智能化提升系統(tǒng)在煤礦斜井主提升機(jī)中的應(yīng)用

摘要：目前，煤礦斜井主提升機(jī)手動(dòng)操作方式存在環(huán)節(jié)多、操作人員多、安全風(fēng)險(xiǎn)高等弊端。結(jié)合斜井主提升機(jī)智能化提升系統(tǒng)的改造方法，分析斜井主提升機(jī)智能化提升系統(tǒng)的功能、特點(diǎn)和應(yīng)用效果，可為斜井主提升機(jī)智能化改造提供借鑒，確保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：煤礦；斜井；主提升機(jī)；智能化改造

中圖分類號(hào)：TD534 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）10-00-04

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Application of intelligent lifting system in the main hoist of coal mine inclined shaft

ZHAO Xinguo

（Safety Supervision and Management Department of Yaojie Coal and Electricity Group Co.， Ltd.， Lanzhou 730084， China）

Abstract： At present， the manual operation mode of the main hoist in coal mine inclined shafts has disadvantages such as multiple links， multiple operators， and high safety risks. Combining the transformation method of the intelligent lifting system of the inclined shaft main hoist， analyzing the functions， characteristics， and application effects of the intelligent lifting system of the inclined shaft main hoist can provide reference for the intelligent transformation of the inclined shaft main hoist and ensure the intelligent and automatic operation of the system.

Keywords： coal mine; inclined shaft; main hoist; intelligent transformation

煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，對(duì)于提升煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義。隨著國(guó)家推行煤礦智能化建設(shè)的力度越來越大，固定場(chǎng)所機(jī)電設(shè)備實(shí)施智能化改造，實(shí)現(xiàn)無人值守顯得尤為重要。作為煤礦輔助運(yùn)輸?shù)闹匾獧C(jī)電設(shè)備，提升機(jī)主要用于地面與井下、主要運(yùn)輸大巷與各采區(qū)水平之間人員、物料、矸石的運(yùn)輸，提升運(yùn)輸頻繁，其提升效率直接關(guān)系到整個(gè)煤礦輔助系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。目前，主提升機(jī)仍多通過各水平車場(chǎng)信號(hào)工進(jìn)行信號(hào)打點(diǎn)，井口或絞車道最上一個(gè)水平的信號(hào)工將其轉(zhuǎn)發(fā)至絞車房，提升機(jī)司機(jī)通過打點(diǎn)信號(hào)人工操控完成提升、下放，操作環(huán)節(jié)多，需要的值守人員多。各絞車道內(nèi)安裝有與提升系統(tǒng)配套的防人員誤入系統(tǒng)、跑車防護(hù)裝置和道岔指示系統(tǒng)等[1]，但各系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，需要由絞車司機(jī)、信號(hào)工配合操作，若某一環(huán)節(jié)操作不到位，則極易發(fā)生提升運(yùn)輸事故。因此，礦井斜井主提升機(jī)應(yīng)用智能化提升系統(tǒng)，有助于增強(qiáng)斜井主提升系統(tǒng)操控可靠度，降低職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 斜井主提升機(jī)智能化提升系統(tǒng)改造方法

斜井主提升機(jī)智能化提升系統(tǒng)主要借鑒電梯的運(yùn)行控制模式，在保證提升機(jī)各項(xiàng)保護(hù)設(shè)置符合《煤礦安全規(guī)程》要求的前提下，對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、跑車防護(hù)裝置、防人員誤入系統(tǒng)、道岔操作與指示系統(tǒng)在異構(gòu)條件下進(jìn)行有效集成和整合，實(shí)現(xiàn)斜井主提升系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的綜合分析與功能聯(lián)動(dòng)。

