無極繩絞車運輸系統(tǒng)改進及優(yōu)化*

王 野

(山西煤炭運銷集團三元微子鎮(zhèn)煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000)

0 引 言

礦井建設(shè)過程中輔助運輸系統(tǒng)及設(shè)備選型是決定礦井建設(shè)成本和運行效果的關(guān)鍵方面，隨著我國煤礦開采機械化程度的提升，煤礦運輸也逐漸向智能化發(fā)展，但是在煤礦井下應(yīng)用越來越廣泛的無極繩絞車運輸系統(tǒng)卻普遍存在通訊、保護等控制裝置缺失，絞車啟停僅通過三聯(lián)按鈕控制絞車電機而實現(xiàn)、無預警裝置等問題，導致絞車運輸過程中頻繁發(fā)生斷繩、掉道等事故。為保證煤礦井下無極繩絞車運輸系統(tǒng)平穩(wěn)運行，必須從工作面巷道無極繩絞車固定、滾筒改進、緊繩爬車、尾輪改進、尾輪地錨固定等方面出發(fā)，同時加強ZBJW綜合保護裝置在無極繩絞車運輸系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用，以發(fā)揮綜合效能，保證巷道無極繩絞車運輸系統(tǒng)運行的安全性。

筆者從某煤礦井下巷道運輸過程中無極繩絞車固定、滾筒改進、緊繩爬車、尾輪改進、尾輪地錨固定等角度出發(fā)，通過對無極繩絞車運輸系統(tǒng)改進優(yōu)化經(jīng)驗進行分析探討，得出在巷道全錨支護及煤炭運輸膠帶化過程中無極繩絞車運輸系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)越性，以期達到提升煤礦輔助運輸效率和生產(chǎn)效率的目標。

1 無極繩絞車運輸系統(tǒng)概述

某煤礦原設(shè)計生產(chǎn)能力90×104t/a，改擴建后目前生產(chǎn)能力達到710×104t/a，該煤礦井下采區(qū)輔助運輸主要采用無極繩絞車運輸方式，經(jīng)過不斷升級改造后將早期所使用的JW-500/33型絞車更新為目前的SQ1200/110型無極繩絞車，以便與煤礦大噸位運輸設(shè)備相匹配；絞車設(shè)計運行長度1 950 m，全部設(shè)備均由該無極繩絞車向工作面運輸安裝。針對該煤礦長期運營實際，具體進行了無極繩絞車運輸系統(tǒng)優(yōu)化運行的設(shè)計改進，通過對實際運行情況的分析評估，實現(xiàn)了無極繩絞車輔助運輸系統(tǒng)運行效率及安全性的提升。

2 無極繩絞車運輸系統(tǒng)改進及優(yōu)化

2.1 改進思路

對于具體井下采區(qū)，無極繩絞車安裝方式有工作面巷道臨時安裝及采取集中軌道巷用混凝土安裝等，工作面巷道臨時安裝無極繩絞車存在較大難度，必須進行運輸設(shè)備、設(shè)施等的改進和優(yōu)化。

考慮到綜采工作面回采速度快，要求無極繩絞車必須頻繁移動、安裝、拆卸，為降低設(shè)備磨損，節(jié)省時間，提升安裝效率，可先將無極繩絞車固定在平板車上，再將平板車固定于運行軌道。在運輸過程中，無極繩絞車因支架墩位大、負荷等級高，其緊繩爬車裝置大小齒輪嚙合容易拉開，并引發(fā)跑車事故，為此可以考慮在爬車緊繩后加設(shè)護繩。

為使無極繩絞車尾輪快速安裝于軌道中心，為運輸車輛直接進切眼提供便利條件，該煤礦井下綜采工作面無極繩絞車尾輪上安裝了特制專用小尾輪。然而實際運行過程中小尾輪故障頻發(fā)，也成為無極繩絞車運輸系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)[1]。在此后改進的過程中，將小尾輪直徑從300 mm增大至500 mm，軸徑加粗的同時還改用了柱狀雙軸承，故障得以順利消除。該煤礦井下綜采工作面巷道鋪軌結(jié)束后尾輪主要采用軌道工字鋼八字柱加壓柱的方式固定，但這種固定方式容易造成大噸位支架運輸過程中的過拉脫輪問題。為避免巷道運輸時小尾輪脫輪現(xiàn)象的發(fā)生，進行了數(shù)次試驗，根據(jù)試驗結(jié)果最終采用工字鋼地錨固定方式[2]；其安裝過程可在巷道掘進前預先完成，所用材料主要為11號工字鋼和D22 mm錨桿，固定過程簡便，材料節(jié)省。此外，在井下巷道運輸過程中常發(fā)生爬車滾筒遭支架后尾梁碰壞的事故，借鑒相關(guān)做法，通過工字鋼將滾筒防護梁加裝在緊繩爬車裝置上后，支架后尾梁碰壞滾筒的問題得以順利解決。

2.2 ZBJW綜合保護裝置的應(yīng)用

該煤礦當前所使用的無極繩絞車型號與大噸位運輸設(shè)備較為匹配，且生產(chǎn)效率較高，但其無極繩絞車未安裝通訊及保護裝置，主要通過三聯(lián)按鈕控制絞車電機開關(guān)以及普通聲光打點信號器實現(xiàn)絞車啟停。該控制系統(tǒng)啟停電流大，運行穩(wěn)定性差，通訊效果不理想，且無斷繩、掉道等預警裝置。為保證無極繩絞車平穩(wěn)啟停，并具備運行過程中過卷保護、閉鎖停車、實時通話、危險預警等功能，應(yīng)使用ZBJW綜合保護裝置。

