萬(wàn)福煤礦主井提升機(jī)提人模式改造

韋節(jié)明 顏新房 張紀(jì)飛

（兗煤萬(wàn)福能源有限公司，山東 菏澤 274922）

兗煤萬(wàn)福能源有限公司位于山東省菏澤市，設(shè)計(jì)年產(chǎn)180 萬(wàn)t。礦井主、副井均選用一部JKMD-4.5×4(Ⅲ)型落地式多繩摩擦式提升機(jī)。其中主井提升容器為側(cè)卸式箕斗，箕斗上部裝載口設(shè)計(jì)有乘人空間蓋板，當(dāng)蓋板拉起時(shí)下方箕斗本體可裝煤，蓋板放下后蓋板上部空間可作為臨時(shí)乘人空間使用。

與其他礦井不同，由于萬(wàn)福能源有限公司主副井僅設(shè)置一部提升機(jī)，當(dāng)副井提升機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或進(jìn)行大型檢修，導(dǎo)致副井無(wú)法正常工作時(shí)，人員升降只能通過(guò)主井提升系統(tǒng)。主井提人工況的安全可靠性直接影響到人員升降的安全。因此，對(duì)主井提人工況的可靠性研究和設(shè)備改造對(duì)主井臨時(shí)升降人員和井下人員應(yīng)急逃生具有重要意義。

1 主井提人模式改造背景

萬(wàn)福能源主井提升系統(tǒng)在提人運(yùn)行工況下存在很多問(wèn)題，提升機(jī)控制程序無(wú)法根據(jù)提升高度自動(dòng)控制加減速度和到位位置，箕斗接近上下人位置后無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)減速及停車動(dòng)作，提升機(jī)保護(hù)裝置的位置和參數(shù)設(shè)計(jì)與提人工況不同，人員進(jìn)出箕斗乘人空間時(shí)操作繁瑣，人員在井筒附近操作危險(xiǎn)性及事故風(fēng)險(xiǎn)大。因此，為保障主井提升系統(tǒng)提人工況下的安全可靠運(yùn)行，確保人員升降安全，需要對(duì)主井提人模式進(jìn)行技術(shù)改造。

2 主井提升改造方案設(shè)計(jì)

2.1 提升容器位置的確定

以主井箕斗卸載點(diǎn)位置提升高度記為0 m，裝載點(diǎn)提升高度-873 m，主井上井口高度-28 m，主井下井口高度為-857 m，提煤運(yùn)行區(qū)段長(zhǎng)于提人運(yùn)行區(qū)段，且上下井口人員進(jìn)出箕斗乘人空間位置與箕斗裝卸載位置均不統(tǒng)一。根據(jù)前期設(shè)備運(yùn)行實(shí)際觀察測(cè)算，下井口人員進(jìn)出箕斗位置較為狹小，如使用B 箕斗進(jìn)出人員，距離裝載機(jī)頭護(hù)罩間距不足1 m，人員操作空間較少，作業(yè)難度較大。在雙箕斗升降人員時(shí)，兩部箕斗在上下井口不具備同時(shí)進(jìn)出乘人空間的條件，且一部箕斗人員進(jìn)出時(shí)，另一部箕斗內(nèi)人員需要長(zhǎng)時(shí)間吊在井筒內(nèi)。如采用單箕斗升降人員，相比于雙箕斗提升，僅需要對(duì)一部箕斗對(duì)應(yīng)的上下井口設(shè)備進(jìn)行操作，停車位置相對(duì)固定，且不再需要調(diào)平對(duì)位，減少了人員吊在井筒內(nèi)的時(shí)間，提升周期明顯縮短，提升效率顯著提高。故本次提人模式改造采用A 箕斗單箕斗升降人員方式進(jìn)行改造。

