礦井提升機“手動二級制動裝置”的研究及應用

張 鵬 柏 哲 郭 華

（山東泰山能源有限責任公司協莊煤礦，山東 新泰 271221）

目前絕大部分礦井提升機，都是通過液壓站回油來實現設備制動。電磁閥卡阻、電控失靈，都會導致提升機制動失靈，從而釀成重大事故。

很多礦井都采用在制動閘側安裝手動回油閥來實現手動緊急制動。經過分析，安裝單一的手動制動閥無二級制動，不滿足《煤礦安全規程》第427條安全制動減速度要求和JB/T3277-2004礦井提升機液壓站機械行業標準，并不能起到安全效果。

為徹底解決隱患，協莊煤礦聯合中國礦大成功研制了“手動二級制動裝置”并在副立井進行了應用。裝置包括：手動操作箱、回油制動閥組、帶閥位監測的一級制動并聯冗余換向閥、PLC控制箱。裝置不僅滿足《煤礦安全規程》及提升機行業標準，也徹底解決了制動失靈隱患。

1 機械原理

1.1 閥組構成

如圖1右側所示為本次研究的提升機“手動二級制動裝置”，左邊是原液壓站。中間E1、 E11閥為帶閥位監測的一級制動并聯冗余換向閥。

1.2 井口一級制動原理

井口燈亮，出現制動失靈時：司機將制動手柄推向井口燈一側，制動手柄會觸碰手柄下方的急停開關，發出急停信號，使提升機安全回路斷開，同時斷開制動油泵電源及提升機主電機電源。

盤閘制動油及油泵制動油從換向閥D口、C口流向O口回油箱，實現一級制動，提升機安全停車。

1.3 井中二級制動原理

井中燈亮，出現制動失靈時：司機將制動手柄推向井中燈一側，制動手柄會觸碰手柄下方的急停開關，發出急停信號，使提升機安全回路斷開，同時斷開制動油泵電源及提升機主電機電源。

油泵制動殘壓從換向閥C口流向O口回油箱。

盤閘制動油壓通過換向閥D口流向P口流到延時閥4頂端，由于延時閥4與調速閥3的作用，同時配合蓄能器6及溢流閥1，使制動壓力維持在5MPa，二級制動時間可以根據現場提升機情況進行設定，設定范圍為0～10s可調。

延時完成后制動油壓通過延時閥4回油口回油箱，壓力變0，提升機實現二級制動，提升機安全停車。

1.4 延時閥4活塞位置控制原理

在提升機正常運行狀態，手動換向閥處于中間位置，開閘時油泵壓力通過單向閥5、單向閥2與延時閥4下端接通。盤閘側壓力通過減壓閥8與延時閥4上側接通。由于減壓閥8的作用使延時閥4上側壓力小于下側壓力，從而讓延時閥4的活塞在正常狀態下處于上端。

圖1 提升機手動二級制動裝置

1.5 E1、E11閥組原理

其中E1、 E11為可選部件，如果原液壓站一級制動電磁閥G3、G4無閥芯檢測則需要配E1、E11，反之則不需要配E1、E11。因為E1、E11為有獨立的回油通道閥位監測電磁換向閥，與電磁換向閥G3、G4并聯并同時動作，實現并聯冗余自動控制井口及井中第一級安全制動，滿足新版2016《煤礦安全規程》第425條規定。

E1、E11選用進口帶閥位檢測的電磁換向閥，E1、E11與原液壓站G3、G4同步動作，由原液壓站進行控制，控制原理為失電回油。通過閥位檢測比較來實現閥位故障報警。當PLC接收到的閥位檢測信號不一致時，控制裝置將報警并閉鎖下次開車，故障排除后再開車。防止出現當一個換向閥故障另一個換向閥正常時液壓站依然能正常使用，但沒有故障提示，當兩個換向閥都故障時造成制動失靈的情況。

2 電氣原理

電氣系統主控制器采用西門子SMART系列CPUSR30，EMAE04為備用模擬量輸入模塊。控制箱內配有UPS 220V不間斷電源。手動控制箱內配2個行程開關，1個井口指示燈，1個井中指示燈。原理圖如圖2所示。

2.1 一級制動 E1、E11動作原理

輸入端0.0、0.1、0.4、0.5為原液壓站一級制動G3、G4回油信號。

輸入端0.2、0.3為E1、E11閥位檢測信號。

輸出端0.0、0.1為E1、E11動作信號。0.4、0.5為E1、E11閥位故障指示燈。

E1、E11動作與G3、G4同步，動作故障時相應故障指示燈亮。并且蜂鳴器0.6報警輸出。

2.2 手動控制箱原理

手動控制箱接收井口信號1.2。接進井口時手動箱上井口指示燈亮，其他時間井中指示燈亮。

手動控制箱配有行程開關，井口、井中兩個方向都會觸碰行程開關1.4、1.3。觸碰行程開關會向提升系統發送急停信號。

2.3 其他控制原理

控制箱上有旁路開關，會旁路K3安全繼電器，完全解除本系統與提升機控制系統聯系。

3 “手動二級制動裝置”在協莊煤礦的應用

3.1 現場應用情況

如圖1所示，左側為協莊煤礦原有的制動系統，右側為目前正在使用的“手動二級制動裝置”。由于原有液壓站一級制動閥G3、G4沒有閥位檢測，安裝了E1、E11并聯冗余閥組，通過安裝、調試、測試、崗位培訓，成功消除了提升機制動失靈隱患。

3.2 設備調試方法

圖2 電氣原理圖

根據實際情況設定貼閘皮油壓8.5MPa，設定二級制動油壓5MPa，設定二級制動時間5s，設定二級制動減速度1.7m/s2，設定解除二級制動位置為距離井口30m。

調試時，提升機設定在調閘狀態，開泵敞閘，保持11MPa油壓。將閥組溢流閥調至最大值，然后調定減壓閥為7MPa。再將溢流閥壓力降至5MPa。（與原液壓站二級制動壓力相同）調節帶有鑰匙的節流閥（0刻度開孔最小，時間最長），調定二級制動延時時間為5s。

3.3 裝置測試方法

首先測試一級制動。拔掉2個G2閥插頭，修改程序G3和G4閥延時3s釋放，投入回油裝置（不打裝置解除按鈕），打慢點按0.5m/s開絞車，當井口指示箭頭亮時，拉動井口方向手柄絞車急停，看回油裝置是否瞬間制動。

其次測試二級制動。拔掉2個G2閥插頭，修改程序G3和G4閥延時8s釋放，投入回油裝置（不打裝置解除按鈕），解除液壓站恒減速制動，向井中方向開絞車，先以1m/s速度運行；根據手柄回油箱上箭頭指示，拉動井中方向制動手柄，絞車急停，觀察絞車制動狀況，并保留制動曲線圖。以上測試無誤后再轉入2m/s和4m/s進行測試，并計算制動減速度是否符合要求。

3.4 提升機司機操作方法

當原有液壓站制動系統失靈時，司機可以通過扳動安裝在司機側的手動換向閥E0來實現提升機的手動制動，手動換向閥為三位四通閥，在手柄兩側安裝有兩個指示燈，指示罐籠位置是在井口還是在井底。罐籠在井中時實現手動二級制動，罐籠在井口時實現手動一級制動。

4 安全效益

在緊急操作時，“手動二級制動裝置”是純機械動作的安全裝置，通過附加“手動二級制動裝置”，解決了在極端狀況下提升機無法停車的問題，保證了提升機安全有效的制動，減少了制動失靈、井筒墜罐的重大生產事故發生，安全效益明顯。