礦倉卸礦口積礦自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)

于 曉，張軍權(quán)，佟 鵬，高桃英

(金川集團(tuán)股份有限公司,甘肅 金昌 737100)

0 引 言

金川礦區(qū)的礦山生產(chǎn)建設(shè)中，多采用底卸式箕斗提升礦石系統(tǒng)。礦石的卸載方式采用兩種方式：①直軌卸載； ②曲軌卸載；不論哪種卸載方式，當(dāng)提升系統(tǒng)豎井提升機(jī)提升礦石在向地表礦倉卸礦時(shí)，都是礦石以拋物線的方式從接礦溜槽口進(jìn)入礦倉，由于礦倉接礦口溜槽的傾斜角度、礦石自身質(zhì)量，往往導(dǎo)致在接礦溜槽口處礦石堆積過多，致使礦石無法進(jìn)入礦倉，而是進(jìn)入提升豎井井筒，損壞井筒線纜、電氣設(shè)施、井底隔離裝置等設(shè)施，甚至?xí)p壞提升機(jī)主繩、穩(wěn)繩、尾繩等提升機(jī)設(shè)施、井筒，影響提升機(jī)運(yùn)行，造成重大損失。

為解決上述問題，在生產(chǎn)中我們對(duì)接礦檢測(cè)裝置采取了不少措施，譬如裝紅外線、超聲波、光電開關(guān)等元件進(jìn)行監(jiān)控，但實(shí)際運(yùn)用中，檢測(cè)范圍小，檢測(cè)區(qū)域受限，檢測(cè)不準(zhǔn)確、誤動(dòng)作頻繁，影響生產(chǎn)，目前多采用人工檢查，存在工作人員責(zé)任心，及時(shí)性、實(shí)時(shí)性、導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確問題。筆者提出自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)方案，采用一種準(zhǔn)確、靈敏的檢測(cè)儀器，其功能是一旦礦石聚集達(dá)到有可能影響下一斗卸載，甚至影響提升機(jī)本次運(yùn)行安全時(shí)，檢測(cè)儀器就發(fā)出提升機(jī)停止運(yùn)行指令，處理完畢卸礦口積礦后，系統(tǒng)恢復(fù)正常[1]，設(shè)計(jì)關(guān)鍵是達(dá)到檢測(cè)靈敏、可靠、成本低廉。

1 卸載方式及監(jiān)測(cè)裝置存在問題

1.1 卸載方式及原理

1.1.1 曲軌卸載方式

當(dāng)箕斗提升到卸載階段時(shí),箕斗上的兩組卸載輪進(jìn)入安裝在井架上的“S”卸載曲軌中，伴隨著箕斗逐漸上升,卸載前輪向上，打開箕斗掛鉤輪沿卸載曲軌滾動(dòng),卸載輪在曲軌作用下拉開箕斗斗門,斗門繞鉸鏈軸向上轉(zhuǎn)動(dòng),逐漸打開箕斗卸礦口，同時(shí)與箕斗斗門側(cè)板下部連接的溜槽在托輥上向前滑動(dòng),由原來的水平位置向下傾斜,斗箱中的礦石由卸礦口經(jīng)過溜槽卸入礦倉,箕斗下行時(shí)“S”的卸載曲軌使箕斗斗門回位，側(cè)板下部連接的溜槽在托輥上向后滑動(dòng)，沿拖架回到原位，完成卸礦。

1.1.2 直軌卸載方式

當(dāng)箕斗提升到卸載階段時(shí),箕斗上的兩組卸載輪進(jìn)入安裝在井架上的垂直軌道中，箕斗上升到位后,由于卸載前輪進(jìn)入直軌時(shí)，箕斗掛鉤已經(jīng)被第一個(gè)輪子打開，此時(shí)液動(dòng)(或是風(fēng)動(dòng))缸體拉動(dòng)箕斗,箕斗斗門繞鉸鏈軸向上轉(zhuǎn)動(dòng),逐漸打開箕斗卸礦口，同時(shí)與箕斗斗門側(cè)板下部連接的溜槽在托輥上向前滑動(dòng),由原來的水平位置向下傾斜,斗箱中的礦石由卸礦口經(jīng)過溜槽卸入礦倉,卸礦完畢，液動(dòng)(或是風(fēng)動(dòng)、電動(dòng))缸體推動(dòng)箕斗斗門，使箕斗斗門回位，同時(shí)與箕斗斗門側(cè)板下部連接的溜槽在托輥上向后滑動(dòng),沿拖架回到原位，完成卸礦。