2.2 提升裝置井筒開(kāi)關(guān)位置確定和作用方式選擇

為實(shí)現(xiàn)提升裝置各類安全保護(hù)功能，井筒內(nèi)需要安裝多組井筒位置開(kāi)關(guān)作為保護(hù)功能檢查試驗(yàn)點(diǎn)，包括容器到位點(diǎn)、過(guò)卷保護(hù)點(diǎn)、位置同步點(diǎn)等。其中，箕斗在上下井口的到位點(diǎn)可兼作位置同步點(diǎn)使用。

由于萬(wàn)福礦主井采用鋼絲繩罐道設(shè)計(jì)，箕斗在井筒內(nèi)運(yùn)行軌跡擺動(dòng)較大，若在井筒內(nèi)布置機(jī)械式磁開(kāi)關(guān)，在提煤工況下開(kāi)關(guān)容易被擺動(dòng)的箕斗碰撞損壞，故采用磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)作為箕斗到位點(diǎn)和過(guò)卷點(diǎn)的感應(yīng)開(kāi)關(guān)，可有效增加位置開(kāi)關(guān)和箕斗本體的間距，同時(shí)也能確保磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)與箕斗間的安全距離。井筒[1]內(nèi)提升減速點(diǎn)根據(jù)提升速度圖計(jì)算減速距離后，通過(guò)提升機(jī)PLC 程序內(nèi)編碼器位置計(jì)算設(shè)定計(jì)算點(diǎn)。

由于主井井口房?jī)?nèi)井筒開(kāi)關(guān)接線備用芯線不足，重新放置新線施工難度較大，故采用通過(guò)裝載站、卸載站井口就地接線箱接收新增的井筒開(kāi)關(guān)位置點(diǎn)，并通過(guò)PLC 通信的方式傳輸至提升機(jī)房?jī)?nèi)，從而實(shí)現(xiàn)提升機(jī)PLC 對(duì)箕斗到位狀態(tài)的傳輸。

2.3 提升模式切換設(shè)計(jì)

提人模式下，上下井口信號(hào)聯(lián)系由原有的裝卸載站更改為井口就地箱，存在多點(diǎn)聯(lián)系導(dǎo)致誤操作的可能性。為增加安全功能，在主井提人模式下，裝卸載信號(hào)系統(tǒng)和提升機(jī)控制系統(tǒng)需要獨(dú)立進(jìn)行調(diào)整，模式切換采用兩系統(tǒng)各自獨(dú)立切換、相互結(jié)合工作的形式。主井提升機(jī)提升系統(tǒng)由操作臺(tái)旋鈕調(diào)整“提人/提煤”兩工況模式，信號(hào)系統(tǒng)由裝載站、卸載站、車房總站三個(gè)信號(hào)就地操作臺(tái)共同進(jìn)行切換。在提升機(jī)和信號(hào)系統(tǒng)均已切換至提人模式后，在提升機(jī)房?jī)?nèi)通過(guò)新增的“提人模式確認(rèn)”按鈕確認(rèn)后提升模式轉(zhuǎn)換為提人模式。當(dāng)任意一套系統(tǒng)未完成切換時(shí)，“模式確認(rèn)按鈕”無(wú)法正常使用，提人模式無(wú)法正常使用，提升機(jī)安全回路無(wú)法合閘。

3 主井提人模式技術(shù)改造方案

3.1 提升曲線設(shè)計(jì)

主井提人模式時(shí)上井口出罐位置深度指示為-28 m，下井口出罐位置深度指示為-857 m，提升高度829 m，運(yùn)行速度給定如圖1。

圖1 主井提人模式速度圖

箕斗初始加速度為0.2 m/s2，當(dāng)箕斗加速至0.7 m/s 后，加速度增加至0.7 m/s2，箕斗以5 m/s 的速度運(yùn)行780 m 左右開(kāi)始減速，減速度為0.7 m/s2，減速至0.5 m/s 運(yùn)行12.7 m 后進(jìn)入低速爬行段，運(yùn)行2.1 m 左右到達(dá)停車開(kāi)關(guān)后提升機(jī)停止運(yùn)行。