1.1 提升機(jī)電控系統(tǒng)改造

現(xiàn)用的部分提升機(jī)電控系統(tǒng)具備簡(jiǎn)單自動(dòng)開車功能，但通常僅實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)、加速、減速與停車的簡(jiǎn)單自動(dòng)控制，不具備絞車道各種設(shè)施工況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、判斷及聯(lián)動(dòng)功能，在這種情況下，自動(dòng)運(yùn)行安全性較低，因此基本未使用該功能。結(jié)合斜井主提升機(jī)電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，如果要實(shí)現(xiàn)安全、可靠的智能化提升，就要求提升機(jī)電控系統(tǒng)為運(yùn)行指令相關(guān)功能提供完善的邏輯控制和保護(hù)[2]。

按照這個(gè)思路，改造提升機(jī)控制系統(tǒng)。在原有的半自動(dòng)控制及各類保護(hù)控制功能的基礎(chǔ)上，增加可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）自動(dòng)開車程序，跑車防護(hù)裝置狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與保護(hù)程序，各車場(chǎng)道岔位置的判斷、控制及保護(hù)報(bào)警程序以及防人員誤入系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警程序。另外，要增加相應(yīng)的PLC擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)、跑車防護(hù)裝置、道岔控制系統(tǒng)、防人員誤入系統(tǒng)的信息交互。煤礦斜井主提升機(jī)的智能化提升系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

1.2 信號(hào)系統(tǒng)改造

原有的信號(hào)系統(tǒng)是由信號(hào)工根據(jù)提升運(yùn)輸需求，通過信號(hào)臺(tái)給提升機(jī)司機(jī)下達(dá)提升或者下放的信號(hào)指示，由提升機(jī)司機(jī)根據(jù)信號(hào)操作提升機(jī)。智能化改造后需要實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的無人操作和自動(dòng)運(yùn)行，信號(hào)系統(tǒng)的改造是另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。現(xiàn)有的信號(hào)臺(tái)往往只有基礎(chǔ)的信號(hào)打點(diǎn)、水平選擇和急停等功能，要想通過信號(hào)臺(tái)控制提升機(jī)運(yùn)行，就需要在信號(hào)操作臺(tái)增加絞車運(yùn)行方式選擇、絞車故障復(fù)位等功能。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)由信號(hào)工完成原提升機(jī)司機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的職責(zé)，還需要在信號(hào)臺(tái)增加提升機(jī)運(yùn)行的組態(tài)畫面，實(shí)時(shí)顯示提升機(jī)運(yùn)行參數(shù)、配套輔助設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)動(dòng)作及預(yù)警信息、絞車道配套的跑車防護(hù)裝置、道岔、防人員誤入系統(tǒng)的狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)信號(hào)工與提升運(yùn)輸設(shè)備設(shè)施的交互。斜井提升機(jī)自動(dòng)化控制信號(hào)系統(tǒng)中，各水平車場(chǎng)操作臺(tái)組態(tài)畫面如圖2所示。

為了實(shí)現(xiàn)通過信號(hào)控制提升機(jī)運(yùn)行的功能，升級(jí)信號(hào)臺(tái)配套的礦用隔爆兼本安型可編程控制箱也是必需的。除信號(hào)打點(diǎn)、水平轉(zhuǎn)換以及與提升機(jī)電控信號(hào)閉鎖控制外，控制箱還需要與提升機(jī)電控系統(tǒng)的主控PLC實(shí)時(shí)進(jìn)行各種提升運(yùn)輸指令數(shù)據(jù)的交換，通過信號(hào)操作臺(tái)選擇提升機(jī)運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)自動(dòng)開車等程序調(diào)用功能。提升機(jī)電控系統(tǒng)與信號(hào)控制系統(tǒng)之間通過鎧裝光纜連接形成通信網(wǎng)絡(luò)，重要控制信號(hào)采用硬接線電纜連接。

