摩擦提升机，为双箕斗提升，每 斗 额 定装 载 量 为 4 5 t ，提 升 距离 为 5 8 9 ． 3 4 m，提 升 时间 7 6 s ，装卸载时间 2 6 s ，整个提升循环时间为 1 0 2 s ，提升模式分为手动和全 自动。 在冬季，当主井箕斗到卸载位置，闸门打开， 因为环境温度低再加上水煤泥大等综合原因，有时 会出现箕斗中的煤粘连一起，而且粘在箕斗内壁的 箕斗 “ 粘煤”现象。比如 A箕斗中煤不能完全卸载， 如果不能及时发现箕斗粘煤，则就会出现重载下放 现象。此时 B箕斗满载上提，在 A箕斗到达井底装 载位时，井底装载系统定量斗中的煤又会 自动装入 A箕斗，使得 A箕斗装载后其有效装载量超过其额 定装载量。造成因 “ 重载下放”引起的 “ 二次装载” 超载故障。超重量提升会造成非常严重的滑绳事故 ， 收稿 日 期 2 0 1 6 0 4 2 7 作者简介吴硕 1 9 8 7 ． ，男，安徽宿州，2 0 1 2 年毕业于安徽 理 工大学 自动化专业 ，助理 工程师职称 。 给主提升设备及井简装备造成毁灭性的损坏。但是 原提升系统只有提升机力矩超限后跳闸保护，没有 如何主动防止重载下放后不允许装煤的保护。 处理重载下放造成的 “ 二次装载”问题时，往 往是提升机力矩保护已经动作，箕斗停在井底附近， 提升机已经无法开动。只能靠人工在井底附近把箕 斗内部超载煤掏出， 直至达到4 5 t 的允许提升重量。 由于箕斗空间狭小， 最多同时2 人作业 ， 清理时间长。 清理工作劳动强度大，而且深入井筒及井底箕斗内 部清煤人员属于高空作业和有高空坠物的作业安全 隐患。 “ 重载下放检测”是国际知名提升机制造商 瑞典 AB B公司和德 国西 门子公司在提升机 自动化 控制系统中一直缺乏的内容。 2 研究内容及创新点 2 ． 1 技术思路及创新点 当提升机两侧都是空箕斗运行时 ，在交汇处提 升机两侧张力差几乎为零 ，只克服一些运动系统的 摩擦力， 空载全速提升力矩只有为 5 0 k N． m， 非常小。 当额定满载提升时张力差为 5 0 0 k N，交汇处额定力 l 1 8 山 童 媳蕉 舛救 2 0 16 年 第 9 期 矩 1 3 1 0 k N． m。当出现重载下放时，即两个箕斗中 都有煤时，其张力差会变小 ，电机力矩比正常提升 时小得多，如果两个箕斗中的煤一样多的话，其力 匀速段力矩如 “ 空箕斗提升”一样。示意图如图 1 。 所以可以通过检测运行电机力矩来判断是否存 在 “ 重载下放” 。 并且检测到重载下放以后发出报警 ， 将井底装载系统全部 自动停下，使其不会出现再次 装载。司机复位后，让井底手动打点 ，再次将重载 下放的箕斗提升到卸载位置反复打开箕斗卸载闸门 卸载，直至将箕斗中的煤卸干净。这样不仅杜绝了 粘煤引发的二次装载 ，而且不需要人工清理超重的 煤炭，实现提升系统的安全运行。 图 1 主井提 升 系统示意图 2 ． 2技术基础数据 主井提升设备技术参数 生产厂家瑞典 A B B公司J K MD． 5 ． 7 m 4 I 落地式多绳摩擦提升机 滚筒直径 5 ． 7 m 首绳钢丝绳 英国布莱顿 5 9 mm，每米质量 1 4 ． 6 k g ／ m，4根 尾 绳 钢 丝 绳 鞍 钢 ，扁 平 P D 8 41 9 Z B B 2 0 6 3 3，每米质量 1 9 ． 5 k g ／ m ，数量 3根； 电控系统AB B交直交 D T C直接转矩控制 电机 A MZ 2 5 0 0 Q N1 6 P N B ，额定功率 7 0 0 0 k W 额定输出转矩 1 3 1 0 K N． 1 1 1 ， 空载转矩 5 0 k N． m 提升速度 1 3 ． 7 3 m／ s ， 提升高度为 5 8 9 ． 3 4 m， 提 升循环时间 1 0 2 s 箕斗额定载重 4 5 t 2 -3 计算分析得出解决粘煤引发的二次装载的理 论 依据 2 ． 