3.2 輔助設(shè)備

3.2.1 井筒開(kāi)關(guān)安裝

上下井口到位及過(guò)卷開(kāi)關(guān)選用磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，在箕斗外側(cè)安裝磁鐵，磁鐵和開(kāi)關(guān)相互配合使用。

箕斗在上井口到位停車時(shí)，箕斗頂部與井口內(nèi)套架橫梁位置保持同一水平，故提人模式到位磁鐵安裝在箕斗頂部，與套架梁平齊，并和提煤位置磁鐵保持足夠間距，確保磁鐵附近箕斗裝備磁化后依然不會(huì)相互產(chǎn)生干擾。

上井口到位磁開(kāi)關(guān)安裝在井口內(nèi)套架橫梁處，焊接固定；下井口磁開(kāi)關(guān)安裝在加工好的開(kāi)關(guān)架上，開(kāi)關(guān)架采用角鋼焊接，使用膨脹螺栓固定在井壁上，確保到位、過(guò)卷開(kāi)關(guān)間距在0.5 m；上下井口到位位置以磁鐵位置為準(zhǔn)，安裝時(shí)與箕斗本體保證50 mm 以上間距，以免箕斗在鋼絲繩罐道范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)發(fā)生擺動(dòng)，碰撞開(kāi)關(guān)。

3.2.2 行人過(guò)橋改造

上下井口安裝翻板式行人過(guò)橋和護(hù)欄，替代原有移動(dòng)式行人過(guò)橋。提煤運(yùn)行期間，行人過(guò)橋及護(hù)欄翻折出井口范圍，并限位固定，防止影響箕斗運(yùn)行；在提人運(yùn)行期間，箕斗運(yùn)行至到位位置后，蓋板放下。具體位置和運(yùn)行情況如圖2。

圖2 翻板式過(guò)橋兩種工作狀態(tài)（正視圖、左視圖）

3.3 程序優(yōu)化

根據(jù)提人模式工況要求和提升設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)情況，對(duì)主井提升機(jī)和裝卸載信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，具體內(nèi)容如下：

3.3.1 模式切換程序

在提升機(jī)PLC 控制程序中，新增提人模式確認(rèn)和切換程序，對(duì)裝卸載信號(hào)系統(tǒng)提升模式狀態(tài)量進(jìn)行讀取，并通過(guò)提升機(jī)操作臺(tái)增加的“提人模式確認(rèn)”按鈕和旋鈕完成模式切換功能。

卸載站和提升機(jī)增加模式切換旋鈕，提升機(jī)操作臺(tái)增加“提人模式確認(rèn)”按鈕。當(dāng)需要對(duì)提升模式進(jìn)行切換時(shí)，由卸載站人員和提升機(jī)司機(jī)分別將操作臺(tái)提升模式切換為“提人”模式。切換完畢后，由司機(jī)在提升機(jī)房將提升機(jī)切換為“提人”模式。確認(rèn)信號(hào)和提升機(jī)均切換完畢后，司機(jī)按下新增的“提人模式確認(rèn)”按鈕完成提人模式切換。修改后的程序畫(huà)面會(huì)將當(dāng)前提升模式在組態(tài)畫(huà)面上高亮顯示，起到警示作用。

模式切換后，裝載站、卸載站、提升機(jī)房三地點(diǎn)需要按下操作臺(tái)上的“提人信號(hào)允許”按鈕，此時(shí)提升信號(hào)方可由上下井口就地檢修箱發(fā)出，同時(shí)裝載站和卸載站操作臺(tái)處信號(hào)點(diǎn)被閉鎖無(wú)法發(fā)出。至此，提升模式和信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)模式均切換完畢，提升機(jī)按照提人工況運(yùn)行。

3.3.2 主要安全保護(hù)功能設(shè)置

通過(guò)模式切換，在提人模式下，提升機(jī)的各類安全保護(hù)功能使用提人模式下對(duì)應(yīng)的箕斗位置和保護(hù)速度要求，同時(shí)將提升速度曲線切換為提人模式下的提升速度曲線[2]。具體安全保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)方式如下：