1.2 安全監(jiān)測(cè)裝置存在的缺陷

在生產(chǎn)中提升容器箕斗提升的礦石，因?yàn)槌睗癍h(huán)境、有些礦石具有粘性，礦石必然堆積在卸礦口。卸礦口襯板的光滑度也是礦石堆積的一個(gè)因素；礦倉口處冬天室外溫度過低，也會(huì)造成井下提升上來的礦石凍結(jié)在卸礦口，越積越多，影響提升機(jī)運(yùn)行。

礦井提升設(shè)備的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)雖然有了發(fā)展進(jìn)步，但同提升機(jī)技術(shù)需求相比，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上,當(dāng)前國內(nèi)還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)主提升設(shè)備全面監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提升設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)缺乏系統(tǒng)性,都是針對(duì)礦井提升設(shè)備的某一部件或幾個(gè)部件的監(jiān)測(cè)。粘性較大的礦石堆積在礦倉口，阻礙礦石的下落，會(huì)導(dǎo)致礦石傾倒入井筒，造成井筒內(nèi)設(shè)備設(shè)施的損壞，因此，迫切需要解決提升系統(tǒng)中礦石不能及時(shí)卸入礦倉，礦石堆積在卸礦口過多問題。

2 自動(dòng)監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)選型及原理

2.1.1 硬件設(shè)計(jì)

本著“實(shí)用、節(jié)儉”的原則，根據(jù)要達(dá)到、實(shí)現(xiàn)的目的和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，硬件根據(jù)卸載方式的不同，分別采用以下方式。

(1) 直軌卸載方式中的運(yùn)用

如圖1所示：將礦倉檢測(cè)裝置安裝在液動(dòng)(或是風(fēng)動(dòng))缸體頭上，當(dāng)拉開箕斗時(shí)，檢測(cè)裝置隨著缸體向后位移，礦石已拋物線從箕斗內(nèi)卸出時(shí)，不致?lián)p壞檢測(cè)裝置；關(guān)閉箕斗時(shí)，檢測(cè)裝置隨著缸體向前位移，箕斗關(guān)閉無論是否到位，只要檢測(cè)裝置檢測(cè)到礦倉口積礦，就命令停止關(guān)閉箕斗，不允許箕斗運(yùn)行，并報(bào)警提示。

圖1 箕斗直軌卸礦檢測(cè)裝置示意圖

(2) 曲軌卸載方式中的運(yùn)用

如圖2所示：將礦倉檢測(cè)裝置安裝在卸載曲軌的上部，當(dāng)箕斗向上運(yùn)行時(shí)，利用箕斗斗門緩慢將檢測(cè)裝置打開，箕斗上升到位后，箕斗內(nèi)的礦石卸載完畢，隨著箕斗的下行，斗門在“S”曲軌內(nèi)被強(qiáng)制關(guān)閉，檢測(cè)裝置隨箕斗門不斷關(guān)閉而自動(dòng)下落，如果積礦存在，檢測(cè)裝置就會(huì)停止下落，并且給提升機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，將停止箕斗運(yùn)行，并報(bào)警提示。

圖2 箕斗曲軌卸礦檢測(cè)裝置示意圖

2.1.2 控制原理

控制原理主要功能如下：

(1) 基于提升機(jī)總體設(shè)計(jì),從主提升設(shè)備的主控方式入手，控制提升機(jī)運(yùn)行、卸載，從而達(dá)到控制目的。

(2) 報(bào)警提示。該檢測(cè)裝置不但可以針對(duì)卸礦口的積礦情況及時(shí)停止提升機(jī)運(yùn)行、終止卸載，并且可實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示，便于人員處理。

