立井施工提升装置安全监控系统研究.pdf

第 4 1 卷 第 7期 2 0 1 5年 7月 工矿 自 动化 I ndus t r y a nd M i ne Au t oma t i on Vo 1 ． 4 1 NO ． 7 J u1 ．2 01 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 7 0 0 1 3 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 0 4 荣相． 立井施工提升装置安全监控系统研究[ - j - ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 7 1 3 1 6 ． 立井施工提升装置安全监控系统研究 荣相 。 1 ． 中煤科工集团常州研究院有限公司，江苏 常州 2 1 3 0 1 5 ； 2 ． 天地 常州 自动化 股份 有 限公 司 ，江苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘要 针对 目前立井施工中的悬吊提升装置依靠工人经验操作 ， 监测信息不全面， 易出现 吊盘倾斜 、 吊模 卡挂、 稳 车断绳等事故的问题 ， 提 出了一种立井施 工提升装置安全监控 系统实现方案， 主要介绍 了该 系统的 组成及 关键技术。该 系统 实现 了立井施工提升装置的集中控制、 主要故障监测和保护以及施工管理功能。 关 键 词 立 井施 工 ； 提 升 装置 ；安全监 控 ； 故 障监测 ； 故 障保 护 中图分类号 TD 7 6 文献标 志码 A 网络出版时间 2 0 1 5 0 7 0 1 0 9 0 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 7 0 1 ． 0 9 0 1 ． 0 0 4 ． h t ml Re s e a r c h o f s a f e t y mo ni t o r i n g a n d c o n t r o 1 s ys t e m o f 1 i f t i ng d e v i c e f o r v e r t i c a 1 s h a f t c o ns t r u c t i o n RONG Xi a ng - 。 1． CCTEG Cha ngz ho u Re s e a r c h I ns t i t u t e，Cha n gz ho u 21 30 1 5，Chi n a； 2． Ti a n d i Ch a n g z h o u Au t o ma t i o n Co ． ，Lt d ． ，Ch a n g z h o u 2 1 3 0 1 5 ，C h i n a Ab s t r a c t F o r p r o b l e ms o f h a n g i n g s c a f f o l d s l a n t ，f u l l b o d y s t u c k ，wi n c h r o p e r u p t u r e c a u s e d b y 收稿 日期 2 0 1 5 0 5 - 2 9 ； 修回 日期 2 0 1 5 - 0 6 0 9 ； 责任编辑 李明 。 基金项 目 中煤科工集 团科技创新基金 面上项 目 2 0 1 4 MS 0 2 8 。 作者简 介 荣相 1 9 7 7 一 ， 男 ， 安徽枞 阳人， 工程 师， 现主要从 事煤 矿供配 电技术研究工作 ， E - ma i l t d c z r x 1 2 6 ． c o m。 图 5 放煤过程 自动控制流程 状态的检测 ， 将检测结果作为放煤控制依据 ， 使放煤 过程形成 闭环控制 ， 从而实现放顶煤 自动控制 。该 系统能够有效地实现对放煤量及落矸情况 的精确控 制 ， 降低了操作工人劳动强度 ， 改善了工作环境 。目 前 ， 该系统已在某煤矿放顶煤工作面进行了井 下工 业性试验 ， 效果 良好 ， 为全面推广应用奠定 了基础 。 参 考文献 王金华． 特厚煤层 大采 高综放 开采关 键技 术E J ] ． 