1）過(guò)卷過(guò)放保護(hù)：通過(guò)井筒內(nèi)過(guò)卷開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，過(guò)卷開(kāi)關(guān)與到位位置相距0.5 m。當(dāng)箕斗運(yùn)行至該位置時(shí)，提升機(jī)保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。

2）超速保護(hù)：煤礦安全規(guī)程規(guī)定超速保護(hù)限幅為15%，提人模式下速度包絡(luò)線調(diào)整為5.5 m/s，超過(guò)提人模式下最大提升速度的10%。當(dāng)提升機(jī)全速運(yùn)行超過(guò)該速度時(shí)，保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。

3）減速功能保護(hù)：在提人模式下，減速功能保護(hù)通過(guò)編碼器計(jì)算位置實(shí)現(xiàn)。當(dāng)提升機(jī)到達(dá)設(shè)計(jì)減速點(diǎn)時(shí)，提升機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

4）限速保護(hù)：限速點(diǎn)設(shè)置在距離到位點(diǎn)6 m 處，使用程序內(nèi)讀取的編碼器深度指示模擬點(diǎn)為準(zhǔn)，如箕斗到達(dá)該位置時(shí)速度超過(guò)2 m/s，保護(hù)功能動(dòng)作，提升機(jī)制動(dòng)停機(jī)。

PLC 中提人模式和提煤模式的保護(hù)功能相類似，但采用相互獨(dú)立的程序段，根據(jù)模式切換狀況分別工作。

3.3.3 其他設(shè)備改造

1）增加井口護(hù)欄和翻板式安全門并增加閉鎖功能

由于箕斗和井壁存在間隙，人員進(jìn)出箕斗時(shí)需要跨越一段井筒空間，十分危險(xiǎn)。根據(jù)人員上下井位置處箕斗與井壁的間距，設(shè)計(jì)并制作了翻板式過(guò)橋和安全門，并在安全門和過(guò)橋轉(zhuǎn)軸位置安裝了磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，對(duì)應(yīng)開(kāi)/閉兩位置。通過(guò)磁開(kāi)關(guān)對(duì)位置進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了過(guò)橋和安全門閉鎖。當(dāng)上下井口人員操作行人過(guò)橋和安全門時(shí)，通過(guò)信號(hào)閉鎖點(diǎn)將信號(hào)系統(tǒng)閉鎖，使提升信號(hào)無(wú)法發(fā)出，確保了上下井口操作人員的安全，也提高了人員進(jìn)出箕斗的安全系數(shù)。

2）乘人空間簾門改造

使用箕斗升降人員時(shí)，原A 箕斗乘人空間東側(cè)簾為臨時(shí)固定，每次上下人均需井筒維修工重新放置并固定，期間需要多次上下運(yùn)行提升機(jī)進(jìn)行高度調(diào)整，并且需要大筒工在箕斗內(nèi)和平臺(tái)來(lái)回走動(dòng)，每次切換時(shí)長(zhǎng)在15 min 以上。通過(guò)改造，簾門更改為框架結(jié)構(gòu)，頂部橫桿由固定式改為旋轉(zhuǎn)式，底部通過(guò)螺栓進(jìn)行限位固定，站桿兩側(cè)與箕斗本體間距10 cm。當(dāng)需要人員提升時(shí)，將底部限位螺栓拆除，人工將簾門框架拉起，后部通過(guò)掛鉤固定，為乘人蓋板預(yù)留空間。再用手拉葫蘆將乘人蓋板拉起后固定，可以實(shí)現(xiàn)單人5 min 內(nèi)切換完畢，提高了模式切換時(shí)的工作效率。

4 使用后的改進(jìn)措施

提人模式初步改造完畢后，前期使用期間仍發(fā)現(xiàn)有一些問(wèn)題，影響人員和設(shè)備安全，需要進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。