2.2.1 裝置組成

該系統(tǒng)由主機、速度傳感器、過卷開關(guān)、Ⅱ型和Ⅲ型語音燈光報警裝置等部分組成。主機采用小型一體化可編程PLC控制器；速度傳感器固定在無極繩絞車張緊器壓繩輪出繩口，主要向主機發(fā)送絞車運動速度方波；絞車機頭和機尾各安裝1臺過卷開關(guān)，避免牽引車因超程而引發(fā)過卷；語音燈光報警裝置主要布置在絞車沿線，急停閉鎖絞車的同時還可實時通話、語音播報并警示。

2.2.2 運行控制

ZBJW綜合保護裝置主機上共設(shè)有5個按鈕并分別對應(yīng)正反向運動、停止、正反向點動等5種功能，可實現(xiàn)無極繩絞車正反向啟停及點動。視頻監(jiān)控畫面主要展示的信息包括無極繩絞車當前位置、從速度傳感器所獲取的總脈沖數(shù)、牽引車行進速度、絞車運行狀態(tài)方向等，且視頻畫面上還顯示有無極繩絞車巷道剖面圖，能直接觀察到牽引車所處具體位置。以AutoCAD形式輸入ZBJW綜合保護裝置主機的巷道實測剖面圖畫面還包括位置初始化、系數(shù)設(shè)定、原點位置、安全設(shè)施起止點設(shè)置等信息：在該保護裝置初裝后進行絞車機頭和牽引車之間實際距離的測量，并將結(jié)果輸入數(shù)字框，根據(jù)提示進行位置初始化處理；測算出從動輪轉(zhuǎn)動一圈時牽引車運行的距離，且在這一過程中主機將接收到速度傳感器所發(fā)出的8個脈沖信號，計算出系數(shù)值并輸入系統(tǒng)；將電動擋車器安裝在無極繩絞車沿線，牽引車正常運行過程中保護裝置會打開電動擋車器，相反，若牽引車位于其余位置或運行情況異常，則保護裝置會關(guān)閉電動擋車器。安裝于機頭附近的過卷開關(guān)和機頭間的實際距離在牽引車每次返程時都會復位，避免誤差累積。

2.2.3 速度保護及過卷保護

速度傳感器對牽引車運行速度進行實時監(jiān)測，若監(jiān)測到實際運行速度與設(shè)計速度不符，會觸發(fā)保護裝置發(fā)出停車指令。按照設(shè)計，該綜合保護系統(tǒng)牽引車超速和欠速設(shè)定值分別為額定運行速度的115%和85%[3]，巷道無極繩絞車額定速度為1.2 m/s的情況下，超速和欠速限度分別為1.38 m/s和1.02 m/s。

過卷保護分別安裝在無極繩絞車機頭和機尾，一旦牽引車到達設(shè)計位置，則過卷保護動作，絞車停止并復位，能有效避免給料牽引車碰撞機頭張緊裝置或跨越機尾換向繩輪；復位后的絞車反向運動，并順利解除過卷保護。

2.2.4 語音報警

在啟動無極繩絞車前，保護系統(tǒng)會發(fā)出類似“絞車啟動準備”的語音播報，機頭過卷、絞車運行速度和位置偏差等故障出現(xiàn)后保護裝置會立即發(fā)出停車指令和故障類型等循環(huán)警報。在井下巷道綜采工作面各上下車場和偏口，無極繩絞車停運后保護系統(tǒng)報警器LED指示燈均會發(fā)出綠光，提示井下施工人員可放心通過；而當無極繩絞車或其余機車啟動后至整個運行過程中，報警器會持續(xù)發(fā)出“絞車正在運行”的警報和紅光，以警示安全，有效避免井下安全事故的發(fā)生。

3 應(yīng)用效果

根據(jù)筆者對該煤礦應(yīng)用無極繩絞車運輸系統(tǒng)綜合保護設(shè)計方案后的持續(xù)跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在2020年6月該改進優(yōu)化方案實施到2021年5月的12個月內(nèi)，該煤礦運行過程中共觸發(fā)綜合保護裝置發(fā)出停車指令20次，其中18次為牽引車超速觸發(fā)，每次停車所對應(yīng)的速度具體見表1所列。

表1 綜合保護裝置停車對應(yīng)的速度 /(m/s)

在18次超速保護中同時觸發(fā)過卷保護，使絞車平穩(wěn)停止并快速復位。以上牽引車停止和啟動的同時，均發(fā)出“絞車停止準備” “絞車啟動準備”的語音播報。就目前運行狀態(tài)來看，無極繩絞車運輸系統(tǒng)保護裝置應(yīng)用效果良好，并無任何不利影響。

4 結(jié) 語

綜上所述，無極繩絞車是常用的煤礦井下巷道運輸設(shè)備，對于傾角在8°以下的坡度起伏較大及彎曲復雜的傾斜巷道較為適用，還能用于綜采工作面巷道長距離運輸。隨著出煤主力系統(tǒng)中膠帶輸送機的推廣應(yīng)用及巷道支護向全錨支護方向的轉(zhuǎn)變，設(shè)備噸位持續(xù)增大，無極繩絞車與常規(guī)輔助設(shè)備相比也越來越體現(xiàn)出性能的優(yōu)越性。為使煤礦井下無極繩絞車安全運行，必須從絞車固定、緊繩爬車滾筒、尾輪、尾輪地錨固定及綜合保護裝置的應(yīng)用等角度加強無極繩絞車運輸系統(tǒng)改進及優(yōu)化設(shè)計，以使無極繩絞車礦井輔助運輸系統(tǒng)性能順利發(fā)揮。