煤 炭 学报 ， 2 0 1 3 ， 3 8 1 2 2 0 8 9 2 0 9 8 ． 王家 臣． 厚煤层 开采 理论 与技术 E M] ． 北 京 冶金工 业 出版社 ， 2 0 0 9 1 5 2 5 ． 司荣军 ， 姜福兴 ， 王仁法 ， 等． 放顶煤工作面顶煤 分类 及 应用研究[ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 4 ， 3 2 1 6 3 6 6 ． 王保 平． 放 顶煤 过 程 中煤矸 界 面 自动识 别 研究 [ D] ． 济南 山东 大学 ， 2 0 1 2 ． 刘伟． 综放工作 面煤矸 界面识别 理论 与方法研 究[ D ] ． 北京 中国矿业 大学 北京 ， 2 0 1 1 ． 武建文 ， 蒋新平 ， 石 平五． 急倾斜 顶底板处 顶煤 放 出规 律研究[ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 0 6 i 0 6 2 6 4 ． 汪玉凤 ， 夏元涛 ， 王晓晨． 基 于 D S P的综放煤 岩识别 系 统[ J ] ． 计 算机系统应用 ， 2 0 1 1 ， 2 0 1 0 4 0 4 3 ． 郭卓越 ， 盂峰 ， 毕东 柱 ， 等． 放顶煤 工作 面手 动控制系统 煤岩识 别 自动 识 别 方 案 设 计 [ J ] ． 煤 矿 开 采 ， 2 0 1 4 ， 1 9 4 5 7 6 O ． ] ] ] ] ] ] ] ] 口 口 1 4 工矿 自动化 2 0 1 5年 第 4 1卷 ma nu a l o pe r a t i o n of l i f t i ng d e v i c e f o r ve r t i c a l s h a f t c o ns t r uc t i o n a c c or d i ng t o e xp e r i e n c e a n d i nc o mpl e t e mon i t o r i ng i n f o r m a t i o n a t p r e s e nt ，a n i m p l e me nt a t i o n s c he m e of s a f e t y mon i t o r i ng a nd c on t r ol s ys t e m of l i f t i ng d e v i c e f o r ve r t i c a l s h a f t c o ns t r uc t i o n wa s pr o po s e d， a n d c o m p os i t i on s a nd ke y t e c hno l o gi e s we r e f o c us e d o n． The s y s t e m c a n r e a l i z e f un c t i on s of i n t e g r a t e d c o nt r o l o f l i f t i n g de vi c e f o r v e r t i c a l s ha f t c o ns t r uc t i o n，m a i n f a ul t mon i t o r i ng a n d pr o t e c t i o n a nd c o ns t r u c t i on ma na ge m e n t ． Ke y wo r ds v e r t i c a 1 s ha f t c on s t r u c t i o n；l i f t i ng de v i c e；s a f e t y mon i t o r i ng a nd c o nt r o l ；f a u l t mo ni t or i n g； f a u l t pr ot e c t i on 0 引言 立 井凿 井施 工过 程 中 ， 井 筒 中需要 布 置 吊盘 、 抓 岩机 、 吊泵、 滑模、 风筒 、 排水管等设备 ， 在地面需要 配置 2 O余套稳车悬 吊， 稳车群控制流程 复杂 ， 操作 稍有不当就可 能造成严重事故L 1 ] 。其 中最严重 的 是钢丝绳断裂和吊盘倾斜 ， 一旦发生将导致严重 的 生产事故 ， 造成财产损失和人身伤亡 。