煤礦井下絞車保護系統的改進與應用

苑昌明

摘要：絞車作為煤礦提升的動力，屬于煤礦提升系統的關鍵部件。絞車松繩保護一直貫穿于提升過程中，并基于接近開關或者形成開關對松繩保護的安全回路進行控制。在絞車控制提升容器下行時，只有當懸垂鋼絲繩自身重力小于鋼絲繩弦長受重力作用在垂直方向上的分力時，絞車的松繩保護系統才能發揮其作用。而在提升過程中，經常出現提升容器下行受阻導致提升系統的鋼絲繩變得松弛。此時松繩保護系統無法發揮其應用的保護功能，常出現松繩過多進而導致斷繩、卡箕斗的事故發生，故需對絞車的松繩保護系統進行改進。

關鍵詞：煤礦井下;絞車保護系統;改進措施

引言：無極繩絞車作為當前在采煤工作面應用最為廣泛的輔助運輸設備，其主要應用于長距離、大傾角以及多坡的工作面。鑒于其應用場所相對復雜，為保證無極繩絞車安全、穩定運行，在其控制系統中專門設計了絞車保護系統模塊[1-2]。但是，在實際運輸過程中，絞車保護系統并不能夠實現對無極繩絞車全時段、全方位的保護。經分析，導致當前絞車保護系統無法充分發揮其功能的原因在于其核心控制器單片機在復雜的采煤工作面工作時受到干擾。

1.煤礦井下絞車保護系統的改進設計

1.1運行控制的設計

為保證絞車保護系統能夠滿足實際生產的需求，要求絞車保護系統能夠實現對絞車進行啟動、停止、正向運動、反向運動、正向點動以及反向點動的操作。絞車保護系統對設備進行初始化操作后，判斷是否滿足設備啟動的要求。若滿足設計啟動要求，即可按下“啟動”按鈕完成啟動操作。此外，還可根據絞車的實際運行狀態，控制對應按鈕實現對絞車正向運動、反向運動、正向點動以及反向點動的操作。

1.2改進的壓繩輪結構

根據傳統壓繩輪結構存在的不足，可以進行相應的裝置優化和改裝。將壓繩輪、固定板和鐵道底邊固定，并且改進壓繩輪和固定點的運作方式，讓鋼絲繩能夠只受徑向壓力，而不受其他應力的限制。這種改進模式的優點有很多。首先，改裝后的裝置通過不同的壓力點，能夠有效防止彈繩;其次，各部位裝置在損壞時方便更換;再次，彈簧自身的強度能夠根據作業的需求進行調節;最后，改裝后的裝置能夠不受坡度的限制，進行自由的安裝，同時對壓繩輪系的各種尺寸和強度進行調節。

1.3報警的設計

絞車保護系統報警的功能是當絞車正常運行過程中，其報警器會發出對應性的語音提醒，以達到提升作業人員注意安全的目的。比如：當絞車啟動前，系統會連續三次發出“絞車準備啟動”的語音提醒，并于5s后絞車啟動。即絞車在運行或者停機系統均會發出相對應的語音提醒。

1.4速度保護的設計

速度保護是絞車保護系統的關鍵環節。在實際工作中，由速度傳感器獲取絞車車輪的轉速上傳至PLC控制器中，經換算后得出絞車的實時速度。將所得絞車的實時速度與預先設定好的欠速值進行比較，若實時速度低于欠速值，則系統啟動速度保護功能;反之，將所得絞車的實時速度與預先設定的超速值進行比較，若實時速度值高于超速值，則系統啟動速度保護功能。一般的，欠速值為絞車額定運行速度的85%;超速值為絞車額定運行速度的116%。絞車保護系統中速度保護的程序流程。

1.5越位保護的設計

絞車保護系統中越位保護的主要功能是避免在實際生產過程中牽引車與絞車車頭或者車位發生碰撞。越位保護功能是基于過卷保護裝置實現的。根據控制需求，對機頭越位和機尾越位進行保護。因此，將過卷保護裝置分別安裝于絞車的機頭和機尾。由越位傳感器對牽引的實時位置進行監測，將系統所得牽引車的實時位置信息與其預先設定的指定位置進行對比，結合絞車的運行方向，一旦發現牽引車的實時位置超過其指定位置的范圍后，系統立即啟動越位保護功能。