3 ． 1 提升系统属于等重尾绳提升系统 每米提升首绳重量4 1 4 ． 6 k g ／ m 5 8 ． 4 k g ／ m 每米平衡尾绳的重量 3 1 9 ． 5 k g ／ m 5 8 ． 5 k g ／ m 由此可见，首尾绳重量基本一致 ，系统属于等 重尾绳提升系统。而系统中滚筒两侧的箕斗及悬挂 装置完全一样，所以空载匀速运行状态下，电机的 转矩为 5 0 k N．1 T I 。此时，不论箕斗在什么位置，滚 筒两侧首绳所受的力基本是一样的；当提升机在满 载全速运行状况下，电机的转矩与空载转矩之差也 就是提煤重量产生的转矩，由此也就决定了系统的 额定提升量。 2 - 3 ． 2 额定载重量计算 空载转矩 Mo 5 0 1 e , ． m 额定转矩 M额 1 3 1 0 k N． I n 滚筒半径 R 2 ． 8 5 m 空载时滚筒两侧首绳受的力一样 ，计算 中不考 虑此力。 根据转矩公式 M G蜞． R G煤 额- M0 ／ R 1 3 1 0 5 0 ／ 2 ． 8 5 4 4 2 k N m煤4 4 2 ／ 9 ． 8 4 5 k g 由此可见 ，提升系统的额定载重是 由相配套设 备的能力决定的。 根据以上数据计算 ，在空箕斗时，在交锋处提 升机两侧张力差几乎为零 ，因此，在全速提升时 箕斗交锋处力矩为 5 0 k N． r f l ，非常小；当额定满载 提升时张力差为 5 0 0 k N，交锋处力矩为额定力矩 1 3 1 0 k N． m。当出现重载下放时，即两个箕斗中都有 煤时，其张力差变小，电机力矩 比正常提升时小的 多 ，如果两个箕斗中的煤一样多的话 ，其力匀速段 力矩如 “ 空箕斗提升”一样。 因此，在 A B B主提升 自动化控制系统 中编写 控制程序程序 ，做出在 自动提升模式下匀速段的力 矩 比较 ，并输出重载下放信号，通过 A B B P L C数 字量输出模块驱动中间继电器 ，将信号传送至主井 装卸载信号系统的 P L C数字量模块中，通过编写程 序进行控制 ，将井底装载系统停下，并在上微机上 报出故障及时告知司机。 2 ． 4 实施 办法 1 将 A B B主 控 系 统 8 0 0 XA备 份 以 防 程序在编写出问题时方便及时做系统恢复 ，然 后，将 控 制 程序 离 线，在 P 3 2 ． C 2 ． 5程 序 页 中， 建 立 局 域 变 量 “ P o s l e s s t h a n T h r e e h u n r e d ”，数 据 类 型设 定 为 “ r e a l ”， 并将 初 始值 设 为 3 5 0 ． 0 ，同 理， 建 立 局 域 变 量 “ P o s g r e a t e r t h a n t wo h u n d r e d ” 和 “ T o r g u e A c t l e s s o n e t h o u s a n d ”，并 将 数 据 类 型 全部设定为 “ r e a l ”，初始值分别设定为 2 7 0 ． 0和 2 0 1 6年第 9 期 东 媳蕉 斜枝 1 1 9 l 0 00 ． 0。 2 在程序a p p l i c a t i o n s ． F r H中建立全局变“ P 3 2 ． C 2 ． He a v y l o a d e d D o w n ”， 作 为输出数字量信号在程 序中调用。在程序 P 3 2 ． C 2 ． 5 程序页面中编写如图 2 所示控制程序。 选取提升高度在 2 5 0 ． 3 5 0 m之间的匀速提升阶 段的力矩值作为力矩比较，设置比较力矩为 9 5 0 k N． M， 即在自动提升模式下力矩小于 1 0 0 0 k N． M 满载 4 5 t 时 ，对应匀速段力矩为 1 3 1 0 k N．M ，于是 ，力 矩 为 1 0 0 0 k N． M 时，对应提升重量为 3 5 t 提升重量 为输出重载下放信号。 