新安礦井斜巷絞車智能化控制技術(shù)及系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用

張 永 趙 偉

（棗莊礦業(yè)集團(tuán)新安煤業(yè)有限公司，山東 棗莊 277500）

煤礦斜巷運(yùn)輸主要作用是提煤和送料。根據(jù)煤礦事故分析，斜巷在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生的事故較多，主要是由于斜巷安全措施不到位、提升機(jī)落后、礦井信號(hào)差以及保護(hù)措施少等。斜巷提升運(yùn)輸由絞車司機(jī)、信號(hào)把鉤工、推車機(jī)操作工協(xié)作完成，推車機(jī)、絞車、信號(hào)、道岔操作均由人力操作完成。作業(yè)期間，信號(hào)把鉤工完成道岔的操作，連接好鉤頭后，向絞車司機(jī)發(fā)出信號(hào)，操作推車機(jī)配合絞車完成提升或松料作業(yè)，操作不當(dāng)易造成提升運(yùn)輸事故[1-2]。為提高運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行高效和安全性，在煤礦斜巷運(yùn)輸過(guò)程中事故頻發(fā)的背景下，本文設(shè)計(jì)研發(fā)了斜巷絞車智能化控制系統(tǒng)，兼?zhèn)渥詣?dòng)報(bào)警、電氣鎖閉以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，從而保證斜巷運(yùn)輸?shù)陌踩裕瑢?shí)現(xiàn)智能化控制管理[3]。

1 研究背景

斜巷運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)中非常重要的組成部分。我國(guó)現(xiàn)在已有的礦井斜巷運(yùn)輸系統(tǒng)雖然在保證煤礦的安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)率和設(shè)備的利用率等一些方面發(fā)揮了重要的作用，但還有待進(jìn)一步的完善[4-5]。棗莊礦業(yè)集團(tuán)新安煤業(yè)公司井下安裝4 部斜巷提升機(jī)。集中二級(jí)軌道安裝1 部JKB2.5×2（-430 提升機(jī)）型提升機(jī)，提升距離為720 m，坡度10°，滾筒寬度為2 m，滾筒Φ2.5 m，YBBP450M-10 型電機(jī)，電機(jī)功率280 kW，電控系統(tǒng)采用TKM-B/D-D2-6280 型電控系統(tǒng)，一次提升9輛礦車。在此背景下，斜巷運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與實(shí)踐顯得格外重要。

2 智能化控制技術(shù)要點(diǎn)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

（1）實(shí)現(xiàn)智能開(kāi)車無(wú)人值守

絞車把鉤硐室設(shè)置監(jiān)控操作臺(tái)，車房安裝視頻監(jiān)控，將視頻傳至把鉤硐室，用于監(jiān)視絞車房運(yùn)行情況。把鉤人員打點(diǎn)后，絞車根據(jù)區(qū)別快慢點(diǎn)自動(dòng)啟動(dòng)，完成整個(gè)提升過(guò)程，絞車房?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)智能開(kāi)車無(wú)人值守。

（2）提升機(jī)、操車系統(tǒng)和防跑車系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)

使用安裝在深指上的編碼器取絞車行程，確定鉤頭的位置，編碼器數(shù)據(jù)傳至控制箱PLC，控制箱驅(qū)動(dòng)電磁閥動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)推車機(jī)、阻車器和擋車欄動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)絞車運(yùn)行與推車機(jī)、阻車器、防跑車裝置聯(lián)鎖自動(dòng)運(yùn)行。閉鎖控制：實(shí)現(xiàn)斜巷防跑車裝置的聯(lián)動(dòng)控制相互閉鎖，根據(jù)提升運(yùn)輸距離判斷防跑車裝置運(yùn)行情況，避免操作失誤，起到防跑車作用。

2.2 研發(fā)內(nèi)容

斜巷上車場(chǎng)工作人員利用系統(tǒng)自動(dòng)、手動(dòng)兩種控制方式實(shí)現(xiàn)上提、下放。自動(dòng)控制方式要求具有打點(diǎn)自動(dòng)啟停車功能：自動(dòng)運(yùn)行時(shí)保護(hù)安全可靠，絞車根據(jù)信號(hào)點(diǎn)數(shù)上提、下放，到位后實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)自動(dòng)停車或松繩停車。具體要求如下：

（1）斜巷上車場(chǎng)工作人員發(fā)出信號(hào)后，井下斜巷絞車房由系統(tǒng)控制完成上提、下放，到達(dá)指定位置后自動(dòng)停車。

（2）井下斜巷絞車上車場(chǎng)把鉤硐室內(nèi)配本安型操作臺(tái)1 臺(tái)，新的操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)提升設(shè)備故障聲光報(bào)警顯示，方便把鉤人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，避免事故的發(fā)生。這些故障包括過(guò)流、過(guò)卷、超速、閘間隙保護(hù)等信息。新的操作臺(tái)完善緊急停車、減速停車、速度選擇及各種安全復(fù)位按鈕的功能，做到操作簡(jiǎn)單明了，減少誤操作的可能。

（3）增加DP 擴(kuò)展基站，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的部分功能，采集各種必要的信號(hào)，通過(guò)程序編程與主程序相通。

（4）擴(kuò)展電控室的PC-DP 站，增加10 口和模擬量的輸入，采集煙霧傳感器（10 個(gè)）、溫度傳感器（8 個(gè)）、制動(dòng)油壓、制動(dòng)油溫、閘盤溫度、潤(rùn)滑油壓、減速機(jī)振動(dòng)、電機(jī)振動(dòng)、電機(jī)電流等信號(hào)，作為自動(dòng)化開(kāi)車無(wú)人值守的必備條件。

