主井防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置技術(shù)探析

卓書(shū)杰

主井防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置技術(shù)探析

卓書(shū)杰

立井防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置采用先進(jìn)技術(shù)使動(dòng)力穩(wěn)定可調(diào)，在滑繩、溜車(chē)狀態(tài)下，即使提升機(jī)制動(dòng)閘失靈，也能將鋼絲繩可靠制動(dòng)，而且不損繩；感力機(jī)械手依照滑繩、溜車(chē)狀況，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行智能抓捕；絞車(chē)房控制系統(tǒng)可直接監(jiān)測(cè)提升機(jī)運(yùn)行情況，一旦檢測(cè)出滑繩、溜車(chē)狀況，除聲光報(bào)警外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在PLC控制下使機(jī)械手進(jìn)入工作狀態(tài)，完成智能抓捕動(dòng)作。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，安裝方便，不需要改動(dòng)原有系統(tǒng)，可直接安裝，能夠很好地與現(xiàn)行提升系統(tǒng)配合使用。此技術(shù)克服提升機(jī)的技術(shù)缺陷，完善提升機(jī)的保護(hù)設(shè)備。提高摩擦提升的可靠性，提高設(shè)備的利用效率，充分發(fā)揮提升設(shè)備的潛力，延長(zhǎng)提升設(shè)備的使用壽命，對(duì)保證煤礦提升安全有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

立井提升；防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置；安全可靠；意義重大

Shaft hoisting; Antiskid rope brake protection device; Safe and reliable; great significance

1 概述

我國(guó)立井提升有單繩纏繞和多繩摩擦兩種形式。單繩纏繞式提升是利用鋼絲繩在滾筒上纏繞和放出，實(shí)現(xiàn)容器的提升和下放，由于提升高度和最大載荷的增加，受現(xiàn)有鋼絲繩的制造能力和滾筒容繩量的限制，所以?xún)H適用于淺井和中等深度的礦井；多繩摩擦式提升是將多根鋼絲繩搭在摩擦輪上，利用摩擦力傳動(dòng)鋼絲繩用以升降容器，與單繩纏繞式提升相比，體積和重量要相對(duì)小，解決了鋼絲繩直徑和摩擦輪直徑過(guò)大的問(wèn)題，且不存在提升高度增加而增大的問(wèn)題。隨著現(xiàn)代化礦井產(chǎn)量和開(kāi)采深度的增加，單繩纏繞式提升已不能滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的需要，因此多繩摩擦式提升被廣泛應(yīng)用，已成為我國(guó)立井提升的主要形式。摩擦式提升能夠適合礦井高產(chǎn)高效的特點(diǎn)，但是它在提高提升效率的同時(shí)，也帶來(lái)了一些安全隱患，其中滑繩、溜車(chē)事故就是比較常出現(xiàn)的一種。

所謂滑繩、溜車(chē)就是提升鋼絲繩與摩擦輪產(chǎn)生高速相對(duì)滑動(dòng)從而導(dǎo)致的惡性事故。在很多礦井增產(chǎn)增效、延長(zhǎng)提升時(shí)間、增加提升能力的條件下，滑繩事故時(shí)有發(fā)生，已成為困擾生產(chǎn)、影響安全的一大隱患。雖然摩擦提升鋼絲繩與摩擦輪襯墊之間有足夠的摩擦力維持著提升鋼絲繩與摩擦輪的同步運(yùn)行，但是由于外界不確定因素的影響，提升鋼絲繩與摩擦輪襯墊的摩擦輪的摩擦力會(huì)發(fā)生顯著降低，影響提升機(jī)的可靠性，此外一旦某種外界因素沖擊鋼絲繩系統(tǒng)(例如提升機(jī)的緊急制動(dòng))，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的滑動(dòng)力超出鋼絲繩與襯墊的極限摩擦力，產(chǎn)生滑繩、溜車(chē)，對(duì)提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

摩擦提升機(jī)是依靠鋼絲繩與摩擦輪襯墊間的摩擦力來(lái)傳遞動(dòng)力的，因此，它必然存在著摩擦傳動(dòng)失效（打滑）的弱點(diǎn)，其原因如下：①由于惡劣的工作環(huán)境的影響，使水和煤塵摻混產(chǎn)生石墨混合物，摩擦系數(shù)降低，造成鋼絲繩滑動(dòng)；②多繩提升各提升鋼絲繩的張力不平衡，造成總摩擦力減小，提不動(dòng)額定載荷，出現(xiàn)打滑；③現(xiàn)行摩擦提升機(jī)的制動(dòng)裝置僅能控制摩擦滾筒的運(yùn)動(dòng)，而無(wú)法控制滑動(dòng)后鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)，一旦出現(xiàn)打滑可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。因此，如何防止提升鋼絲繩在摩擦輪上的滑動(dòng)始終是摩擦提升技術(shù)研究的一項(xiàng)重要課題。

