安慶銅礦主井提升機系統反轉/過卷故障分析與處理

蔣妮娜，喬二鋒

(銅陵有色金屬集團公司安慶銅礦， 安徽懷寧縣 246131)

1 系統簡介

安慶銅礦主井提升機擔負著每年120萬t的礦、廢石及部分材料的提升任務，采用國產JKMD4×4落地式多繩摩擦提升機，單箕斗—平衡錘提升方式。電氣控制采用的是ABB公司全數字直流控制系統，主控制器為AC410，拖動控制系統為DCS600。

該提升系統有4種操作方式:自動、手動、備用、檢修。自動方式:按照系統設定的速度圖，運行中的啟動、停車、裝載、卸載等操作完全由程序自動控制，不需要操作人員介入。手動方式:由卷揚司機通過操縱手柄進行控制。備用方式:在遇到過卷等故障不能及時排除的情況下，通過切換至該開關臨時將外圍保護切除，實現故障狀態下的低速開車。檢修方式:當進行井筒、首尾繩檢查時，提升機以0.4 m/s的速度運行，保障檢修人員的安全。

該系統按提升物料種類又分為礦石提升模式和廢石提升模式，礦石模式卸載停車點標高為+103.8 m，廢石模式卸載停車點標高為+90.16 m，礦石和廢石共用一個裝載裝置，裝載點標高為－666.66±1 m。提升機允許最大運行速度為10.05 m/s，目前實際設定最高運行速度為8.68 m/s。

井筒信號系統由多個檢測開關組成，其信號數據送至主控器AC410進行處理，井筒內開關分布如圖1所示。

BG1、BG2分別為井筒上、下過卷開關

BG6、BG3分別為礦石卸載位置同步、停車開關

BG7、BG4分別為廢石卸載位置同步、停車開關

BG8為飛行同步開關

BG10、BG11、BG12均為位置檢查開關

BG5為下停車開關

圖1 井筒內提升系統的開關分布

停車開關、同步開關是箕斗位置檢測的重要開關，停車開關安裝在上、下停車點(即裝載、卸載位置)，同步開關裝設在與卸載停車開關標高相同的位置，若提升機在卸載位停車，將觸發同步開關動作，則系統用該同步開關的正確標高值(控制程序設定的觸發此開關時箕斗的標高)更新系統計算得出的箕斗標高值，以此對箕斗位置標高進行校正，消除標高偏差。

該提升系統裝設有3個同步開關，分別在礦石和廢石卸載點以及井筒中部，礦石卸載點的同步開關標高值為+103.80 m、廢石為+90.16 m。飛行同步開關BG8裝設在+79.6 m的位置，在提升機運行過程中觸發此開關時，系統將對程序計算的位置標高與該同步開關的標高(+79.6 m)進行對比，若位置偏差超過3 m就報飛行同步故障，若不超過允許值則將程序內位置標高校正為+79.6 m。但目前因井筒環境較為惡劣，飛行同步開關故障率極高，維護困難，因此未投入主控使用，程序中的飛行同步保護功能被取消。

2 故障現象

2013年，隨著安慶銅礦深部礦體的開采，主井廢石提升量加大，系統連續滿負荷運行，期間提升機運行中出現了以下問題:從礦石提升模式轉換為廢石提升模式時，第一斗箕斗提升至距廢石卸載點約200 mm位置時出現卷揚機反轉故障，不能停車卸載，不能完成位置標高的同步。隨后將操作方式轉換為手動模式，并將電腦中箕斗的位置標高修改為89 m之后，才可實現向上提升、停車、卸載，并完成標高數據的同步，但在下一次切換為廢石提升模式時，會再次出現同樣的現象。而由廢石提升模式轉換至礦石提升模式時，提升第一斗達到礦石卸載點時，箕斗以0.4 m/s的速度沖過卸載點，觸發上過卷故障報警，安全回路斷開，故障停車。

(1)專業知識培訓。組織各專業總工程師就本專業的主要設計內容、重難點等內容進行授課，了解項目各階段勘察設計的工作流程，主要技術標準、線路方案、工程措施方案選擇需要考慮的主要因素和決策技巧。

