矸石山絞車智能化無人值守技術(shù)的研究

晉紀(jì)巖

（冀中能源峰峰集團(tuán)新屯礦，河北 邯鄲 056201）

1 改造背景

冀中能源峰峰集團(tuán)新屯礦矸石山絞車位于工業(yè)場區(qū)內(nèi)，于1992 年安裝。絞車型號為JK-2/20 型，廠家為洛陽礦山機(jī)械廠，主電機(jī)功率200kW，提升長度230 米，坡底20°。提升容器為自制箕斗、容量為3m3。鋼絲繩為6×7-φ26，減速機(jī)速比1:20，最大提升速度為3.9m/s。電控變頻器為2010年投入運(yùn)行，電控為簡易變頻控制，經(jīng)常發(fā)生定位偏差。矸石山絞車主電機(jī)功率200kW，運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生保護(hù)動作跳閘事故。矸石山每天三班運(yùn)行，每班運(yùn)行約7h，分雙崗值守，運(yùn)轉(zhuǎn)需要定員8 人。

由于矸石山絞車機(jī)械系統(tǒng)使用年限長、設(shè)備老化；電控系統(tǒng)存在著故障多、效率低；矸石山絞車工作崗位用人多，所以，應(yīng)對矸石山絞車機(jī)械系統(tǒng)及電控系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 改造思路及主要內(nèi)容

矸石山絞車改造方案主要涉及提升機(jī)機(jī)械系統(tǒng)、提升機(jī)配電部分改造、提升機(jī)電控系統(tǒng)、無人值守系統(tǒng)、礦用提升信號裝置、視頻監(jiān)控裝置等，實現(xiàn)絞車自動開、停車，減少操作人員，提高工作效率的目的。

開、停車的主要程序為：坡底裝載→信號工打開鐘→絞車上運(yùn)→到達(dá)卸載點(diǎn)→信號工打停鐘→絞車停車→箕斗卸載→信號工打下回鐘→絞車下回→回到坡底位置→信號工打停工→絞車停車。

（1）提升機(jī)電控系統(tǒng)：提升機(jī)電控系統(tǒng)主要有兩套可編程序控制器（PLC）、其主要功能是在PLC1 內(nèi)由軟件功能塊完成，無人值守監(jiān)控部分功能在PLC2 內(nèi)由軟件功能塊完成。

（2）主要設(shè)備：安裝變頻器、濾波器、可編程控制器等設(shè)備。

（3）無人值守系統(tǒng)裝置：無人值守系統(tǒng)裝置主要有礦用隔爆型顯示屏，礦用本安型控制顯示箱CXH0.3/24X。

（4）保護(hù)系統(tǒng)：提升機(jī)裝設(shè)安全保護(hù)裝置、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以及人防系統(tǒng)、閘瓦在線監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備健康管理軟件等系統(tǒng)。

進(jìn)行系統(tǒng)改造后，提升機(jī)型號為JK-2×1.5P，滾筒直徑2000mm，電機(jī)功率280kW，擔(dān)負(fù)礦井提升矸石任務(wù)。

提升機(jī)裝設(shè)有完善的安全保護(hù)裝置和絞車房、矸石山斜坡全斜坡多方位視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在車房的司機(jī)操作間內(nèi)可以全方位監(jiān)控絞車的運(yùn)行情況和箕斗裝載、運(yùn)行全過程的情況，技術(shù)十分先進(jìn)。

3 無人值守絞車當(dāng)前技術(shù)比較

該絞車自動化無人值守技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)達(dá)到了先進(jìn)水平，屬于煤礦自動化無人值守技術(shù)在矸石山斜坡運(yùn)輸中的首次應(yīng)用，具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢。其技術(shù)優(yōu)勢如下：

（1）采用無速度傳感器矢量控制技術(shù)。采用先進(jìn)的進(jìn)口功率模塊，功率損耗小。

（2）采用自動換向變頻技術(shù)，將變頻器網(wǎng)側(cè)的不可控整流橋換成可控整流橋，當(dāng)電動機(jī)減速制動時，從逆變器返回的再生功率使變頻器內(nèi)直流母線電壓升高，變頻器內(nèi)計算機(jī)發(fā)出指令，使輸入電流相位與電源電壓相位相反將電動機(jī)再生能量反饋到電網(wǎng)中，實現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)行的能量再生制動。

（3）全數(shù)字控制系統(tǒng)采用雙PLC 系統(tǒng)，構(gòu)成“雙線制”控制和安全保護(hù)。關(guān)鍵電路如安全電路、減速回路等均采用硬軟件冗余設(shè)計。重大故障如等速超速、減速超速、過卷等故障均采用硬軟件冗余設(shè)計，并具有三重保護(hù)，必要時可用繼電器系統(tǒng)運(yùn)行。

（4）采用絞車無人值守技術(shù)，提高智能化水平，絞車房內(nèi)不用安排司機(jī)，通過坡頭、坡底把勾工司機(jī)打鐘，即可實現(xiàn)絞車的智能化開停車，效率極高。

（5）絞車安裝有絞車智能化自動控制系統(tǒng)，斜坡人防裝置，絞車閘瓦在線監(jiān)測裝置，矸石山斜坡全方位監(jiān)控設(shè)備，提高了絞車的自動化水平。

（6）通過設(shè)備的自動化升級改造，達(dá)到了減少絞車司機(jī)崗位工的最終目的，實現(xiàn)了企業(yè)的高效、減人、自動化。

（7）利用高清攝像機(jī)采集箕斗、軌道圖像，通過圖像處理得到箕斗運(yùn)輸?shù)膶崟r情況，最后，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)畫面動態(tài)顯示。

（8）根據(jù)現(xiàn)有空載及輕載運(yùn)行時間的記錄，可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)能節(jié)排功能。

4 推廣經(jīng)濟(jì)效益

（1）絞車自動化改造后，實現(xiàn)了矸石山絞車的自動化無人值守運(yùn)行，矸石山絞車房不用每班安排專職絞車司機(jī)，實現(xiàn)了減人提效。

（2）原矸石山絞車事故率頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)箕斗在矸石山尖無法翻落和箕斗在矸石山坡底裝料后開車不及時、箕斗裝滿后流砟等情況。改造后，上述問題得到了徹底解決。

（3）可以實現(xiàn)無人操作，由于無人操作可以實現(xiàn)零傷亡、零違章，確保設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

矸石山絞車房無人值守自動化系統(tǒng)改造完成后，實現(xiàn)了絞車的安全、高效運(yùn)行。同時，帶動了煤礦企業(yè)的科技更新和實現(xiàn)了企業(yè)的減人提效，間接提高了企業(yè)的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)未來的發(fā)展找到了進(jìn)步的方向，具有較好的社會效益。