1.6絞車保護系統界面的設計

為了達到對絞車實時運行狀態監測并顯示的目的。絞車保護系統能夠實現顯示絞車的運行狀態（啟動、停止、正向運行、反向運行、正點運動以及反點運動），并記錄實時運行狀態下牽引車的位置及絞車的運行速度等參數以及報警類別（超速、欠速、機頭越位、機尾越位、急停閉鎖以及語音報警）。

1.7絞車保護系統軟件的改進設計

基于PLC所設計的絞車保護系統要求能具有如下功能：對系統進行初始化;運行控制保護過程;對絞車運行速度的監測與保護;對絞車機頭、機尾的越位動作進行保護;對遇到緊急情況時緊急停機的保護;對絞車運行出現異常時發出報警的保護。

2. 松繩保護系統的改進措施

2.1優化松繩檢測裝置

對目前的松繩檢測裝置進行優化，同時避免由于鋼絲繩振動而對松繩檢測裝置造成的沖擊。為了能夠及時發現鋼絲繩的異常振動現象，通過采用松繩保護系統對提升系統中箕斗在坡上的不同運行狀態下鋼絲繩的振動幅度來判斷鋼絲繩是否出現振動異常。一般地，當箕斗處于加速階段或在爬行階段時，鋼絲繩的振幅不大于300mm左右為正常，否則視為鋼絲繩異常振動;當箕斗完成加速后處于穩定運行狀態時，鋼絲繩的振幅不大于70mm左右為正常，否則視鋼絲繩為異常振動。根據鋼絲繩的振動幅度和托輥在輸送帶中的功能，特將輸送帶中的普通托輥更換為剛性托輥。剛性托輥的應用可承擔很強的載荷，并承受鋼絲繩在不同運動階段的振動。此外，要求松繩檢測裝置能夠同時監測托輥轉動及松繩保護的信息。

2.2優化處理采集松繩保護信息

在提升過程中，將松繩檢測裝置所采集到的松繩信息分為如下三種，并采用針對性方案進行處理。1）箕斗在卸載過程中會產生一個與重力方向相反的沖擊力，在該沖擊力的影響下鋼絲繩會出現大幅度的上下晃動。當松繩檢測裝置檢測到上述情況時，若上述晃動持續超過3s，系統會自動進行安全制動操作，即提升系統的松繩操作立即停止工作。2）當系統在加速運行階段時，由于存在牽引力突變的情況，導致在加速階段內鋼絲繩會出現大幅度的振動。牽引力突變所導致的鋼絲繩大幅度振動會不斷對松繩保護裝置造成沖擊。當鋼絲繩解除松繩保護檢測托輥的時間超過0.5s時，松繩系統會立即停止工作。3）在系統處于穩定運行狀態時，當出現托輥轉動100°或鋼絲繩與托輥相接觸的情況時，系統會立即斷電，并由之前的線性變化狀態轉換為完全制動狀態，從而使正在提升過程中的容器緩慢停機?；谏鲜霾煌\行狀態下所采取的不同停機標準，待系統趨于穩定后，將鋼絲繩與松繩保護檢測裝置之間的距離調整到90mm左右，以確保系統在加速階段不會出現鋼絲繩與松繩保護裝置相碰撞的現象。即便是當箕斗的運行狀態出現異常，甚至出現掉軌的故障時，鋼絲繩能夠在第一時間內與松繩托輥相碰撞，進而達到在故障早期就及時停機的目的。

結束語

綜上所述，煤礦井下作業過程中，無極繩絞車裝置是運輸環節關鍵的裝置之一，為了保證其安全運輸、持續運輸的能力，需要通過設備結構的優化，將壓繩裝置的受力方式從斜向牽引力變成徑向牽引力。同時降低該裝置的鋼絲彈出風險，有效降低車輛脫軌的現象，提高運輸下率和安全系數，為我國煤炭行業的發展提供可持續的保障。

參考文獻

[1]邰彥海，閆炳勝.煤礦井下無極繩絞車壓繩輪的改裝[J].礦山機械，2015，43（03）：143～144.

[2]李文華，郭仁寧，鄭連宏，等.豎井提升的松繩保護[J].煤礦安全，2002（1）：40-41.

[3]申玉罡，魏士敬.立井提升機天輪全程松繩保護探索與實踐[J].煤炭科學技術，2012（supple）：91-92.

[4]李慧，陳興江，陳斐.一種礦用無極繩連續牽引絞車綜合保護裝置[J].工礦自動化，2010，36（6）：120-122.

[5]楊兆建，王勤賢，趙子龍.礦井提升系統松繩保護方法研究[J].礦山機械，1997（3）：20-22.