主井自動(dòng)化無人值守系統(tǒng)的實(shí)踐

穆寶瑞

（霍州煤電集團(tuán)李雅莊煤礦調(diào)度室，山西 霍州 031400）

1 工程概況

霍州煤電集團(tuán)李雅莊煤礦主井提升系統(tǒng)為塔式多繩摩擦提升機(jī)，滾筒直徑3.25m，井簡直徑5m，提升高度712.7m，箕斗載重12t。提升機(jī)最大提升速度7.99m/s，4 根Ф32mm 主鋼絲繩；雙電機(jī)拖動(dòng)，功率800kW。井底裝載方式為煤倉給煤機(jī)→膠帶裝煤→定量斗定量裝載→箕斗提升至井口；卸載方式為卸載曲軌自動(dòng)卸載。

該礦主井提升系統(tǒng)改造前存在的問題主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）提升系統(tǒng)電機(jī)采用交流繞線式進(jìn)行串電阻調(diào)速，導(dǎo)致系統(tǒng)故障頻發(fā)，耗能較高。

（2）原煤提升量大，提升過程中人員操作程序多，人員長時(shí)間操作易出現(xiàn)誤操作，并且在生產(chǎn)流程中各個(gè)環(huán)節(jié)的銜接上耽擱提升時(shí)間。

（3）用工多，未達(dá)到減員提效的目的。

（4）未實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障自動(dòng)檢測報(bào)警，不利于工程技術(shù)人員和調(diào)度人員掌握實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息。

為了解決以上問題，工程技術(shù)人員完成了對主井提升系統(tǒng)的全自動(dòng)化控制改造，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、程序化控制，減少了提升人為不安全因素，提高了提升安全系數(shù)和生產(chǎn)效率。

2 主井提升系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)改造方案

（1）對電控系統(tǒng)進(jìn)行變頻調(diào)速PLC 控制改造，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)與停止，提高系統(tǒng)的安全可靠性；

（2）對裝載與信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)定重裝載、裝載與信號(hào)傳輸?shù)淖詣?dòng)化，最終實(shí)現(xiàn)主井提升系統(tǒng)自動(dòng)裝卸載、自動(dòng)發(fā)出開/停車信號(hào)、提升機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)與停車的自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)無人值守；

（3）完善和增加提升系統(tǒng)的各項(xiàng)保護(hù)，修改保護(hù)系統(tǒng)原有程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；增加煤位開關(guān)、稱重、軸承溫度、減速箱溫度檢測等功能的自動(dòng)化控制程序。

3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 提升機(jī)變頻調(diào)速及自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)

主井提升機(jī)PLC 交流高壓變頻電控系統(tǒng)采用FX2NPLC 操作系統(tǒng)、高壓變頻系統(tǒng)及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，主回路采用高壓變頻器，可實(shí)現(xiàn)正力情況下的變頻提升和負(fù)力提升情況下的能量回饋，使用光電編碼器進(jìn)行提升容器位置、速度的測量，并有數(shù)字式深度指示及上位監(jiān)控系統(tǒng)。改造方案采用變頻器可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的恒加速和恒減速控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，有效降低提升事故的發(fā)生，且具有較好的節(jié)能效果。改造系統(tǒng)應(yīng)用后能夠?qū)崿F(xiàn)過卷、過速、過負(fù)荷及欠電壓、限速保護(hù)，以及急停、高壓聯(lián)跳、通信故障、測速斷線保護(hù)，并能實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)過速、錯(cuò)向運(yùn)行等故障的檢測。

3.2 提升容器的自動(dòng)裝卸載及信號(hào)自動(dòng)傳遞技術(shù)

主井裝載定量的精確度直接影響著礦井安全生產(chǎn)，是確保礦井實(shí)現(xiàn)“以鉤定產(chǎn)”的重要依據(jù)。主井提升信號(hào)系統(tǒng)是原煤生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，信號(hào)裝置的可靠運(yùn)行能夠有效地提高提升機(jī)的提升效率。李雅莊煤礦原主井提升信號(hào)系統(tǒng)與定量裝載裝置操作過程繁瑣，操作期間易出現(xiàn)誤操作，影響礦井提升設(shè)備的使用效率和安全性能，不能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障自動(dòng)檢測報(bào)警，不利于工程技術(shù)人員和調(diào)度人員掌握實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息。一套安全性能高、精確度高的提升機(jī)信號(hào)與計(jì)量控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)主井提升系統(tǒng)全自動(dòng)化運(yùn)行的必要條件。