滑繩和溜車(chē)對(duì)提升系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，以前沒(méi)有從系統(tǒng)安全方面對(duì)其進(jìn)行分析、研究，僅是在產(chǎn)生此類(lèi)事故后，分析產(chǎn)生事故的原因，增加相應(yīng)的措施，比如對(duì)立井提升系統(tǒng)采用定容裝載，為保證張力差不超限，現(xiàn)在普遍改為定重裝載，這些方法都不能從根本上解決滑繩及溜車(chē)問(wèn)題，僅從事故防治的措施上采取了一些辦法，沒(méi)有建立從根本上杜絕事故的方法。近年來(lái)也有很多學(xué)者從防滑計(jì)算方法與提高摩擦系數(shù)方面入手解決摩擦提升機(jī)的防滑問(wèn)題，盡管已取得了一定的成果，但是還具有一定的片面性和局限性，沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題，達(dá)不到出現(xiàn)滑繩現(xiàn)象時(shí)對(duì)其進(jìn)行安全制動(dòng)的效果。

綜上所述，研究設(shè)計(jì)出一套能夠符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況需要、行之有效的滑繩、溜車(chē)安全保護(hù)裝置是十分必要的，是解除立井摩擦提升滑繩、溜車(chē)隱患的當(dāng)務(wù)之急。

2 技術(shù)方案

防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置制動(dòng)力穩(wěn)定可調(diào)，在滑繩、溜車(chē)狀態(tài)下，即使提升機(jī)制動(dòng)閘失靈，也能將鋼絲繩可靠制動(dòng)，而且不損繩；感力機(jī)械手依照滑繩、溜車(chē)狀況，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行智能抓捕；絞車(chē)房控制系統(tǒng)可直接監(jiān)測(cè)提升機(jī)運(yùn)行情況，一旦檢測(cè)出滑繩、溜車(chē)狀況，除聲光報(bào)警外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在PLC控制下使機(jī)械手進(jìn)入工作狀態(tài)，完成智能抓捕動(dòng)作。

防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，安裝方便，不需要改動(dòng)原有系統(tǒng)，可直接安裝，能夠很好地與現(xiàn)行提升系統(tǒng)配合使用。

2.1、主要性能特點(diǎn)

防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置的電控系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷提升系是否滑繩溜車(chē)，機(jī)械系統(tǒng)在接到指令后能夠快速動(dòng)作，在3秒內(nèi)完成提升鋼絲繩定力抓捕。本裝置額定抓捕制動(dòng)力為40tf，可根據(jù)各礦提升系統(tǒng)具體情況調(diào)定所需抓捕制動(dòng)力。

2.2、結(jié)構(gòu)特征與工作原理

防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置由機(jī)械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩部分組成。

1）機(jī)械系統(tǒng)

如圖1所示，機(jī)械系統(tǒng)主要由主體機(jī)架、活動(dòng)機(jī)架、同步擋梁、絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、雙楔式全自動(dòng)卡繩裝置等部分組成，此裝置一套兩組，分別控制正向及反向滑繩溜車(chē)。

圖1 防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主體機(jī)架固定在井架上的基礎(chǔ)梁上，其他機(jī)械部分與底座連接，工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，雙楔式全自動(dòng)卡繩裝置及同步擋梁在絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，向提升鋼絲繩處移動(dòng)，當(dāng)卡繩裝置的中心與提升鋼絲繩中心重合時(shí)，電機(jī)停止，卡繩裝置的雙楔式全自動(dòng)感力機(jī)械手動(dòng)作，卡住滑動(dòng)的鋼絲繩，實(shí)施定力抓捕、安全制動(dòng)，且不會(huì)對(duì)提升鋼絲繩產(chǎn)生損傷。

2）電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行制動(dòng)系統(tǒng)三部分組成。

檢測(cè)系統(tǒng)是由位移傳感器及速度傳感器組成的傳感組合，這些傳感元件按一定要求安裝在導(dǎo)向輪、主摩擦滾筒（摩擦輪）及高速電機(jī)軸上，分別獲取速度，位移信號(hào)，此系統(tǒng)為控制系統(tǒng)中PLC提供原始測(cè)量數(shù)據(jù)，PLC根據(jù)已測(cè)數(shù)據(jù)和各種判斷條件給出控制指令。檢測(cè)系統(tǒng)除有檢測(cè)功能外，還有通過(guò)原絞車(chē)控制回路獲取相應(yīng)信息的功能。