4.1 提升機(jī)運(yùn)行命令程序優(yōu)化

由于提升機(jī)PLC 源程序無(wú)提升模式設(shè)計(jì)，使用時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)提升模式未完全切換至提人或提煤模式時(shí)，提升機(jī)仍然會(huì)默認(rèn)為改造前的模式，提升信號(hào)和提升機(jī)的提升模式不對(duì)應(yīng)的情況下仍然可以進(jìn)行提升，源程序內(nèi)未對(duì)切換不完全的狀態(tài)進(jìn)行閉鎖。在這種情況下，通過(guò)對(duì)提升機(jī)程序段內(nèi)上下行命令介入提升模式命令字段[3]，當(dāng)提升機(jī)在有明確的提升模式下，提升上下行命令才可以輸出，間接控制提升機(jī)的運(yùn)行命令，實(shí)現(xiàn)了只有在提升機(jī)模式完全切換時(shí)，提升機(jī)才可以提升。

4.2 裝載皮帶系統(tǒng)閉鎖

改造過(guò)程中，前期未考慮裝載皮帶的閉鎖功能。當(dāng)人員在裝載皮帶人行側(cè)等候升井時(shí)，往往會(huì)倚靠在皮帶架一旁，與皮帶間距較小，存在皮帶誤動(dòng)人員卷入滾筒或托輥的風(fēng)險(xiǎn)。為保證提人工況下各功能的安全使用，將信號(hào)系統(tǒng)程序中皮帶的閉鎖方式進(jìn)行了優(yōu)化，在裝載站皮帶控制程序中增加前置條件，在“提人信號(hào)允許”按鈕拍下時(shí)，常閉點(diǎn)觸發(fā)，系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖裝載皮帶的啟動(dòng)控制回路，皮帶無(wú)法開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)了安全閉鎖。

5 改造效果

經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，主井提升系統(tǒng)提人模式具備以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1）升降人員一次循環(huán)時(shí)間縮短

主井提升機(jī)改造前，升降人員時(shí)由人工控制加減速度，為確保安全，箕斗到位前需經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的低速爬行，且由于上下井進(jìn)出位置不同步，在單箕斗到位后另一箕斗在人員進(jìn)出口上方，導(dǎo)致提升機(jī)需要多次提升對(duì)位，一次提升循環(huán)時(shí)間在25 min以上，且極不穩(wěn)定。

改造后，提升機(jī)采用單箕斗升降人員提升模式，在計(jì)算機(jī)程序控制下按照設(shè)計(jì)提升曲線提升，單次提升時(shí)間在200 s，一次提升循環(huán)時(shí)間為462 s。目前礦井建設(shè)期間單班最大下井人員數(shù)量150 人左右，單次交接班時(shí)間由3 h 以上縮短為1.5 h 左右，每天能縮短5 h 提人時(shí)間，有效地控制了提升人員耗時(shí)，提高了人員提升效率。當(dāng)井下出現(xiàn)險(xiǎn)情，人員需要逃生時(shí)，主井可配合副井共同進(jìn)行人員提升，加快人員逃生效率。

2）提升系統(tǒng)安全系數(shù)顯著增加

改造后增加了提升機(jī)提人模式下的保護(hù)功能，同時(shí)對(duì)上下井口翻板式過(guò)橋和安全門進(jìn)行了改造，降低了操作人員的操作強(qiáng)度，減少了人員在井口附近作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，有效地提高了安全系數(shù)。

6 結(jié)論

萬(wàn)福礦主井提升機(jī)提人模式技術(shù)改造項(xiàng)目，有效地解決了主井提升機(jī)在提人工況下操作繁瑣、保護(hù)不齊全、危險(xiǎn)系數(shù)大、提升周期長(zhǎng)等各類問(wèn)題，從機(jī)械設(shè)備、控制程序、安全保護(hù)功能等多方面提高了礦井提升系統(tǒng)的安全可靠性。該項(xiàng)改造方案有較高借鑒意義。