KD10 型主井提升機(jī)信號(hào)與計(jì)量控制系統(tǒng)通過KJD10-1 提升機(jī)房信號(hào)控制柜、一個(gè)KD10-2 卸載站信號(hào)控制柜、一個(gè)KD10-3 裝載站信號(hào)控制柜對主井系統(tǒng)的裝載、卸載、信號(hào)傳輸進(jìn)行控制，它不僅杜絕了超載、欠載運(yùn)行，提高了主提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)、直接監(jiān)控故障報(bào)警等功能。KJD10 型主井提升機(jī)信號(hào)與計(jì)量控制系統(tǒng)的安裝改造為主提升系統(tǒng)自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)提供了必要條件。

KJD10 主井定量裝載控制與提升信號(hào)裝置主要包括裝載控制系統(tǒng)、卸載控制系統(tǒng)以及信號(hào)系統(tǒng)。裝載控制系統(tǒng)安裝在裝取站，自動(dòng)定量裝載，裝載完成后向提升機(jī)房發(fā)出準(zhǔn)備就緒信號(hào)。卸載控制系統(tǒng)安裝于卸載站，控制煤從箕斗中自動(dòng)卸載到卸載站煤倉，卸載完成后綜合裝載信號(hào)向提升機(jī)發(fā)出可以提升信號(hào)。

此套系統(tǒng)在定量斗下方安裝了一個(gè)液壓測重定量裝置，煤流經(jīng)給煤機(jī)、帶式輸送機(jī)進(jìn)入定量斗，當(dāng)裝載質(zhì)量達(dá)到設(shè)定質(zhì)量時(shí)，液壓測重定量裝置通過傳感器向裝載控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，停止裝載工作。然后打開定量斗將煤裝于箕斗內(nèi)，完成裝煤過程，就緒后信號(hào)發(fā)出。裝載站的防爆控制箱內(nèi)部PLC 將就緒信號(hào)傳送到提升機(jī)房，最終向提升機(jī)發(fā)出可以提升的信號(hào)。

3.3 系統(tǒng)改造的創(chuàng)新點(diǎn)分析

（1）實(shí)現(xiàn)主井提升機(jī)變頻調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)與停止，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。

（2）軟件安全回路兩條、硬件安全回路一條，關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用三重或多重保護(hù)，如過卷、超速等，保證礦山設(shè)備的高效、安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）采用液壓測重定量裝置，實(shí)現(xiàn)定量裝載。

（4）實(shí)現(xiàn)裝載、卸載、信號(hào)與提升機(jī)之間的聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)裝載、開車、卸載自動(dòng)化。

（5）可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、檢修、手動(dòng)的模式轉(zhuǎn)換，在正常運(yùn)行時(shí)可投入手動(dòng)運(yùn)行，在檢修時(shí)可置于點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)，方便檢修。

（6）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程及設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障自動(dòng)檢測報(bào)警功能，便于檢修維護(hù)人員、工程技術(shù)人員和調(diào)度人員掌握實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

（1）主井提升系統(tǒng)全自動(dòng)化改造后，每小時(shí)比改造前可多提升兩鉤，理想狀態(tài)下（原煤產(chǎn)量滿足，無事故情況）按每天提升18h、每鉤12t、每噸煤600 元、每年主井提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)300d 計(jì)算，全年可提升效益7776 萬元。

（2）項(xiàng)目實(shí)施前主井底信號(hào)工每班2 人，井口信號(hào)工1 人，司機(jī)2 人，立井提升自動(dòng)化控制后，只需在車房安排一名司機(jī)、井底安排一名信號(hào)工對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，每天可節(jié)約用工9 個(gè)，每個(gè)工按150 元計(jì)算，每年可節(jié)約開支49.275 萬元。

4.2 安全效益

主井提升系統(tǒng)自動(dòng)化改造的實(shí)現(xiàn)，有效地提升了設(shè)備的安全性、可靠性，減少人為控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、程序化控制，進(jìn)一步提高主井提升安全系數(shù)，減少人為不安全因素，提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率，減少了人員用工，達(dá)到了節(jié)支降耗的目的，同時(shí)提高了礦井自動(dòng)化水平。