（5）配置視頻監(jiān)控系統(tǒng)一套，具備存儲(chǔ)功能，實(shí)現(xiàn)上下車場(chǎng)、斜巷內(nèi)防跑車裝置（按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，運(yùn)行時(shí)單獨(dú)突出顯示）、滾筒出繩口、機(jī)房、配電點(diǎn)等地的視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)機(jī)電環(huán)網(wǎng)上傳地面集控室。

（6）通過(guò)DP 通訊、MPI 通訊、電腦視頻線VGA 視頻連接、網(wǎng)線遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)就地及遠(yuǎn)程控制。

2.3 研發(fā)目標(biāo)

（1）絞車實(shí)現(xiàn)信號(hào)識(shí)別功能、智能開(kāi)車功能。

（2）把鉤硐室設(shè)置操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)視頻及運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控及急停操作功能。

（3）防跑車裝置、推車機(jī)、阻車裝置、提升機(jī)快速聯(lián)動(dòng)功能。

3 智能化控制系統(tǒng)研發(fā)

3.1 系統(tǒng)研發(fā)

對(duì)-430 絞車進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)，在上把鉤硐室安裝遠(yuǎn)程操作臺(tái)，由把鉤人員監(jiān)護(hù)，同時(shí)經(jīng)過(guò)修改絞車控制系統(tǒng)程序，絞車可以實(shí)現(xiàn)收到信號(hào)自動(dòng)開(kāi)車。為確保提升機(jī)運(yùn)行安全，在車房安裝視頻監(jiān)控及設(shè)備振動(dòng)、溫度、煙霧傳感器，將數(shù)據(jù)傳輸至上把鉤硐室，使其具備遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。利用網(wǎng)絡(luò)將所有信號(hào)上傳至地面監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視絞車運(yùn)行情況。具體如圖1 所示。

圖1 斜巷絞車智能化控制系統(tǒng)示意圖

3.2 設(shè)計(jì)思路

把PLC 控制箱安裝在操作硐室，把旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在絞車房深度尺上，通過(guò)編碼器信號(hào)，計(jì)算礦車行駛距離及方向。

下放軌道，只有當(dāng)?shù)V車在上平臺(tái)時(shí)，才允許手動(dòng)控制阻車器2 和阻車器1。阻車器1 為手動(dòng)操作并與阻車器2 互鎖，當(dāng)阻車器1 打開(kāi)時(shí)，阻車器2不允許打開(kāi)。手動(dòng)控制推車機(jī)1 推動(dòng)礦車進(jìn)入阻車器1 和阻車器2 中間，掛好鉤繩，PLC 控制箱設(shè)置好檢測(cè)1 點(diǎn)距離，如果PLC 控制箱計(jì)算出礦車在檢測(cè)點(diǎn)1 距離（暫時(shí)設(shè)定距離為10 m）內(nèi)，同時(shí)接收到礦工按下的確認(rèn)按鈕信號(hào)，PLC 控制箱自動(dòng)控制液壓站啟動(dòng)，然后控制阻車器1 關(guān)閉，打開(kāi)阻車器2 及氣動(dòng)阻車器1，并把道岔打到下放方向，然后手動(dòng)控制推車機(jī)1 動(dòng)作，推動(dòng)礦車到達(dá)下坡點(diǎn)。

礦車下行，當(dāng)?shù)V車運(yùn)行到設(shè)置的檢測(cè)點(diǎn)2 的位置（距離暫時(shí)設(shè)定距高25 m）時(shí)，關(guān)閉阻車器2 及氣動(dòng)阻車器1，等阻車器2 關(guān)閉到位后，停止液壓站。礦車通過(guò)設(shè)置的檢測(cè)點(diǎn)3 的距離（暫時(shí)設(shè)定距離60 m），控制道岔打到上提軌道側(cè)。

礦車上提，當(dāng)?shù)V車到達(dá)設(shè)定的檢測(cè)點(diǎn)4（設(shè)定距離45 m）時(shí)，PLC 控制箱控制液壓站開(kāi)啟，同時(shí)控制阻車器4 和氣動(dòng)阻車器2 開(kāi)啟，使礦車到達(dá)設(shè)置的檢測(cè)點(diǎn)5 距離（暫時(shí)設(shè)定距離3 m）后，延時(shí)一段時(shí)間（暫時(shí)設(shè)置5 s）等所有礦車過(guò)阻車器4 后，關(guān)閉阻車器4 及氣動(dòng)租車器2，等阻車器4 關(guān)閉后，停止液壓站。把鉤工拆掉鉤繩，然后手動(dòng)阻車器3打開(kāi)，并控制推車機(jī)2 把礦車移出車場(chǎng)。如果PLC檢測(cè)到阻車器無(wú)動(dòng)作或其他故障信號(hào)后，會(huì)控制報(bào)警箱發(fā)出報(bào)警語(yǔ)音并向絞車房打停止點(diǎn)信號(hào)，起到與絞車聯(lián)動(dòng)作用。同時(shí)設(shè)有旋轉(zhuǎn)按鈕，等打到停止位時(shí)，系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦生產(chǎn)作業(yè)中絞車發(fā)揮了重要作用，其穩(wěn)定可靠的運(yùn)行不僅能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，還能夠保證煤礦安全生產(chǎn)。系統(tǒng)研發(fā)后進(jìn)行了為期兩個(gè)月的應(yīng)用，實(shí)踐結(jié)果表明，研發(fā)的絞車智能化控制系統(tǒng)能夠滿足新安煤礦的實(shí)際需求，在運(yùn)行期間系統(tǒng)無(wú)狀況發(fā)生，信息顯示可靠。通過(guò)實(shí)施斜巷絞車的智能控制系統(tǒng)，能夠減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高斜巷運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性和安全性。