3 故障原因分析

根據以上觀測到的故障現象，初步分析判斷為提升機控制系統內部計算的箕斗位置標高與實際位置標高或設置的同步開關的安裝位置(標高)不一，導致系統測算的加、減速起、止點紊亂所致。減速起、止點提前，則箕斗達不到卸載點就反轉了;減速起止點推后，則箕斗到達卸載點時仍有較高的速度不能停車而沖過卸載點，導致過卷;也可能因為計算標高與實際標高不一致，發生虛報過卷故障。

提升機在自動模式下，系統在卸載點完成標高數據同步后，箕斗向下自動運行至裝載點，裝載完成后上行至卸載點停車，并完成位置標高的同步。如果所設置的同步開關不在正確的標高位置，系統運行則會出現紊亂。

提升機(箕斗)行程如圖2所示，其中:

LD01為礦石卸載點的正確標高值(觸發礦石卸載點同步開關時，系統認定的箕斗位置標高值);LDW1為廢石卸載點的正確標高值;LD02為礦石卸載點同步開關實際安裝位置的標高值;LDW2為廢石卸載點同步開關實際安裝位置的標高值;LL為礦石/廢石裝載點的正確標高(礦石與廢石裝載點相同)。則提升礦石的行程從H01變為實際的H02;提升廢石的行程從HW1變為實際的HW2。

礦石卸載點標高偏差為:ΔL0=LD02－LD01;

廢石卸載點標高偏差為:ΔLW=LDW2－LDW1。

圖2 提升機行程示意

根據以上設定，可以計算出箕斗從上端有偏差的卸載點完成標高同步后，下行致裝載點時系統計算得出(顯示)的標高:

從廢石提升模式轉換為礦石提升模式第一斗提升至礦石卸載位時，箕斗的計算標高為:

如果礦石卸載位沒有標高差，即ΔL0=0，而且廢石卸載位有標高差，且ΔLW＞0時，從式(3)、式(4)分析可知:

(1)當從礦石提升模式轉換為廢石提升模式第一斗，箕斗到達裝載點時，系統計算標高與實際標高一致，向上運行時則按正確標高進行加、減速，到達正確的廢石卸載點標高LDW1時，箕斗速度降到0值，在距實際卸載點LDW2差ΔLW的位置停車、反轉，不能觸發同步開關，手動操作達到實際廢石卸載位時，箕斗的計算標高超過了設定的同步標高值LDW1，因而觸發過卷報警，只有人為將計算標高調低，系統認定沒有過卷，才能進行手動操作;

(2)而從廢石提升模式轉換為礦石提升模式，第一斗在裝載位置時，計算標高低于實際標高ΔLW，系統減速起、止點后移，致使箕斗達到卸載點時還有較高的速度而沖過卸載點，而此時其計算標高值還沒有達到停車點，系統還沒有認為發生了過卷故障，如果差值ΔLW過大，可能會發生嚴重的提升機機械過卷事故。

4 故障處理

根據上述分析計算結果，由測量技術人員重新測量礦石、廢石卸載點的標高，發現廢石卸載點同步開關的標高為+90.35 m與正確同步標高值+90.16 m相差近0.2 m，礦石卸載位標高沒有差異。發現問題后，采取以下處理措施:

(1)按照正確同步標高調整了廢石卸載位開關;

(2)恢復使用+79.6 m處的飛行同步開關，解除了程序里的旁路;

(3)修改程序，在同步校正沒有完成時不允許箕斗自動下行。

經上述處理后，系統恢復正常運行。此次故障得出的教訓是:同步開關、位置檢測開關是提升機自動運行的關鍵設施之一，安裝時一定要保證其位置標高的準確性，同時強調在系統維修時，不要隨意拆裝，否則將導致系統運行紊亂，甚至可能引發嚴重的過卷事故。

［1］Advant Controller 410 – User’s Guide ABB Ltd.Printed in Sweden March，2001.

［2］晉民杰.提升機設計理論及現代化設計方法研究［M］.北京:國防工業出版社，2012.

［3］李瑞春，張桂芹.礦井提升設備使用與維護［M］.四川:機械工業出版社，2013.