礦井多水平提升用液壓折疊式補(bǔ)償罐道的設(shè)計(jì)研究

楊 波

(霍州煤電集團(tuán) 金能煤業(yè)有限公司,山西 忻州 035100)

隨著采煤工藝的發(fā)展,礦井開采深度不斷增加,立井多水平提升方式越來越普及。綜合分析多水平提升礦井的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),得出目前多水平提升存在以下兩個(gè)影響礦井提升安全和提升效率的問題。

1)當(dāng)提升容器通過某一中間水平時(shí),必須減速通過罐道的交換點(diǎn),否則容易因?yàn)閷?dǎo)向限制發(fā)生提升事故。目前傳統(tǒng)的提升方式不僅提升控制復(fù)雜、設(shè)備復(fù)雜、使用和日常維護(hù)不方便,而且提升循環(huán)周期較長(zhǎng),降低了礦井提升效率[1]。

2)礦井提升過程中,在豎向摩擦力和水平荷載綜合作用下,井筒井壁容易發(fā)生疲勞變形,變形量達(dá)到一定程度,井壁就會(huì)發(fā)生破壞。

為有效解決上述問題,研制一套礦井多水平提升用液壓折疊式補(bǔ)償罐道,革新補(bǔ)償罐道結(jié)構(gòu),同時(shí)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償罐道與安全門等設(shè)備的有效兼容和協(xié)調(diào)工作,共同組成一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全、操控簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的系統(tǒng)化設(shè)備。該套設(shè)備可以有效改善中間水平停罐狀態(tài),確保提升容器順利通過中間水平,同時(shí),可以最大限度地消除因?yàn)榫沧冃螌?duì)罐道平行度和垂直度的負(fù)面影響,徹底改善提升容器沿罐道運(yùn)行的連續(xù)性和平穩(wěn)性,提高礦井提升工作的可靠性和高效性。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為礦井多水平提升用液壓折疊式補(bǔ)償罐道的結(jié)構(gòu)示意圖,補(bǔ)償罐道部分主要由上部固定罐道、驅(qū)動(dòng)油缸、中部活動(dòng)罐道、下部固定罐道等零部件組成。上部固定罐道和下部固定罐道固定安裝在井筒組合罐道上,驅(qū)動(dòng)油缸固定安裝在井下車場(chǎng)巷道頂部,驅(qū)動(dòng)油缸可以帶動(dòng)中部活動(dòng)罐道向巷道方向旋轉(zhuǎn)90°。中部活動(dòng)罐道閉鎖時(shí),上部固定罐道、下部固定罐道以及中部活動(dòng)罐道無縫固接。中部活動(dòng)罐道旋轉(zhuǎn)90°打開時(shí),可以在中間水平進(jìn)行停車作業(yè)活動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中,車場(chǎng)配套設(shè)備還包括液壓鎖(托)罐搖臺(tái)、人字形安全門、液壓系統(tǒng)以及相應(yīng)的電控系統(tǒng)。

1-驅(qū)動(dòng)油缸;2-上部固定罐道;3-中部活動(dòng)罐道;4-部固定罐道圖1 液壓折疊式補(bǔ)償罐道結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Hydraulic folding compensation cageway structure

1.2 工作原理

當(dāng)提升容器不需要在中間水平停罐時(shí),液壓補(bǔ)償罐道處于關(guān)閉狀態(tài),液壓補(bǔ)償罐道中的上部固定罐道、下部固定罐道以及中部活動(dòng)罐道無縫固接,與井筒罐道融為一體,對(duì)提升容器起導(dǎo)向穩(wěn)罐作用,此時(shí)提升容器能夠以正常的爬行速度順利通過中間水平。

當(dāng)提升容器需要在中間水平停罐進(jìn)行進(jìn)出礦車等作業(yè)時(shí),提升容器到達(dá)中間水平后,配套的液壓鎖(托)罐搖臺(tái)承接提升容器,配套的人字形安全門打開,補(bǔ)償罐道的下部固定罐道與中部活動(dòng)罐道解鎖,中部活動(dòng)罐道部分能夠迅速而準(zhǔn)確地借助液壓缸向巷道方向旋轉(zhuǎn)90°打開,礦車和物料可以順利地進(jìn)出提升容器,當(dāng)?shù)V車和物料進(jìn)出完畢后,液壓補(bǔ)償罐道迅速關(guān)閉,活動(dòng)段與下固定罐道迅速閉鎖,提升容器可沿罐道方向繼續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

整套裝置的工作原理及工作步驟如下:

圖2顯示的是提升容器抵達(dá)中間水平車場(chǎng)的初始狀態(tài),此時(shí)提升容器已經(jīng)?？康轿?補(bǔ)償罐道處于閉合狀態(tài),補(bǔ)償罐道與井筒內(nèi)的組合罐道固接為整體,搖臺(tái)處于關(guān)閉狀態(tài),安全門也處于關(guān)閉狀態(tài),礦車停靠在車場(chǎng)軌道上。此時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài),當(dāng)各設(shè)備的工作狀態(tài)滿足要求時(shí),便可通過操控臺(tái)控制設(shè)備的下一步動(dòng)作。

