古漢山煤礦主井提升系統(tǒng)提速增效技術(shù)改造

常云飛,劉元明,趙青華

（1.河南能源化工集團(tuán)焦煤公司古漢山礦；2.河南能源化工集團(tuán)焦煤公司安監(jiān)局,河南 焦作 454350）

古漢山煤礦主井提升系統(tǒng)提速增效技術(shù)改造

常云飛1,劉元明2,趙青華2

（1.河南能源化工集團(tuán)焦煤公司古漢山礦；2.河南能源化工集團(tuán)焦煤公司安監(jiān)局,河南 焦作 454350）

為提高古漢山煤礦主井提升系統(tǒng)安全運轉(zhuǎn)效率，通過現(xiàn)場分析研究，針對主井提升系統(tǒng)的電控系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、井筒裝備（包括箕斗）、裝卸載系統(tǒng)、井上下排矸系統(tǒng)及信號系統(tǒng)等進(jìn)行技術(shù)改造，主井提升速度和效率有了明顯提高，同時增強(qiáng)了系統(tǒng)運行的安全可靠度。

煤礦；提升系統(tǒng)；提速增效；改造

0 引言

古漢山礦為焦作煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司下屬礦井，主井為立井，井筒深度：545.4m，提升系統(tǒng)由武漢設(shè)計院進(jìn)行設(shè)計，提升機(jī)為JKMD-3.5×4（Ⅲ）E型多繩摩擦輪提升機(jī),配用電機(jī)型號為TDBS/1600-20,功率1600KW,供電電壓960V,額定轉(zhuǎn)速43r/min，傳動方式為低速直聯(lián)，控制方式采用交交變頻。提升容器為JDGY-12/110×4型箕斗，電控系統(tǒng)采用全數(shù)字交--交變頻矢量控制和數(shù)字控制PLC方式，原電氣傳動采用一套西門子SIMADYN--D全數(shù)字控制系統(tǒng)，原設(shè)計生產(chǎn)能力120萬噸/年。后經(jīng)過改造后，提升一循環(huán)時間為142s，提升能力達(dá)到185萬噸/年。隨著礦井生產(chǎn)能力的不斷提升，采掘工作面的不斷增多和延伸，回采煤量和排矸量也在不斷增加，主井提升能力成立制約礦井生產(chǎn)發(fā)展的主要因素。為了保證礦井安全高效運轉(zhuǎn)，經(jīng)過現(xiàn)場研究，在不影響正常生產(chǎn)的前提下，對主井提升系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

1 改造的必要性

（1）電控系統(tǒng)年久老化，部分備件需進(jìn)口，價格昂貴，日常維護(hù)量大，且只有一套電控系統(tǒng)，出現(xiàn)故障礦井面臨停產(chǎn)。

（2）制動系統(tǒng)為恒力矩二級制動，造成緊急制動減速度過大，過大的減速度將導(dǎo)致鋼繩滑動突破防滑極限，且舊制動系統(tǒng)維護(hù)量大，已不能滿足提升要求。

（3）井筒淋水造成組合鋼罐道銹蝕嚴(yán)重，井口、井底為木罐道，且無四角穩(wěn)罐道，影響絞車的安全運行。

（4）箕斗卸載方式為氣動側(cè)卸式（抓捕卸載），卸載時間較長，汽缸等一系列設(shè)施需要一定的維護(hù)量。

（5）定量倉為氣動裝載，開閉動作慢，風(fēng)動開啟力矩小，汽缸維護(hù)量大，人為失誤造成多放煤后，只能將定量倉內(nèi)的煤全部放空，可控性低。

（6）給煤系統(tǒng)為兩部運輸大槽及往返式給煤機(jī)，給煤量小，速度比較慢，且維護(hù)量大。

（7）信號系統(tǒng)老化，無備用信號。

（8）井下巖巷開拓掘進(jìn)量大，副井提升系統(tǒng)的排矸量不能滿足生產(chǎn)需要。

基于上述原因，通過對主井提升系統(tǒng)的電控系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、井筒裝備（包括箕斗）、裝卸載系統(tǒng)、信號系統(tǒng)及井上下排矸系統(tǒng)等進(jìn)行技術(shù)改造，以達(dá)到提速增效的目的。