1.3 跑車防護(hù)裝置的改造

為實(shí)現(xiàn)跑車防護(hù)裝置與提升機(jī)電控系統(tǒng)的融合，要將跑車防護(hù)裝置控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入提升機(jī)電控系統(tǒng)，由提升機(jī)電控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測(cè)跑車防護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)信息。但是，提升機(jī)電控系統(tǒng)不參與跑車防護(hù)裝置的控制。另外，為了避免跑車防護(hù)裝置擋車欄不動(dòng)作或誤動(dòng)作而造成提升運(yùn)輸事故，改造過程中可增加擋車欄到位傳感器。在提升運(yùn)輸過程中，提升機(jī)電控系統(tǒng)同時(shí)對(duì)跑車防護(hù)裝置控制系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)及新裝擋車欄到位傳感器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、比對(duì)，準(zhǔn)確判斷擋車欄的狀態(tài)信息，并對(duì)監(jiān)測(cè)的異常狀態(tài)進(jìn)行告警提示，對(duì)提升機(jī)進(jìn)行自動(dòng)減速控制，消除擋車欄誤動(dòng)作造成車輛與擋車欄相撞事故的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 道岔裝置的改造

目前，所用的道岔多為氣動(dòng)道岔，通過閥門接通或切斷氣源來實(shí)現(xiàn)位置的控制，為了與提升機(jī)電控系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制，必須將其改為電動(dòng)控制。雖然目前有成熟的電動(dòng)控制道岔，但為了減少改動(dòng)，可在供氣管路上增加電動(dòng)閥，并通過各車場(chǎng)信號(hào)臺(tái)及控制箱進(jìn)行電動(dòng)閥遠(yuǎn)程控制來實(shí)現(xiàn)道岔位置的控制。另外，利用道岔執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸導(dǎo)桿的導(dǎo)磁特性，在氣缸兩端安裝傳感器，實(shí)現(xiàn)道岔位置的判斷。

2 斜井主提升機(jī)智能化提升系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)

斜井主提升機(jī)應(yīng)用智能化提升系統(tǒng)，可在水平車場(chǎng)信號(hào)臺(tái)打點(diǎn)自動(dòng)開車。車場(chǎng)信號(hào)工掛車完成后，選擇車輛需進(jìn)入的車場(chǎng)，所有車場(chǎng)預(yù)警開車。此時(shí)，相應(yīng)甩車場(chǎng)的道岔自動(dòng)撥至可進(jìn)入車場(chǎng)位置，道岔上安裝的傳感器反饋到位信號(hào)。安全系統(tǒng)檢測(cè)（檢測(cè)內(nèi)容有絞車道無人、擋車器狀態(tài)正確、道岔到位）正常后自動(dòng)打點(diǎn)進(jìn)行提升，絞車運(yùn)轉(zhuǎn)，車輛進(jìn)入直線巷道后，擋車器根據(jù)繩頭位置自動(dòng)升降。提升車輛到達(dá)需去往車場(chǎng)道岔以上后，自動(dòng)停車，車場(chǎng)道岔自動(dòng)撥至偏道位置（道岔上安裝的傳感器反饋到位信號(hào)），系統(tǒng)自動(dòng)打點(diǎn)，提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，下放車輛到目的車場(chǎng)后自動(dòng)停車。各水平車場(chǎng)操作臺(tái)顯示繩頭運(yùn)行位置。水平操作臺(tái)之間具備語言通信和鑰匙閉鎖功能（防止他人誤發(fā)信號(hào)操作），可顯示絞車運(yùn)行數(shù)據(jù)，如電流、制動(dòng)油壓、溫度、速度、潤(rùn)滑站油溫及壓力、殘壓等。

