煤礦井下架空索道存在缺陷及安全保護(hù)新技術(shù)

張慶軍 王學(xué)軍

(1.肥城白莊煤礦有限公司，山東 肥城271623；2.山東煤礦安全監(jiān)察局 魯中監(jiān)察分局，山東 濟(jì)南250031)

1 煤礦井下架空索道簡介

地下礦用架空索道屬于無極繩運(yùn)輸系統(tǒng)，其基本工作原理為驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器與其直聯(lián)的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并依靠驅(qū)動(dòng)輪(帶襯墊)和牽引索之間的摩擦帶動(dòng)牽引索和吊椅，在線路上不停地循環(huán)運(yùn)行，完成運(yùn)送人員的任務(wù)。整個(gè)索道主要由機(jī)頭驅(qū)動(dòng)裝置、托繩輪、四輪托（壓）繩輪組、吊椅組件、同向捻鋼絲繩（運(yùn)載索）、機(jī)尾組件、機(jī)尾張緊裝置、電控系統(tǒng)等組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 地下礦用架空索道結(jié)構(gòu)

2 架空索道安全保護(hù)存在缺陷

由于各生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)制造能力參差不齊，各礦井在用設(shè)備很多不能滿足國家規(guī)范的要求，主要存在以下幾個(gè)方面的問題：首先，與速度相關(guān)的保護(hù)功能不全，過速、欠速保護(hù)、反轉(zhuǎn)保護(hù)信號(hào)選取不穩(wěn)定或制動(dòng)不靈活；其次，沿途無急停裝置，設(shè)備運(yùn)行過程中發(fā)生緊急情況，途中很難緊急制動(dòng)；再次，驅(qū)動(dòng)裝置僅有工作制動(dòng)器無安全制動(dòng)器。由于上述問題的存在以及井下使用環(huán)境的影響，地下礦用架空索道運(yùn)行故障和傷人事件時(shí)有發(fā)生。

3 安全保護(hù)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 安裝旋轉(zhuǎn)軸編碼器，增加與速度相關(guān)的保護(hù)功能

在電機(jī)軸、驅(qū)動(dòng)輪和壓繩輪上分別安裝旋轉(zhuǎn)軸編碼器，如圖2 所示。電控系統(tǒng)采集旋轉(zhuǎn)軸編碼器脈沖信號(hào)。正常運(yùn)行時(shí)，各部位的速度短時(shí)間內(nèi)變化范圍不大，一般規(guī)定速度在5 秒之內(nèi)允許變動(dòng)10%-15%（變動(dòng)范圍和時(shí)間限定可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整），在此范圍內(nèi)，各部位出現(xiàn)的速度波動(dòng)可認(rèn)為是正常擾動(dòng)，保護(hù)裝置不動(dòng)作。當(dāng)任一部位的速度波動(dòng)超出允許變動(dòng)范圍和限定時(shí)間，則可判定發(fā)生事故或出現(xiàn)不正常運(yùn)行情況，電控系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作斷電，制動(dòng)閘抱閘，迅速停車制動(dòng)。

圖2 旋轉(zhuǎn)軸編碼器在電動(dòng)機(jī)、壓繩輪及驅(qū)動(dòng)輪上的安裝

3.2 沿途安設(shè)急停裝置

緊急停車裝置由主機(jī)柜和多個(gè)急停開關(guān)組成，主機(jī)柜放置在井下索道控制柜旁邊，能夠顯示各個(gè)急停開關(guān)的動(dòng)作情況。急停開關(guān)沿人行下山分段布置，安裝于巷道一側(cè)。主機(jī)柜和各急停開關(guān)裝有通話裝置，以便了解沿線情況。

井下索道沿途分段安設(shè)緊急停車裝置，可在發(fā)生意外和緊急情況下，就地按動(dòng)急停開關(guān)，停車信號(hào)送至主機(jī)柜，主機(jī)柜控制井下索道斷電，制動(dòng)閘抱閘，停車制動(dòng)，急停開關(guān)按下后無法自動(dòng)彈回，需人工旋轉(zhuǎn)使其復(fù)位，方可開車。

3.3 增加井下索道制動(dòng)裝置

現(xiàn)階段，該種設(shè)備普遍只有一道液壓制動(dòng)裝置，安裝在電機(jī)和減速箱之間的聯(lián)軸器上。此時(shí)，若減速箱與驅(qū)動(dòng)輪的連接軸發(fā)生斷軸事故后，就無法對整個(gè)井下索道實(shí)施安全可靠的制動(dòng)。因此，在對電控系統(tǒng)改造的同時(shí)在驅(qū)動(dòng)輪上安裝一副制動(dòng)閘瓦，它的動(dòng)作和原有的電力液壓制動(dòng)裝置一致，當(dāng)啟動(dòng)井下索道時(shí)，兩副閘同時(shí)松開，經(jīng)過延時(shí)后主電機(jī)起動(dòng)，井下索道進(jìn)入運(yùn)行。當(dāng)按下停止按鈕或保護(hù)動(dòng)作后，主電機(jī)電源切斷，兩副閘同時(shí)抱閘，制動(dòng)迅速。

3.4 研制楔形捕繩器

利用罐籠防墜器滑楔捕繩制動(dòng)原理，在架空乘人裝置上車場，靠近驅(qū)動(dòng)輪側(cè)，安裝自主研制的楔形捕繩器，與驅(qū)動(dòng)輪液壓制動(dòng)閘聯(lián)動(dòng)；在出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪已制動(dòng)，鋼絲繩克服與驅(qū)動(dòng)輪輪襯之間的摩擦力繼續(xù)下滑時(shí)，有效將鋼絲繩抱住，實(shí)現(xiàn)滑繩保護(hù)。