2 改造實施內(nèi)容

2.1 電控系統(tǒng)改造

（1）主調(diào)速實現(xiàn)雙系統(tǒng)運行（初次改造）

2012年11月底徐州寶迪公司和上海交通大學(xué)在我礦安裝一套國內(nèi)自主研發(fā)的SME-BD調(diào)速系統(tǒng)來代替德國西門子公司SIMADYN-D系統(tǒng)。在原有的S7-400 PLC上增加VME-BD系統(tǒng)的控制通道，包括模擬量通道和開關(guān)量通道，并對軟件程序設(shè)計相應(yīng)的修改。新調(diào)速系統(tǒng)柜到位后，將外圍信號接入新柜，包括軸編碼器信號、同步信號、PLC的控制信號及狀態(tài)返回信號、勵磁柜的控制信號及返回信號。新VME-BD調(diào)速系統(tǒng)安裝調(diào)試期間，保證原SIMADYN-D調(diào)速系統(tǒng)能安全可靠運行。初次改造后，解決了主井交交變頻控制器調(diào)速系統(tǒng)的備用問題。

（2）主井電控冗余系統(tǒng)改造（二次改造）

新增變流柜、勵磁柜、繞組運行模式切換柜、電機(jī)定子電源切換柜、電機(jī)勵磁電源切換柜及整流柜交流電源切換柜等。

低壓配電柜增加對新變流柜及勵磁柜的配電。

SD柜增加觸發(fā)脈沖的切換裝置，增加電壓、電流實際值的切換裝置，增加零電流、熔斷監(jiān)視等信號的切換裝置，增加電機(jī)繞組絕緣監(jiān)視切換。

主控柜增加對新整流柜的狀態(tài)監(jiān)視，增加對新切換柜的狀態(tài)監(jiān)視，增加對新老整流柜的切換閉鎖。

上位機(jī)增加新老整流系統(tǒng)的切換指示，增加新整流柜系統(tǒng)狀態(tài)顯示。

此次改造完善了SME-BD調(diào)速系統(tǒng)，新舊系統(tǒng)實現(xiàn)冗余運行。

整流柜改造后系統(tǒng)框圖，如圖1所示：

圖1 整流系統(tǒng)框圖

2.2 制動系統(tǒng)改造

為了提升制動系統(tǒng)性能，擬采用洛陽中重自動化有限責(zé)任公司公司研發(fā)生產(chǎn)的恒減速電液制動裝置（包括TE142A液壓站和配套恒減速電控柜）和新型制動器替代原制動器和液壓站。

2.3 井筒裝備及卸載系統(tǒng)改造

（1）組合鋼罐道更換為玻璃鋼防腐方形罐道。

（2）增加井口、井底四角穩(wěn)罐道，井口、井底木罐道更換為鐵罐道。井筒罐道全部進(jìn)行加固。

（3）氣動側(cè)卸式箕斗更換為曲軌卸載方式箕斗，井架落煤點改造，安裝配套的卸載曲軌。

2.4 裝載系統(tǒng)改造

（1）主井裝載系統(tǒng)改造為液壓裝載。改造后采取兩泵兩箱式液壓站，平時一用一備，保證了主井提升的連續(xù)性。

（2）定量倉加固。在現(xiàn)有的定量倉內(nèi)部鑲襯一層錳鋼板，能夠承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件。由于對其加固力度大，耐磨板較厚，定量倉原本的加強(qiáng)筋并沒有破壞，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其設(shè)計要求，自加固完成后，再未出現(xiàn)門被大矸砸變形出現(xiàn)凹坑或磨損嚴(yán)重等異?，F(xiàn)象。

