主井提升防重載下放及松繩保護研究

婁萍 張茜

鐵法煤業(yè)（集團）有限責任公司 遼寧鐵嶺 112700

1 增設防重載下放保護的意義

重載下放就是提升機在卸載過程中箕斗未卸或未卸空，如果此時另一個箕斗未裝就下放該箕斗，那么到達減速點電機斷電后，箕斗在重力加速度的作用下，下放速度過快超過提升機的給定速度，易發(fā)生重載下放事故[1]。

2 發(fā)現(xiàn)重載下放情況的原因分析

2.1 裝載過程中產(chǎn)生重載下放

大明煤礦立井井下箕斗裝載的一般過程：給煤機從井下煤倉取煤，經(jīng)過溜煤槽將煤運到裝載溜煤槽，再通過扇形門裝入箕斗中。因此，裝載系統(tǒng)對裝入箕斗中的煤質(zhì)要求相對較高。

但是由于原煤中常?；烊霛衩海ㄕ承源螅?、矸石或其它異物等，易造成裝入箕斗中的煤不符合設計要求，這樣容易造成使箕斗內(nèi)的煤無法完全卸載，留有余煤。倘若箕斗卸載不完全，留有的余煤重量較大，絞車司機不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，造成箕斗帶貨下放，而發(fā)生重載下放的嚴重事故。

2.2 卸載過程中產(chǎn)生重載下放

大明煤礦立井主井提升的卸載方式是曲軌卸載，即利用提升機牽引鋼絲繩的動力，箕斗到位時箕斗曲軌輪作用在卸載位置上的曲軌產(chǎn)生側向力，來打開箕斗上的扇形門，進行卸載。

大明煤礦現(xiàn)有狀態(tài)下對曲軌卸載方式的監(jiān)測不夠完善?，F(xiàn)階段是通過監(jiān)測箕斗到位信號再估計卸煤時間，卸煤時間到即認為卸載完成，并沒有檢測到箕斗內(nèi)的煤是否真正卸載干凈。如果箕斗內(nèi)的煤并未卸載或者沒有完全卸載干凈，那么，絞車繼續(xù)提升，將會導致重載下放事故的發(fā)生。而大明煤礦主井絞車采用的是PLC編碼的工作方式，嚴禁帶重載下放。

3 增設防重載下放保護的實現(xiàn)方案

針對以上問題，本文研究思路是：通過加設一個稱重傳感器，實現(xiàn)防重載下放及松繩保護兩種功能。

3.1 保護原理

在提升機運行過程中，在不考慮尾繩的情況下，稱重傳感器所承受到的的重力[2]

G=（M+m）（g+a）（提升時）

G=（M+m）（g-a）（下放時）

式中：G——重力傳感器所受到的重力（kN）；

M——提升容器自重（kg）；

m——提升容器載重（kg）；

g——重力加速度（9.8m/s2）；

a——提升或下放時的加速度（m/s2）；

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，立井井筒中罐籠升降人員的加速度和減速度不得大于0.75m/s2。大明煤礦主井箕斗自重4t，可載6t貨物，因此

Gmax=（M+m）（g+0.75）

Gmax=10.55（M+m）＝105.5kN

Gmin=9.05（M+m）＝36.2kN（此時m＝0）

當提升機發(fā)生重載下放故障或松繩故障被卡住時，連接在箕斗與鋼絲繩之間的稱重傳感器通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出箕斗內(nèi)貨物超重或者超輕的信號，以此來斷定罐籠是否有重載下放或者松繩現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 松繩保護檢測方案

當罐籠被卡住，發(fā)生松繩現(xiàn)象時，此時傳感器受到的重力G和Gmin做比較，應該遠遠小于Gmin。

罐籠上安裝的單片機監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測鋼絲繩的重力信號。當絞車運行時，有Gmin＜G（鋼絲繩重力）＜Gmax。當鋼絲繩重力遠遠小于Gmin時，監(jiān)測系統(tǒng)就會診斷是否產(chǎn)生了松繩現(xiàn)象。如果產(chǎn)生了松繩現(xiàn)象，監(jiān)測系統(tǒng)就會通過無線電發(fā)收系統(tǒng)將信號送到司機操作室，發(fā)送停車指令，使提升機停車。

3.3 防重載下放保護檢測方案

當提升容器發(fā)生重載下放現(xiàn)象時，傳感器所受到的重力G與Gmin做比較，會遠遠大于Gmin。

鋼絲繩重力信號通過安裝在提升容器上的單片機系統(tǒng)來進行實時監(jiān)測。當罐籠正常提升時，有Gmin＜G（鋼絲繩受力）＜Gmax。當鋼絲繩重力G遠大于Gmin時，設定這個值為50kN（箕斗自身重力為39.2kN，允許箕斗上粘掛浮貨受的力為10.8kN），單片機系統(tǒng)將判斷出此時是否發(fā)生重載下放。如果是重載下放，系統(tǒng)就會通過無線電發(fā)收裝置將信號傳送至司機操作室。經(jīng)過系統(tǒng)的邏輯判斷之后，使絞車執(zhí)行停車指令，避免重載下放事故發(fā)生。

3.4 硬件的組成

此套保護裝置由稱重傳感器、發(fā)射裝置和接收裝置三個部分構成。稱重傳感器采用廠家生產(chǎn)的高精度稱重傳感器，安裝在了鋼絲繩和罐籠之間。

稱重傳感器輸出的電壓信號由模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)過處理后，輸出到數(shù)字調(diào)頻放大器，再經(jīng)過功放模塊放大發(fā)射。

發(fā)射裝置的組成是由運算放大器、模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換器、單片機（集成電路芯片）系統(tǒng)，數(shù)字調(diào)頻放大器、功率放大器五部分構成。

接收裝置的組成是由調(diào)頻接收、放大、解調(diào)和單片機系統(tǒng)四部分構成。調(diào)頻接收系統(tǒng)把調(diào)頻信號調(diào)制解調(diào)為數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過放大整形后，由單片機負責數(shù)據(jù)處理。

輸出部分的接口電路采用了光耦合器，能夠切斷計算機與提升機控制系統(tǒng)電源部分的聯(lián)系，可以防止干擾信號的串入。

3.5 軟件的組成

軟件系統(tǒng)包括兩個部分，分別是發(fā)射機和接收機軟件，采用的是模式塊結構。發(fā)射裝置軟件的作用是進行模擬量參數(shù)的采集（包括模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號）、系統(tǒng)自診斷，延時及傳輸傳感器所受張力值。

接收軟件通過接收傳感器所受的重力值和鋼絲繩的平均重力，當平均重力遠遠小于G min 時，發(fā)出松繩報警信號，斷開提升機安全回路、；當鋼絲繩重力G遠大于G min 時，驅(qū)動重載下放報警器，切斷提升機電源，避免重載下放事故發(fā)生。

4 結語

此套保護裝置的結構簡單明了，原理清晰，而且不需要對原有的電控系統(tǒng)進行大規(guī)模改動，同進也不用拆除原有保護系統(tǒng)，僅安設傳感器就可以同時實現(xiàn)防重載下放及松繩保護兩種保護功能，很值得推廣應用。