另外 ， 凿井平 台吊盘位置不能准确控制 ， 容易导致设备被淹 、 爆破 安 全 距离 过小 、 吊桶 不 能 正 常运 行 、 吊具 刮蹭 、 频 繁 调平等问题 ， 影响施工进度。 目前 ， 中 国在 立 井施 工 提 升 装 置安 全 监 控 领 域 尚没有成熟产品 ， 大部分仍采用传统 的继 电器加接 触器控制模式 ， 部分 系统采用 P L C进行 简单控制 ， 主要完成稳 车 的启停 和少量设备 的集 中控制__ 5 ] 。 对稳车运行过程中可能 出现 的单机过载、 钢丝绳张 力超限、 吊具卡挂 、 吊具不平衡等 问题没有进行有效 监控 。施 工过 程 中 出现 的问题 和故 障基 本靠 工作 人 员的经验进行判断 ， 可靠性 、 安全性和实时性不 高， 无法 满 足现代 化立 井施 工要 求 。随着 国家对 安全 生 产 的重视 ， 矿 井施 工 建设 单 位 对立 井 施 工 提 升 装 置 的安 全监 控需 求 迫切 _ 8 。 。 通 过现 场 调 研 和技 术 研 究 ， 本 文 提 出 了一 种 立 井施 工提 升装 置 安全 监 控 系统 的实 现 方 案 ， 重 点 阐 述 系统组 成设 计 、 关键 技术 实 现和 系统 功能 。 1系统 组成 立 井施 工现 场环 境恶 劣 ， 存 在 瓦斯 、 炸 药 、 淋 水 、 振动、 场合杂乱等不利因素 ， 对系统技术要求高于煤 矿常规监控系统 ， 尤其在设备 防护 、 信号传输 、 可靠 性 、 维护性等方面要求更高。系统基于传感 、 通信 、 P L C控制和计算机等技术综合实现 ， 根据现场环境 条件和功能需求， 主要设备有信号检测传感器 、 数据 采集分站 、 供电驱动设备 、 就地控制箱 、 集 中操作台 和监控平台等。系统组成如图 1所示 。 1 ． 1信 号检 测传 感 器 系统主要监测信号有 吊盘倾角 、 吊盘位置、 钢丝 绳张力 、 钢丝绳速度等 ， 选用传感器及其技术要求见 智 能集中一体化供电 操作台 驱动 设备 工控机 仪 图 1系统 组 成 表 1 。现场需要布置多套传感器 ， 各类传感器布置 位置 倾角传感器安装在下层 吊盘正面， 物位传感器 位于下层吊盘底面 ， 张力传感器安装在各悬 吊钢丝 绳与设备结合处 ， 速度传感器 安装在井架 天轮处 。 各种传感器实时检测设备状态 ， 为系统实现监控和 保 护 提供 基础 数据 。 表 1 系统选用传感器及其技术要求 1 ． 2数 据 采 集 分 站 数据采集分站主要实现传感器模拟信号采集和 数据传输功能 。在 井下 吊盘 和地面井架 上各设置 1台。井下分 站将传 感器模 拟信 号转 换成数 字信 号 ， 发送至地面分 站 ， 再通过 RS 4 8 5总线传输给集 中操作 台， 同时将井下视频信号转换成 VD S L信号 传输到地面分站， 由地 面分站再转换成以太网信号 传输到监控计算机 2 E 控机 。地面分站将传感器模 1 6 工矿 自动 化 2 0 1 5年 第 4 1 卷 吊盘定位通过安装在吊盘绳上的速度传感器和 安装在吊盘底部的物位传感器来实现 。速度检测装 置 通 过测量 钢 丝绳 的移 动 距 离 来 对 吊盘 进行 定 位 ； 物位传感器用来检测 吊盘到井底工作面的距 离， 防 止吊盘过度下放。在集 中操作台的显示屏上实现探 空、 探水 、 探瓦斯等施工工序 的位置设定 ， 吊盘到达 指定位置后系统 自动提示 ， 保证各施工工序有序进 行 ， 提高立井施工的智能化管理水平 。 2 ． 4 吊盘作 业 平 台视 频 监视 和信 号传 输技 术 立井施工时 ， 井上稳车操作人员与井下施工人 员仅通过信号打点进行信息联络 ， 稳车操作人员无 法获得井下施工人员、 设备 、 工序状态信息 ， 操作不 便。通过增加 吊盘作业平 台视频监视 ， 实 现吊盘作 业平 台的视频监控 ， 稳车操作人员可全 面掌握井下 施 工状 况 ， 增 强操 作 安全 性 和实时 性 。 根据施工工艺要求 ， 信号传输线缆需 固定在稳 车钢丝绳上 ， 随着施工过程进行收放 ， 不宜采用光缆 和无线传输 。系统采用铠装屏蔽电缆传输信号 。