图 2 在 A B B主控 系统 中 做 “ 重载下放”检测程序的编写 选取硬件备用数字量输出模块 的备用通道 C H1 作为重载下放检测信号 “ H e a v y L o a d e d D o w n ” 输 出通道。 通过中间继 电器点 ，建立 AB B主控系 统与装卸载信号系统的硬线通信连接 ，将重载下放 信号接人装卸载信号系统 S 7 ． 3 0 0 站的备用通道中， 并在信号柜上加装一个故障复位按钮接入通道。在 车房 S 7 ． 3 0 0 站中调用 “ 重载下放”信号编写程序。 将重载下放 中间信号作 为手动和 自动装载条件闭 锁 ， 写入控制程序中， 一旦A B B主控系统检测出 “ 重 载下放”，立即将井下装载系统全部停下。 在绞车房 s 7 ． 3 0 0 站将重载下放信号加入本机音 响程序中，一旦发生重载下放 ，车房会报出故障声 音。同时，在装卸载信号系统上位机人机界面组态 中报出 “ 危险 重载下放”闪烁标签，让提升司机第 一 时间知道重载下放事故。此时井底装载系统手动 及 自动模式下已由控制程序全部 自动停下 ，不会出 现再次装载，司机只需复位后 ，让井底手动打点， 再次将重载下放的箕斗提升到卸载位置反复打开箕 斗卸载闸门卸载，直至将箕斗中的煤卸干净。 该技术能够检测 5 t 以上的 “ 重载下放”故障以 及井底装载不正常状况 ，实际使用效果十分明显， 意义重大 3 应用情况及经济社会效益 该技术革新从根本上杜绝因粘煤引发的 “ 二次 装载”故障，避免带来 的提升安全隐患。该技术革 新项 目的完成，进一步完善了麻家梁矿主井两部特 大型立井提升设备运行 的安全水平，降低了员工劳 动强度和提高了作业安全性，对特大型立提升系统 “ 重载下放”检测程序逻辑编写以及设计有一定的 参考价值。 【 参考文献 】 [ 1 ] 刘淮霞 ， 鲍鸣 ． 矿井提升机下坠现象的解决措施 [ J ] ． 工矿 自动化 ，2 0 0 6 0 3 ． [ 2] 王公华 ， 黄显华 ， 李兆峰 ， 王德堂 ． 防范矿井提升 机恶性过卷事故的探讨与实践 [ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 0 9 0 9 ． [ 3] 赵强 ． 主井摩擦式提升机防重载下放关键技术研 究 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 2 0 9 ． [ 4] 束波 ， 王力生 ， 郭金陵 ． 矿井直流提升机重载下放 事故的预防 [ J ] ． 煤矿机械，2 0 0 9 0 9 ． [ 5] 吴荣华 ． 立井摩擦提升铜丝绳张力平衡动态特性 及优化研究 [ J ] ． 中国矿业大学，2 0 1 4 0 3 ． 上接第1 1 6 页 运行过程，及时采取措施处理达不到寿命要求的设 备 ，以满足综采设备的可靠、稳定和连续的运行 。 3 结束语 综采工作面的三机配套选型是实现矿井高产高 效的基础。三机的配套选型要坚持从实际出发的原 则，根据矿井的综合条件，合理的选择配套性能优 良的三机设备，采用科学的管理方法 】 ，提高综采 工作面单产 ，减少作业环节 ，提高生产效率，实现 集约化生产。 【 参考文献 】 [ 1 ] 慕杨，李景涛，提 高薄煤层综采生产效率方法 浅析 [ A] ．2 0 1 1年中国矿业科技 大会论文集 [ c ] ， 2 0 1 1年 ． [ 2 ] 刘春生，采煤机牵引功率与截割功率的匹配关系 [ J ] ． 煤矿机电， 2 0 0 5 5 I 6 ． I 7 ． [ 3] 张进安， 王家山矿大倾角特厚煤层长壁综放面“ 三 机”配套研究 [ D ] ，西安科技大学； 2 0 0 6年 ． [ 4] 任秉钢 ． 综采生产管理手册 ． 【 M] ． 北京；煤炭工业 出版 社 ． 1 9 9 4 ．