2.2 電氣控制原理[2]

如圖3所示：提升機(jī)控制系統(tǒng)提供檢測(cè)裝置工作電源，檢測(cè)裝置具有兩對(duì)開關(guān)觸點(diǎn)，一對(duì)觸點(diǎn)將卸礦口料位狀況實(shí)時(shí)上傳給主控PLC，由PLC加上相關(guān)限制條件來判斷、檢測(cè)卸礦口料位狀況以及是否需要及時(shí)停機(jī)；另一對(duì)開關(guān)觸點(diǎn)作為硬接點(diǎn)再加上箕斗拉開檢測(cè)一同作為卸礦口料位硬件檢測(cè)，用雙重檢測(cè)來保證系統(tǒng)的安全性。由于檢測(cè)裝置是活動(dòng)的，所以在計(jì)算機(jī)收到箕斗拉開卸礦命令時(shí)(或箕斗被拉開時(shí))，檢測(cè)裝置暫時(shí)不檢測(cè)，而當(dāng)收到箕斗斗門關(guān)閉命令或斗門在關(guān)閉運(yùn)行過程中，檢測(cè)裝置將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)卸礦口料位狀況，一旦出現(xiàn)卸礦口積礦就會(huì)立即進(jìn)行報(bào)警。計(jì)算機(jī)程序如圖4所示。

圖3 卸礦口料位檢測(cè)裝置電氣原理

圖4 計(jì)算機(jī)程序

當(dāng)在箕斗沒被拉開，卸礦口檢測(cè)裝置動(dòng)作時(shí)，PLC輸出點(diǎn)Q0.1動(dòng)作，計(jì)算機(jī)可進(jìn)行報(bào)警或?qū)⑻嵘到y(tǒng)停機(jī)，當(dāng)箕斗被拉開時(shí)，雖檢測(cè)裝置檢測(cè)點(diǎn)隨箕斗拉開其位置發(fā)生改變，檢測(cè)開關(guān)打開，但此時(shí)箕斗拉開開關(guān)動(dòng)作，因此，通過程序判定卸礦口料位處在安全狀態(tài)，在卸礦結(jié)束后，隨著箕斗斗門的回位，箕斗斗門打開開關(guān)閉合，此時(shí)檢測(cè)裝置立即恢復(fù)檢測(cè)。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果

此裝置投入運(yùn)行前，曾出現(xiàn)卸礦溜槽積礦后未及時(shí)發(fā)現(xiàn)礦石墜入井筒而損壞提升機(jī)一根尾繩，直接損失10萬余元，停產(chǎn)24 h，造成間接經(jīng)濟(jì)損失以及檢修人員費(fèi)用約70多萬元。為了杜絕此類事故發(fā)生，事故發(fā)生后專門安排4名職工進(jìn)行倒班作業(yè)進(jìn)行溜槽口積礦檢查，年均成本約10萬元/人。利用此裝置后，撤銷了檢查人員，年節(jié)約人工成本40余萬元，實(shí)現(xiàn)了溜槽積礦“人防”躍變?yōu)椤凹挤馈薄?/p>

4 結(jié) 語

文中設(shè)計(jì)通過箕斗斗門打開，驅(qū)動(dòng)檢測(cè)裝置拉桿動(dòng)作，通過裝在拉桿頂端的檢測(cè)開關(guān)，利用拉桿的回位情況，實(shí)現(xiàn)卸礦以及卸礦溜槽粘礦積礦檢測(cè)，報(bào)警,停止提升機(jī)運(yùn)行，消除了礦石墜入井筒，損壞井筒內(nèi)設(shè)備設(shè)施的弊端，并且可通過對(duì)提升機(jī)控制程序的完善，實(shí)現(xiàn)箕斗重復(fù)裝礦檢測(cè)，防止提升機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行。