主井自動化無人值守系統的實踐

穆寶瑞

（霍州煤電集團李雅莊煤礦調度室，山西 霍州 031400）

1 工程概況

霍州煤電集團李雅莊煤礦主井提升系統為塔式多繩摩擦提升機，滾筒直徑3.25m，井簡直徑5m，提升高度712.7m，箕斗載重12t。提升機最大提升速度7.99m/s，4 根Ф32mm 主鋼絲繩；雙電機拖動，功率800kW。井底裝載方式為煤倉給煤機→膠帶裝煤→定量斗定量裝載→箕斗提升至井口；卸載方式為卸載曲軌自動卸載。

該礦主井提升系統改造前存在的問題主要表現在以下方面：

（1）提升系統電機采用交流繞線式進行串電阻調速，導致系統故障頻發，耗能較高。

（2）原煤提升量大，提升過程中人員操作程序多，人員長時間操作易出現誤操作，并且在生產流程中各個環節的銜接上耽擱提升時間。

（3）用工多，未達到減員提效的目的。

（4）未實現生產流程實時監控和故障自動檢測報警，不利于工程技術人員和調度人員掌握實時生產信息。

為了解決以上問題，工程技術人員完成了對主井提升系統的全自動化控制改造，實現了自動化、程序化控制，減少了提升人為不安全因素，提高了提升安全系數和生產效率。

2 主井提升系統自動化技術改造方案

（1）對電控系統進行變頻調速PLC 控制改造，實現平穩啟動與停止，提高系統的安全可靠性；

（2）對裝載與信號系統進行改造，實現定重裝載、裝載與信號傳輸的自動化，最終實現主井提升系統自動裝卸載、自動發出開/停車信號、提升機的自動啟動與停車的自動化控制，實現無人值守；

（3）完善和增加提升系統的各項保護，修改保護系統原有程序，實現自動化；增加煤位開關、稱重、軸承溫度、減速箱溫度檢測等功能的自動化控制程序。

3 自動化控制系統的關鍵技術分析

3.1 提升機變頻調速及自動化運行技術

主井提升機PLC 交流高壓變頻電控系統采用FX2NPLC 操作系統、高壓變頻系統及上位機監控系統，主回路采用高壓變頻器，可實現正力情況下的變頻提升和負力提升情況下的能量回饋，使用光電編碼器進行提升容器位置、速度的測量，并有數字式深度指示及上位監控系統。改造方案采用變頻器可以實現提升機的恒加速和恒減速控制，實現電動機的軟啟動，有效降低提升事故的發生，且具有較好的節能效果。改造系統應用后能夠實現過卷、過速、過負荷及欠電壓、限速保護，以及急停、高壓聯跳、通信故障、測速斷線保護，并能實現定點過速、錯向運行等故障的檢測。

3.2 提升容器的自動裝卸載及信號自動傳遞技術

主井裝載定量的精確度直接影響著礦井安全生產，是確保礦井實現“以鉤定產”的重要依據。主井提升信號系統是原煤生產的關鍵環節，信號裝置的可靠運行能夠有效地提高提升機的提升效率。李雅莊煤礦原主井提升信號系統與定量裝載裝置操作過程繁瑣，操作期間易出現誤操作，影響礦井提升設備的使用效率和安全性能，不能實現生產流程實時監控和故障自動檢測報警，不利于工程技術人員和調度人員掌握實時生產信息。一套安全性能高、精確度高的提升機信號與計量控制系統是實現主井提升系統全自動化運行的必要條件。

KD10 型主井提升機信號與計量控制系統通過KJD10-1 提升機房信號控制柜、一個KD10-2 卸載站信號控制柜、一個KD10-3 裝載站信號控制柜對主井系統的裝載、卸載、信號傳輸進行控制，它不僅杜絕了超載、欠載運行，提高了主提升系統的穩定性和可靠性，還實現了免維護、直接監控故障報警等功能。KJD10 型主井提升機信號與計量控制系統的安裝改造為主提升系統自動化控制的實現提供了必要條件。

KJD10 主井定量裝載控制與提升信號裝置主要包括裝載控制系統、卸載控制系統以及信號系統。裝載控制系統安裝在裝取站，自動定量裝載，裝載完成后向提升機房發出準備就緒信號。卸載控制系統安裝于卸載站，控制煤從箕斗中自動卸載到卸載站煤倉，卸載完成后綜合裝載信號向提升機發出可以提升信號。

此套系統在定量斗下方安裝了一個液壓測重定量裝置，煤流經給煤機、帶式輸送機進入定量斗，當裝載質量達到設定質量時，液壓測重定量裝置通過傳感器向裝載控制系統發出信號，停止裝載工作。然后打開定量斗將煤裝于箕斗內，完成裝煤過程，就緒后信號發出。裝載站的防爆控制箱內部PLC 將就緒信號傳送到提升機房，最終向提升機發出可以提升的信號。

3.3 系統改造的創新點分析

（1）實現主井提升機變頻調速控制，實現平穩啟動與停止，提高了系統的安全可靠性。

（2）軟件安全回路兩條、硬件安全回路一條，關鍵環節采用三重或多重保護，如過卷、超速等，保證礦山設備的高效、安全運轉。

（3）采用液壓測重定量裝置，實現定量裝載。

（4）實現裝載、卸載、信號與提升機之間的聯鎖，實現裝載、開車、卸載自動化。

（5）可實現自動、檢修、手動的模式轉換，在正常運行時可投入手動運行，在檢修時可置于點動狀態，方便檢修。

（6）實現生產流程及設備運行實時監控和故障自動檢測報警功能，便于檢修維護人員、工程技術人員和調度人員掌握實時生產信息。

4 效益分析

4.1 經濟效益

（1）主井提升系統全自動化改造后，每小時比改造前可多提升兩鉤，理想狀態下（原煤產量滿足，無事故情況）按每天提升18h、每鉤12t、每噸煤600 元、每年主井提升機運轉300d 計算，全年可提升效益7776 萬元。

（2）項目實施前主井底信號工每班2 人，井口信號工1 人，司機2 人，立井提升自動化控制后，只需在車房安排一名司機、井底安排一名信號工對設備運行進行監控，每天可節約用工9 個，每個工按150 元計算，每年可節約開支49.275 萬元。

4.2 安全效益

主井提升系統自動化改造的實現，有效地提升了設備的安全性、可靠性，減少人為控制，實現自動化、程序化控制，進一步提高主井提升安全系數，減少人為不安全因素，提高了生產效率和設備利用率，減少了人員用工，達到了節支降耗的目的，同時提高了礦井自動化水平。