控制系統(tǒng)是由PLC對(duì)輸入信息進(jìn)行分析、判斷并給出控制指令系統(tǒng)，此系統(tǒng)以PLC為核心，對(duì)檢測(cè)信息進(jìn)行分析、判斷，并通過(guò)輸出指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成具體操作。

執(zhí)行部分以控制指令為動(dòng)作信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑繩、溜車(chē)事故的制動(dòng)，為保證在滑繩或溜車(chē)狀態(tài)下均可起作用，并能可靠制動(dòng)。抓繩部分設(shè)計(jì)為雙側(cè)單向抓繩機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)模糊狀態(tài)下的制動(dòng)——也即無(wú)論是上提還是下放，只要出現(xiàn)滑繩、溜車(chē)均能可靠制動(dòng)。并在PLC控制下，此機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)抓繩制動(dòng)阻力與繩速的匹配關(guān)系。

檢測(cè)控制功能原理：

本系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)編碼器（分別安裝在主導(dǎo)輪和摩擦輪上）提供給PLC進(jìn)行分析判斷；摩擦提升運(yùn)行過(guò)程中安裝在主導(dǎo)輪和摩擦輪上的兩只旋轉(zhuǎn)編碼，只要有一只出現(xiàn)問(wèn)題，摩擦提升溜車(chē)、滑繩綜合保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出警示信號(hào)并處于自保狀態(tài)；

溜車(chē)摩擦提升運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)溜車(chē)的現(xiàn)象主要在以下四部分：

A、正常停車(chē)；B、非正常停車(chē)；C、裝車(chē)；D、制動(dòng)閘失靈。

制動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)工作原理：

對(duì)提升機(jī)提升繩滑動(dòng)檢測(cè)方法，已有較成熟的范例，在成熟技術(shù)基礎(chǔ)上，力求在檢測(cè)的準(zhǔn)確度、可靠性上進(jìn)一步提高，采用表決法、控制線(xiàn)路冗余法提高其可靠性。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是在步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)下工作的，為保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)在斷電情況下也能參與工作，保證系統(tǒng)安全，此裝置中采用UPS備用電源。

3 結(jié)語(yǔ)

防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置制動(dòng)力穩(wěn)定可調(diào)，在滑繩、溜車(chē)狀態(tài)下，即使提升機(jī)制動(dòng)閘失靈，也能將鋼絲繩可靠制動(dòng)，而且不損繩；感力機(jī)械手依照滑繩、溜車(chē)狀況，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行智能抓捕；絞車(chē)房控制系統(tǒng)可直接監(jiān)測(cè)提升機(jī)運(yùn)行情況，一旦檢測(cè)出滑繩、溜車(chē)狀況，除聲光報(bào)警外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在PLC控制下使機(jī)械手進(jìn)入工作狀態(tài)，完成智能抓捕動(dòng)作。防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，安裝方便，不需要改動(dòng)原有系統(tǒng)，可直接安裝，能夠很好地與現(xiàn)行提升系統(tǒng)配合使用。

總之，防滑繩溜車(chē)保護(hù)裝置徹底解除立井摩擦提升滑繩、溜車(chē)隱患的當(dāng)務(wù)之急，保障了立井摩擦提升礦井安全提升。

淮北礦業(yè)集團(tuán) 臨渙煤礦 機(jī)電科，安徽 淮北 235136
Discussion of Main shaft sliding vehicle antiskid rope protection device technology

Zhuo Shujie
HuaiBei Mining (Group) Co.,Ltd., Huaibei 235136,China

Vertical slip rope slide protection device adopts advanced technology to dynamic stability adjustable, in the slippery rope, brake condition, even though the hoist brake failure, also can be steel wire rope and reliable braking, and does not damage the rope; force sensing mechanical hand in accordance with the slippery rope, brake condition, the wire rope intelligent capture; winch house control system can be directly monitored hoist operation, upon detection of the slippery rope, brake condition, in addition to the sound and light alarm, executive mechanism under the control of PLC make the manipulator into working state, complete intelligent capture action. Has the advantages of simple structure, flexible movement, convenient installation, no alteration of the original system, can be installed directly, can be very good and active promotion system with the use of.This technique overcomes the technical defects of hoist, improve the machine protection device. To improve the reliability of the friction hoist, improve the use efficiency of the equipment, give full play to the potential of hoisting equipment, prolong the service life of the hoisting equipment, ensure the coal mine safety has a very important practical significance.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.096

卓書(shū)杰（1974-），男，助理工程師。1997年畢業(yè)于撫順煤校，現(xiàn)在淮北礦業(yè)集團(tuán)臨渙煤礦從事機(jī)電設(shè)備管理工作。