主斜井絞車(chē)智能化提升系統(tǒng)研究與應(yīng)用

上海大屯能源股份有限公司徐莊煤礦 孫凡占

斜井絞車(chē)是煤礦主要運(yùn)輸設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)著礦山人員、物料、矸石甚至煤炭的運(yùn)輸任務(wù)，安全級(jí)別要求高，在煤礦安全生產(chǎn)中具有重要的地位。為了改善輔助運(yùn)輸環(huán)境，提高自動(dòng)化和智能化水平，滿足智能化建設(shè)要求，故急需對(duì)斜井絞車(chē)智能化提升系統(tǒng)進(jìn)行研究和改進(jìn)。本項(xiàng)目首次在大屯煤電公司徐莊煤礦Ⅱ1軌道上進(jìn)行安裝應(yīng)用，在針對(duì)軌道特殊工況下多次進(jìn)行技術(shù)研討，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證、探討，制定了設(shè)計(jì)絞車(chē)智能化提升系統(tǒng)改造方案，并秉承經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、安裝工期短的原則，在原有ZTK型礦用提升機(jī)電控裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造，實(shí)現(xiàn)斜井絞車(chē)自動(dòng)控制等功能。該智能提升系統(tǒng)在徐莊煤礦Ⅱ1軌道已安裝應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了減人提效、自動(dòng)控制、安全可靠等功能。

1 問(wèn)題提出及研究意義

徐莊煤礦主斜井絞車(chē)運(yùn)輸系統(tǒng)存在問(wèn)題如下：（1）用人多。一條斜井軌道每班正常至少安排5名職工，其中絞車(chē)房司機(jī)至少1名，下車(chē)場(chǎng)信號(hào)把鉤工2名，甩道口信號(hào)把鉤工2名。（2）環(huán)境差。絞車(chē)房所有設(shè)備同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)噪聲較大，嚴(yán)重影響了絞車(chē)司機(jī)的身心健康。（3）智能化水平不高。在生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中，絞車(chē)司機(jī)必須時(shí)刻坐在操作臺(tái)前，手動(dòng)操作，注意力高度集中，易產(chǎn)生疲勞開(kāi)車(chē)。無(wú)法滿足智能化礦井“無(wú)人值守”要求。（4）信息化程度不高。一是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障信息、各類參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫(huà)面無(wú)法上傳至地面，地面無(wú)法及時(shí)掌握和讀取相關(guān)信息數(shù)據(jù)，無(wú)法滿足智能化礦井信息高度融合、互聯(lián)的要求。二是子系統(tǒng)多，未深度融合，存在信息“孤島”。（5）安全保障能力低。一是物料提升過(guò)程中，沒(méi)有能夠防止人員進(jìn)入斜巷軌道的有效措施，易造成“行車(chē)行人”狀況，引發(fā)安全事故。二是以往操作為司機(jī)接收到信號(hào)工發(fā)來(lái)信號(hào)后手動(dòng)控制提升機(jī)，存在思想不集中操作人員發(fā)出錯(cuò)誤指令的問(wèn)題，存在保守操作致使提升機(jī)非全速運(yùn)行降低提升效率的問(wèn)題，存在司機(jī)為簡(jiǎn)化自身工作進(jìn)行非正常開(kāi)車(chē)造成事故的風(fēng)險(xiǎn)。三是缺少有效的視頻監(jiān)控裝置，操作人員無(wú)法及時(shí)掌握各關(guān)鍵地點(diǎn)人員和設(shè)備狀態(tài)。

2 智能化提升系統(tǒng)改造方案

2.1 改造原則

（1）突出減人提效。絞車(chē)房無(wú)需安設(shè)絞車(chē)司機(jī)，實(shí)現(xiàn)下車(chē)場(chǎng)一鍵啟動(dòng)，減少操作環(huán)節(jié)，絞車(chē)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制后車(chē)房實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守；同時(shí)，具備自動(dòng)和手動(dòng)一鍵切換功能。

（2）突出設(shè)備運(yùn)行安全。通過(guò)視頻監(jiān)控、移動(dòng)視頻、人機(jī)界面、防人員闖入裝置、溫度與震動(dòng)檢測(cè)等裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控絞車(chē)以及車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)。