圖2 工作步驟一Fig.2 Step 1

圖3顯示的是該套新型液壓補(bǔ)償罐道的中間運(yùn)行狀態(tài),此時(shí)搖臺(tái)已經(jīng)打開實(shí)現(xiàn)與提升容器罐內(nèi)軌道的對(duì)接,人字形安全門也已完全打開,補(bǔ)償罐道中的驅(qū)動(dòng)油缸帶動(dòng)中部活動(dòng)罐道向巷道內(nèi)方向旋轉(zhuǎn)折疊打開,補(bǔ)償罐道正處于打開過程中。

圖3 工作步驟二Fig.3 Step 2

圖4顯示的是補(bǔ)償罐道完全打開之后礦車進(jìn)出提升容器的工作狀態(tài),此時(shí)液壓補(bǔ)償罐道已經(jīng)完全打開,如果搖臺(tái)、安全門、補(bǔ)償罐道都顯示到位,則提升容器內(nèi)的礦車可以通過左側(cè)搖臺(tái)軌道駛離提升容器,車場(chǎng)內(nèi)的礦車可以通過右側(cè)搖臺(tái)軌道駛?cè)胩嵘萜鲀?nèi),從而實(shí)現(xiàn)礦車在中間水平的裝卸載工作。

圖4 工作步驟三Fig.4 Step 3

圖5表示在礦車裝卸載工作結(jié)束后,補(bǔ)償罐道、安全門和搖臺(tái)依次關(guān)閉,待上述設(shè)備都顯示關(guān)閉到位后,即可發(fā)送相應(yīng)信號(hào)提示提升容器可以駛離中間水平的車場(chǎng)了,從而完成該套液壓補(bǔ)償罐道的一個(gè)工作循環(huán)。

該套液壓折疊式補(bǔ)償罐道工作流程圖見圖6,需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)有提升容器的到位信號(hào)、搖臺(tái)的開到位與關(guān)到位信號(hào)、安全門的開到位與關(guān)到位信號(hào)、補(bǔ)償罐道的開到位與關(guān)到位信號(hào)、銷軸的開到位與關(guān)到位信號(hào)等。所有設(shè)備的工作狀態(tài)都在主監(jiān)控界面顯示,便于實(shí)時(shí)觀察和核實(shí)設(shè)備的運(yùn)行情況,也便于控制設(shè)備的各個(gè)動(dòng)作。

圖5 工作步驟四Fig.5 Step 4

圖6 液壓折疊式補(bǔ)償罐道工作流程圖Fig.6 Work flow of the hydraulic folding compensation cageway

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求和功能要求,液壓折疊式補(bǔ)償罐道采用以PLC為核心的控制系統(tǒng)[2]。該套控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)左右補(bǔ)償罐道和左右安全門的啟閉、一二號(hào)油泵起停、系統(tǒng)卸荷狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制。控制系統(tǒng)采用順序控制程序設(shè)計(jì)模式,按照設(shè)定的工作流程順序控制相關(guān)設(shè)備的自檢、啟動(dòng)、正常運(yùn)行、故障報(bào)警、狀態(tài)調(diào)整等?？刂葡到y(tǒng)采用觸摸屏和PC工控機(jī)有機(jī)融合的人機(jī)友好界面,通過該控制界面,一方面實(shí)現(xiàn)了該套設(shè)備的集中自動(dòng)化控制,優(yōu)化了設(shè)備的操控性;另一方面,通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和顯示各設(shè)備的運(yùn)行情況,可以隨時(shí)了解設(shè)備的工作狀態(tài),提升設(shè)備的可靠性,防止發(fā)生誤操作[3]。該套控制系統(tǒng)的控制主界面見圖7,控制功能齊全,控制界面簡(jiǎn)潔大方,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和控制液壓折疊式補(bǔ)償罐道[4]。

圖7 液壓折疊式補(bǔ)償罐道控制界面Fig.7 Control interface of the hydraulic folding compensation cageway

3 結(jié)束語

該套礦井多水平提升用液壓折疊式補(bǔ)償罐道能夠有效改善立井中間水平停罐狀態(tài),實(shí)現(xiàn)提升容器在中間水平的平穩(wěn)承接,解決了礦車掉道以及下大件、進(jìn)出礦車時(shí)提升容器上下移動(dòng)大的問題,同時(shí)也為提升容器安全高速通過中間水平提供了保障,切實(shí)做到了安全高效提升。與此同時(shí),該套裝置可以最大限度地消除因?yàn)榫沧冃螌?duì)罐道平行度和垂直度的負(fù)面影響,徹底改善提升容器沿罐道運(yùn)行的連續(xù)性和平穩(wěn)性,提高礦井提升工作的可靠性和高效性。該套裝置全面提升了中間水平罐道的自動(dòng)化控制水平,充分發(fā)揮中間水平的作用與價(jià)值,滿足礦井大運(yùn)量提運(yùn)要求,克服原煤提運(yùn)瓶頸,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效,對(duì)多水平提升礦井安全、高效生產(chǎn)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。