提升機(jī)智能控制系統(tǒng)與各水平車場(chǎng)阻車器、跑車防護(hù)裝置、防人員誤入系統(tǒng)、各水平道岔聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)提升信號(hào)與阻車器閉鎖，即阻車器不關(guān)閉、關(guān)閉不到位，發(fā)不出提升信號(hào)。提升信號(hào)與各個(gè)水平跑車防護(hù)裝置聯(lián)動(dòng)，跑車防護(hù)裝置擋車欄位置不對(duì)，發(fā)不出提升信號(hào)。提升機(jī)運(yùn)行中，當(dāng)跑車防護(hù)裝置狀態(tài)出現(xiàn)故障時(shí)，提升機(jī)自動(dòng)減速停車。可實(shí)現(xiàn)人員闖入報(bào)警、減速停車功能，也可實(shí)現(xiàn)道岔不到位閉鎖功能。提升信號(hào)與提升機(jī)控制回路閉鎖，提升機(jī)房未收到信號(hào)工發(fā)出的提升信號(hào)，提升機(jī)無法啟動(dòng)運(yùn)行。急停信號(hào)與提升機(jī)安全回路閉鎖，當(dāng)提升機(jī)房收到信號(hào)工發(fā)來的急停信號(hào)時(shí)，提升機(jī)立即施行電氣制動(dòng)。各水平信號(hào)之間相互閉鎖，當(dāng)某一水平信號(hào)發(fā)出時(shí)，其他水平提升信號(hào)無法發(fā)出（急停信號(hào)除外），只有清零后，才能發(fā)出其他提升信號(hào)[3]。

3 斜井主提升機(jī)智能化提升系統(tǒng)的應(yīng)用效果

斜井主提升機(jī)應(yīng)用智能化提升系統(tǒng)，可以優(yōu)化提升運(yùn)輸操作，提高斜井提升運(yùn)輸安全性，減人提效較為明顯。隨著提升機(jī)操作運(yùn)行模式的優(yōu)化，司機(jī)不需要在提升機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)操作，信號(hào)工不需要操作道岔，可實(shí)現(xiàn)無人值守。斜井提升機(jī)應(yīng)用智能化提升系統(tǒng)后，只需要信號(hào)工打點(diǎn)，車場(chǎng)的道岔會(huì)自動(dòng)進(jìn)行偏道、直道的監(jiān)測(cè)與判別，并根據(jù)判別結(jié)果自動(dòng)調(diào)整位置，提升機(jī)電控系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行提升運(yùn)輸程序。窯街煤電集團(tuán)有限公司金河煤礦與中信重工開誠(chéng)智能裝備有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì)，于2021年9月20日完成1 496軌道下山提升機(jī)的智能化改造，投入運(yùn)行后，提升機(jī)實(shí)現(xiàn)無人值守和自動(dòng)運(yùn)行，崗位人員減少7人，大大提高工作質(zhì)效。

提升機(jī)及絞車道設(shè)備、設(shè)施需要進(jìn)行統(tǒng)一管理。改變以往提升機(jī)、信號(hào)以及提升機(jī)司機(jī)、信號(hào)工分屬于不同區(qū)隊(duì)管理模式下易產(chǎn)生相互推諉的狀況，基本可消除因信號(hào)工和提升機(jī)司機(jī)注意力不集中、配合不到位、監(jiān)控不全面、誤操作等原因造成的提升運(yùn)輸事故。在異構(gòu)條件下，可有效集成和整合提升機(jī)、信號(hào)系統(tǒng)、跑車防護(hù)裝置、防人員誤入系統(tǒng)、道岔操作與指示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)斜井主提升機(jī)相關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的綜合分析和功能聯(lián)動(dòng)。由提升機(jī)電控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并綜合判斷各附屬安全設(shè)施的狀態(tài)和參數(shù)信息，針對(duì)異常情況自動(dòng)給出最優(yōu)的應(yīng)對(duì)操作，較人為觀察、判斷更加準(zhǔn)確、全面，大大提高斜井主提升機(jī)的安全性和可靠性。

4 結(jié)論

目前，窯街煤電集團(tuán)有限公司共有16臺(tái)在用的斜井主提升機(jī)，除金河煤礦1 496軌道下山提升機(jī)應(yīng)用智能化提升系統(tǒng)外，其他仍采用傳統(tǒng)的操作模式。根據(jù)輔助運(yùn)輸設(shè)備智能化改造方案，計(jì)劃分步實(shí)施智能化提升系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)斜井主提升機(jī)的無人值守和自動(dòng)運(yùn)行。

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