（3）給煤系統(tǒng)改造。改造為兩部大流量的甲帶式給煤機(jī)，由皮帶想定量倉給煤，同時，甲帶式給煤機(jī)與定量倉底的電子秤閉鎖。

2.5 信號系統(tǒng)改造

新增加一套同型號的信號系統(tǒng)，對信號系統(tǒng)設(shè)計改造，能夠?qū)崿F(xiàn)快速切換迅速。兩套信號同時參與絞車電控，井口兩臺信號機(jī)共同控制一套電磁閥，由于平時電磁閥是不帶電的，當(dāng)有信號時才能控制電磁閥吸合的大電壓大電流，不會互相影響動作正確與否。井口的各個傳感器安裝兩套，所以安裝兩套，同樣起到一用一備的效果，并且安裝了切換開關(guān)，使兩個傳感器和兩套信號系統(tǒng)任意搭配，也可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)來快速判斷傳感器的好壞，便于查找故障傳感器。井底信號機(jī)同樣采用了此方法來實現(xiàn)合并的。主信號的電源由備用信號的通訊電纜中兩根芯線提供，備用信號的電源由主信號的通訊電纜中兩根芯線提供，這樣避免了交流127V強(qiáng)電的干擾。如果需要切換信號，信號工即可完成，簡單到停一個，送一個開關(guān)即可，并且開關(guān)上還有文字標(biāo)注。如圖2所示：

圖2 雙信號并聯(lián)原理示意圖

2.6 井上下排矸系統(tǒng)優(yōu)化

經(jīng)過礦方研究決定，采用主井排矸，要求每天兩班提煤一班提矸，但排矸班由于矸山排矸效率低等原因，制約了主井提矸。為了避免提矸與提煤相互影響反而制約主井提升效率，對我礦井上下排矸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

（1）在地面新設(shè)計加工安裝一套矸倉，能承載數(shù)十噸矸石，并實現(xiàn)氣動自動放矸，使提煤與提矸時段切換有了緩沖。

（2）由于提矸期間矸石對卸載滑板等部件損壞嚴(yán)重，利用耐沖擊耐磨能力強(qiáng)的高強(qiáng)度錳鋼板進(jìn)行加固。

（3）矸山絞車提速。更換絞車電機(jī)，矸山提升速度由2.5m/s提升到4m/s，提升循環(huán)時間從180s縮短到120s，改造前每小班最多提升80車次，現(xiàn)改造后，每班提升可達(dá)150車次，提高了排矸效率。

（4）井下大巷溜矸嘴改造實現(xiàn)雙向排矸。當(dāng)排矸班大巷皮帶運輸矸石期間，溜矸嘴直接將矸排放到皮帶上；當(dāng)出煤班大巷皮帶運輸煤炭期間，溜矸嘴采用側(cè)向放矸，將矸石排至礦車內(nèi)，由副井提升排出。

排矸系統(tǒng)優(yōu)化改造后，明顯提高了主井排矸工作效率，減少了對因排矸慢等原因?qū)μ崦喊嘣斐傻挠绊憽?/p>

3 技術(shù)改造實施效果

以上改造在成功實現(xiàn)后，達(dá)到了預(yù)期目的：

（1）主井電控實現(xiàn)SIMOVERT-D調(diào)速系統(tǒng)和SME-BD調(diào)速系統(tǒng)冗余運行，完全實現(xiàn)兩套系統(tǒng)分離切換使用，同時滿足新電控系統(tǒng)全載半速運行要求。明顯減少主井電控系統(tǒng)故障對生產(chǎn)造成的影響，極大的提高了運行效率。同時，解決單系統(tǒng)運行期間檢修時間緊張的問題，電控系統(tǒng)檢修時間充足，確保檢修內(nèi)容全面細(xì)致，保證了主井的安全長效運行。