（3）突出設(shè)備智能化。信號(hào)提升裝置具有主備兩套信號(hào)系統(tǒng)，采用電梯式控制方式，整個(gè)裝置具有個(gè)水平之間的直通擴(kuò)音電話，具有沿線開(kāi)車(chē)警示語(yǔ)言箱，具有車(chē)房絞車(chē)電機(jī)、減速機(jī)、滾筒的振動(dòng)檢測(cè)、閘間隙檢測(cè)等功能，具有沿線道岔控制功能。自動(dòng)模式下能夠根據(jù)所選水平目標(biāo)地自動(dòng)發(fā)出開(kāi)車(chē)、停車(chē)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、道岔控制指令，一鍵完成本次提升任務(wù)。

（4）突出設(shè)備信息化。將所有絞車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫(huà)面上傳地面調(diào)度，進(jìn)入礦井環(huán)網(wǎng)，便于遠(yuǎn)程故障診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控，為下一步礦井信息化整合打下基礎(chǔ)。

2.2 改造方案

本系統(tǒng)由礦用本安型操作臺(tái)、礦用隔爆兼本安型可編程控制箱、礦用隔爆型顯示器、礦用防爆兼本安型以太網(wǎng)交換機(jī)、移動(dòng)視頻監(jiān)控、煤礦用提升機(jī)間隙保護(hù)裝置、煤礦用機(jī)電設(shè)備溫度振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、礦用防爆提升機(jī)電控裝置、礦用視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員闖入報(bào)警等多個(gè)系統(tǒng)組成。各個(gè)系統(tǒng)各司其職又互聯(lián)互通形成一個(gè)全方位的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

（1）在絞車(chē)房和各甩道安裝礦用隔爆兼本安型可編程控制器和操作臺(tái)。操作臺(tái)之間具備語(yǔ)言通訊功能，實(shí)現(xiàn)各甩道之間直接相互通話；具備防護(hù)罩以及鑰匙閉鎖功能（防止他人誤發(fā)信號(hào)操作）；能夠顯示絞車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)（電流、制動(dòng)油壓、震動(dòng)、溫度等）。借鑒電梯運(yùn)行模式設(shè)置偏口選擇（在各偏口車(chē)場(chǎng)操作臺(tái)設(shè)置偏口選擇，選擇偏口后各車(chē)場(chǎng)預(yù)警，絞車(chē)自動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)設(shè)置程序直接到達(dá)指定車(chē)場(chǎng)）；顯示各岔位（道岔人工控制，但必須檢測(cè)位置）、擋車(chē)器狀態(tài)（常閉式擋車(chē)器、D型擋車(chē)器和道岔活動(dòng)軌安裝常開(kāi)、常閉到位傳感器）；安裝急停和清除按鈕；安裝停車(chē)信號(hào)（減速停車(chē)）、慢提、慢松信號(hào)；顯示滑頭運(yùn)行位置。

（2）提升系統(tǒng)開(kāi)車(chē)信號(hào)具備閉鎖功能，只有滑頭所在車(chē)場(chǎng)操作臺(tái)發(fā)出提升信號(hào)，其他車(chē)場(chǎng)只能發(fā)送聯(lián)系信號(hào)。絞車(chē)停在斜巷中間（故障原因），由就近偏口發(fā)提升信號(hào)，再次提升。車(chē)房安裝千兆以太網(wǎng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)絞車(chē)運(yùn)行參數(shù)和視頻畫(huà)面上傳功能。地面配置硬盤(pán)錄像機(jī)及顯示器，對(duì)井下絞車(chē)視頻可進(jìn)行存儲(chǔ)顯示。

（3）在車(chē)房和各甩道安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像儀，在下口車(chē)場(chǎng)安裝24in液晶顯示器和硬盤(pán)錄像機(jī)、防爆控制鍵盤(pán)等，實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)房和各車(chē)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面和絞車(chē)各種數(shù)據(jù)，并可實(shí)時(shí)查看視頻回放。

（4）在各甩道安裝防人員闖入監(jiān)視裝置，人員闖入后立即發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警。

（5）在絞車(chē)鉤頭車(chē)前端安裝移動(dòng)攝像儀，軌道沿線及邊坡點(diǎn)安裝無(wú)線數(shù)據(jù)采集分站，采集鉤頭車(chē)運(yùn)行實(shí)時(shí)視頻信號(hào)（如軌道工況、巷道情況），通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)浇g車(chē)司機(jī)處顯示器，使操車(chē)司機(jī)能夠清晰看到鉤頭車(chē)前后的實(shí)時(shí)圖像，全面掌控絞車(chē)的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行隱患，作出正確的操車(chē)反應(yīng)，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行安全。