通 过井上和井下 2台数据采集分站 建立 2条传 输通 道 一条为 R S 4 8 5总线， 为监控数据传输使用； 另一条 为 VDS L宽带， 为视频传输使用。 3系统 主 要功 能 立 井施 工提 升装 置安 全监 控 系统着 眼 于施 工安 全和施工效率 2个方面 ， 解决 目前立井施工过程 中 存在 的主要 问题 。系统除具备 监控 系统 常规功 能 外 ， 还针对立井施工提升装置的特殊工况 ， 设计 了如 下 特有 功 能 。 1 就地／ 远控模式选择、 联动／ 自动／ 手动模式 选择、 变频稳车的工频／ 变频模式选择等控制模式 。 2 稳 车的启动、 停止 、 上拉／ 下放控制 ， 以及吊 盘 稳 车的调 速 控制 ， 具 备 稳 车 的一 键 自动 同 步运 行 和 每 台稳 车单独 控制 功 能 。 3 稳车在紧急情况下一键断 电抱 闸的安全停 车功 能 。 4 吊 盘稳 车 的 同 步运 行 、自动 调 平 、自动 定位。 5 钢丝绳的过载保护和拉力预警 。 6 立井 施工 进程 管理 。记 录立 井施 工 凿 井 进 度并生成报表 ； 在人机界面上设置立井施工探水 、 探 瓦斯等关键点 ， 实现关键点前的预警 。 7 司机身份识别和权限管理。 8 视 频 显示 。对 井下 吊盘 、 工作 面 以 及井 口 、 稳 车群 进行 视频 监视 。 9 系 统 状 态 显 示 。显 示 稳 车 的 电源 状 态 、 启 停状态、 故障状态、 吊盘运行速度、 吊盘当前所处位 置 、 吊盘 倾 斜 角度 、 各 钢 丝绳 张力 、 各稳 车 电压／ 电流等。 4 结 语 通过对立井施工现场的需求分析和控制工艺的 研究 ， 提 出立井 施 工 提 升装 置安 全 监 控 系 统 的实 现 方案 。该系统不仅解决 了立井施工提升装置的集控 问题 ， 还具备提升装置施工 过程 中主要故障的监测 和保护功能 ， 同时实现了与施工工艺和施工管理相 结合 ， 具备较高的智能化和 自动化水平。 本 文 主要 针 对 提升 装 置 的监 控展 开 研 究 ， 通 过 对该系统 的实施和完善 ， 后续还将融合通风、 排水设 备监控 ， 以达到更好的应用效果 。 参考文献 [1 ] 张传余 ， 唐 燕林 ， 鲍胜芳． 超大超深立井施工设 备选 型 及布置[ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 1 3 6 1 0 2 1 0 5 ． [2 ] 谢芝 明． 立井 多 台稳 车 同步集 中控 制技 术 及其 应用 [ J ] ． 建井技术 ， 2 0 0 6 ， 2 7 4 3 3 - 3 5 ． [3] 岳振永． 稳车集中控制在立井井筒施工中的应用[ J ] ． 内江科技 ， 2 0 1 0 4 9 1 ． [4] 马运祥． 贵州站街煤矿副井凿井施工稳 车集控的研 制 与应用[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 9 ， 2 8 7 1 3 1 ． [5] 杨 国祥 ， 李 明， 陈保淦 ， 等． 立井 稳车 集 中控制 系统 应 用比较[ J ] ． 建井技术， 2 0 1 0 ， 3 1 3 3 0 3 2 ． [6 ] 董德 明， 蔡俊伟． 立井施工 P L C信 号系统研 制与应 用 [ J ] ． 中国煤炭 工业 ， 2 0 0 9 8 5 0 5 1 ． [7] 司红祥 ， 胡 晓旭 ， 李 瑶． P L C技 术在 凿井 绞 车集 中控 制 中的 应 用 与研 究 [ J ] ． 现 代 企业 教 育 ， 2 0 0 9 2 4 1 48 ． [8] 沈慰安 ， 梁恒昌， 赵光思． 超深立井安全高效施工信息 化监测监控[ J ] ． 中国工程科学， 2 0 1 2 ， 1 4 2 4 5 4 8 ． [9] 龚炳江 ， 李晓岭， 江慧霞． 立井施工方案决策支持系统 研究[ J ] ． 煤矿安全， 2 0 1 2 ， 4 3 1 1 9 8 1 0 0 ． [ 1 o ] 殷建新 ， 赵德秀， 邓海军． 立井施工中的主要机电设备 信息化 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