（2）改造后，主井提升系統(tǒng)單循環(huán)運行時間由原來的142s縮短至100s，裝卸載時間由原來的25s縮短至8s，每鉤的動作時間由原來的168s縮短至108s，縮短了60s。單斗提升量由原來的12噸增加到12.5噸，年提升量由原來的148.76萬噸提升至241.05萬噸，年產(chǎn)量增加了92.29萬噸，同時，主井排矸系統(tǒng)運行以來，每天由主井提升排出的矸石至少達(dá)到400噸，每年能排出矸石14萬噸，既保證了正常提煤量，又保證了主井排矸量，最大程度的緩解了副井提升壓力。速度時間對比如圖3所示：

（3）改造后，主井提升系統(tǒng)的電控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)及制動系統(tǒng)均未因故障或檢修影響到正常提升，尤其是雙電控雙信號系統(tǒng)的可靠運行，為備用電控和信號系統(tǒng)的檢修贏得了充分的檢修時間，保證了檢修質(zhì)量，同時因新型電控系統(tǒng)等線路清晰，故障率低，減少了維護(hù)量，節(jié)省了人力物力，使系統(tǒng)維護(hù)運轉(zhuǎn)進(jìn)入了良性循環(huán)。

圖3 改造前后速度對比時間圖

（4）制動系統(tǒng)采用恒減速液壓制動系統(tǒng)，具有控制精度較高、響應(yīng)速度快，動態(tài)性能好，雙向調(diào)節(jié)，反映在制動過程速度曲線上，表現(xiàn)為對超調(diào)量的衰減速度快，即糾偏能力強(qiáng)、安全制動效果好。在緊急制動工況下，通過電控系統(tǒng)實現(xiàn)恒減速控制制動，能使制動減速度不隨負(fù)載、工況變化而變化，始終按預(yù)先設(shè)定的減速度值進(jìn)行制動，同時保留了原有的恒力矩二級制動性能，可在恒減速控制系統(tǒng)失效時，自動轉(zhuǎn)換為恒力矩二級制動狀態(tài)，大大提高了設(shè)備的運行安全，增加了系統(tǒng)的可靠性。

（5）選用玻璃鋼防腐方形罐道，消除了因罐道銹蝕造成的不安全因素。安裝四角穩(wěn)罐道并對整體罐道加固后，主井絞車啟動和停止爬行段更穩(wěn)定。

（6）裝卸載系統(tǒng)改造后，延長了使用壽命，實現(xiàn)自動化裝卸載，縮短了裝卸載時間，縮短了提升循環(huán)時間，系統(tǒng)運行更加可靠，減少了故障率，減小了維護(hù)量。

（7）絞車實現(xiàn)自動化開車，較人工開車反應(yīng)更快，提高了運轉(zhuǎn)效率。

4 結(jié)語

（1）大功率同步電機(jī)的動態(tài)優(yōu)化控制。以我礦大功率雙繞組同步電動機(jī)實驗系統(tǒng)為開發(fā)平臺，開展矢量控制的速度、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)實驗研究，結(jié)合現(xiàn)有的古漢山礦提升機(jī)交交變頻控制系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)的矢量控制技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用成功。

（2）本項目的研究成果實現(xiàn)高性能的提升機(jī)電控系統(tǒng)，對提高提升機(jī)的安全可靠性能具有重要意義。此成果為提升機(jī)電控系統(tǒng)的更新?lián)Q代具有重要意義和推廣應(yīng)用價值，成為行業(yè)內(nèi)同類型提升機(jī)改造的典型案例。

（3）恒減速液壓制動系統(tǒng)得到推廣應(yīng)用，成為煤礦提升機(jī)制動系統(tǒng)改造借鑒的典型。

（4）提速增效改造方案的成功實施，為類似礦井的提速增效改造提供了參考對象。

常云飛（1987—），男，本科，助理工程師，從事煤礦機(jī)電技術(shù)工作。