3.5 采用紅外人員感應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)無人值守功能

通過紅外感應(yīng)人員的上、下車情況，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)慢速運(yùn)行和高速運(yùn)行相互轉(zhuǎn)換。

（1）當(dāng)井下索道正常運(yùn)行時(shí)，通過紅外人員感應(yīng)器感應(yīng)到人員上車后給電控系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)上升觸發(fā)信號(hào)，使系統(tǒng)輸出一個(gè)高速控制信號(hào)，中間繼電器斷電使其常閉點(diǎn)閉合，從而使變位電阻1R 接通輸出高速頻率進(jìn)而使電機(jī)在高速狀態(tài)運(yùn)行。

（2）當(dāng)無人乘車時(shí)，計(jì)時(shí)器定時(shí)12min 后給電控系統(tǒng)一個(gè)下降觸發(fā)信號(hào)，使系統(tǒng)輸出低速控制信號(hào)，中間繼電器吸合使其常開點(diǎn)閉合，使變位電阻2R 接通從而輸出低速頻率進(jìn)而使電機(jī)在低速狀態(tài)運(yùn)行。

4 新型設(shè)計(jì)應(yīng)用效果

4.1 新型設(shè)計(jì)應(yīng)用后安全保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

4.1.1 速度檢測和控制技術(shù)

利用旋轉(zhuǎn)軸編碼器，以電機(jī)軸速為基準(zhǔn)，采集電機(jī)軸、驅(qū)動(dòng)輪和壓繩輪運(yùn)行的脈沖信號(hào)送入PLC，通過程序處理，變成歸整的速度值，時(shí)刻監(jiān)測三個(gè)部位的速度，判斷井下索道運(yùn)行狀況.一旦出現(xiàn)異常，PLC切斷電動(dòng)機(jī)電源，驅(qū)動(dòng)輪液壓制動(dòng)閘和安裝在電機(jī)與減速箱之間的聯(lián)軸器上液壓閘動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)斷軸保護(hù)；滑繩保護(hù)；過速、欠速保護(hù)；反轉(zhuǎn)保護(hù)。

4.1.2 楔形捕繩器

楔形捕繩器，與驅(qū)動(dòng)輪液壓制動(dòng)閘聯(lián)動(dòng)；當(dāng)按下停止按鈕或保護(hù)動(dòng)作后，主電機(jī)電源切斷，制動(dòng)閘和安全閘同時(shí)抱閘；在出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪已制動(dòng)，由于單側(cè)承載超限或驅(qū)動(dòng)輪襯塊與鋼絲繩之間的摩擦系數(shù)較小，鋼絲繩克服與驅(qū)動(dòng)輪輪襯之間的摩擦力繼續(xù)下滑時(shí)，延時(shí)動(dòng)作，有效將鋼絲繩抱住，實(shí)現(xiàn)滑繩保護(hù)。

4.1.3 KTC101 控制系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)、可靠的現(xiàn)場CAN 總線技術(shù)，加上豐富的系統(tǒng)接口，構(gòu)成了KTC101 系統(tǒng)。KTC101 系統(tǒng)是具集控、檢測、保護(hù)、通話、語言報(bào)警于一體的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了先進(jìn)的工業(yè)嵌入式計(jì)算機(jī)（PC340）控制和現(xiàn)場CAN 總線技術(shù)，完成集中＋分布式控制，兩條控制沿線4＋4 公里內(nèi)不需要中繼；主控采用10.4吋液晶顯示屏，以彩色圖形、動(dòng)畫、漢字的形式給出設(shè)備各種狀態(tài)，無論是參數(shù)設(shè)定還是故障位置均以漢字顯示；除電源箱外，系統(tǒng)其他所有部件均為安全型設(shè)備，從而使系統(tǒng)的密封至少達(dá)到了IP54 標(biāo)準(zhǔn)，接插件達(dá)到了IP67。其操作簡單、維護(hù)方便，具有抗干擾、高兼容性、隔爆等特點(diǎn)。

4.2 取得的經(jīng)濟(jì)效益

4.2.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

該技術(shù)在三家煤礦應(yīng)用時(shí)，縮短職工到達(dá)現(xiàn)場時(shí)間，年延長原煤生產(chǎn)時(shí)間分別為3.5 天、4 天、3 天； 節(jié)約電費(fèi)分別為8 萬元、5 萬元、5萬元；年節(jié)約檢修費(fèi)分別為：7.5 萬元、13 萬元、7 萬元。

4.2.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

國內(nèi)煤炭企業(yè)眾多，隨著當(dāng)代采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，對井下索道的要求也不斷提高，除了能夠適應(yīng)礦井的巷道布局形式和具有機(jī)械運(yùn)人的基本功能以外，還要具有高安全性、高可靠性。項(xiàng)目的改造和成功運(yùn)行，將對礦井高效、安全運(yùn)送人員上起到巨大的推動(dòng)作用，對降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)語

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)防掉繩保護(hù)，松繩保護(hù)能力大幅提高，具有了拉線急停功能、滑繩保護(hù)；整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)，減小了系統(tǒng)沖擊及噪音，使得乘坐人員更加安全舒適；同時(shí)，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人值守后，系統(tǒng)自動(dòng)化程度提高，操作更加簡便。

［1］宋梁亮，葛笑寒.猴車系統(tǒng)使用與改造[J].輕工科技，2012，166(9):72-73.

［2］姜漢軍.礦井輔助運(yùn)輸設(shè)備[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版.