2.3 開(kāi)車(chē)步驟

（1）甩道口接車(chē)處信號(hào)把鉤工到位就緒準(zhǔn)備工作完畢后，按壓操作臺(tái)上相應(yīng)提升信號(hào)點(diǎn)數(shù)按鈕以及水平選擇按鈕，信號(hào)發(fā)出后等待絞車(chē)開(kāi)車(chē)。

（2）下口操作臺(tái)接到信號(hào)后，操作臺(tái)顯示相應(yīng)水平和信號(hào)點(diǎn)數(shù)，操作人員按壓確認(rèn)按鈕，絞車(chē)按程序設(shè)定開(kāi)車(chē)。

（3）當(dāng)車(chē)輛到達(dá)指定甩道口過(guò)道岔后，絞車(chē)按程序自動(dòng)停車(chē)，絞車(chē)停止后，甩道信號(hào)把鉤工扳動(dòng)道岔后，按壓信號(hào)點(diǎn)，下口點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕后，絞車(chē)自動(dòng)下放，到達(dá)程序設(shè)定位置后自動(dòng)停車(chē)。

3 系統(tǒng)改造方案應(yīng)用效果

（1）減人提效。設(shè)備改造后，只需在Ⅱ1軌道下口設(shè)置1名司機(jī)，智能提升監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)在全自動(dòng)模式下，只需要在出發(fā)地發(fā)出信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)礦車(chē)從當(dāng)前地點(diǎn)運(yùn)行到目的地，可減少車(chē)房司機(jī)和信號(hào)工，每班節(jié)省崗位工人3名，按三班四運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)算可節(jié)省12名，年節(jié)省人工成本72萬(wàn)元。

（2）降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度。實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)，將原來(lái)的10個(gè)操作環(huán)節(jié)減少到4個(gè)，減少了司機(jī)和信號(hào)把鉤工操作步驟和操作時(shí)間（掛車(chē)→選擇目的地→發(fā)信號(hào)自動(dòng)運(yùn)行到位后自動(dòng)停止→摘車(chē)）。中間道岔的直到、彎道轉(zhuǎn)換，出車(chē)場(chǎng)慢信號(hào)、直到快信號(hào)轉(zhuǎn)換全部自動(dòng)運(yùn)行，減少了信號(hào)工的操作步驟。

（3）提高工作效率。整合現(xiàn)有軟、硬件資源，提高提升效率。通過(guò)結(jié)合現(xiàn)有軟硬件資源，增加部分硬件控制設(shè)備，完善原有控制程序，實(shí)現(xiàn)了絞車(chē)的全自動(dòng)開(kāi)車(chē)。在各甩道車(chē)場(chǎng)自動(dòng)加減速和停車(chē)，實(shí)現(xiàn)提升速度精確控制，降低了運(yùn)輸提升成本，最大限度的提高了絞車(chē)的提升能力，提高了提升效率。

（4）提高安全性能。完善絞車(chē)系統(tǒng)安全保護(hù)功能，將人員防闖入、各地點(diǎn)視頻監(jiān)控、移動(dòng)視頻等多種監(jiān)測(cè)功能融合到一起，增強(qiáng)斜巷運(yùn)輸安全保障能力。

（5）提高信息化水平。實(shí)現(xiàn)在地面對(duì)所有設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、故障信息和視頻監(jiān)控的遠(yuǎn)程發(fā)布，提高運(yùn)輸系統(tǒng)信息化水平，滿足智能化礦井建設(shè)要求。

總結(jié)：隨著該系統(tǒng)在Ⅱ1軌道的成功安裝與應(yīng)用，通過(guò)對(duì)提升絞車(chē)進(jìn)行創(chuàng)新改造，自動(dòng)化斜井絞車(chē)的成功運(yùn)行，標(biāo)志著煤礦絞車(chē)運(yùn)行模式進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，開(kāi)創(chuàng)了斜井提升機(jī)房“無(wú)人值守”應(yīng)用的先例，為今后國(guó)內(nèi)智能提升控制積累了技術(shù)資料和寶貴經(jīng)驗(yàn)。