古汉山煤矿主井提升系统提速增效技术改造

常云飞,刘元明,赵青华

（1.河南能源化工集团焦煤公司古汉山矿；2.河南能源化工集团焦煤公司安监局,河南 焦作 454350）

古汉山煤矿主井提升系统提速增效技术改造

常云飞1,刘元明2,赵青华2

（1.河南能源化工集团焦煤公司古汉山矿；2.河南能源化工集团焦煤公司安监局,河南 焦作 454350）

为提高古汉山煤矿主井提升系统安全运转效率，通过现场分析研究，针对主井提升系统的电控系统、制动系统、井筒装备（包括箕斗）、装卸载系统、井上下排矸系统及信号系统等进行技术改造，主井提升速度和效率有了明显提高，同时增强了系统运行的安全可靠度。

煤矿；提升系统；提速增效；改造

0 引言

古汉山矿为焦作煤业（集团）有限责任公司下属矿井，主井为立井，井筒深度：545.4m，提升系统由武汉设计院进行设计，提升机为JKMD-3.5×4（Ⅲ）E型多绳摩擦轮提升机,配用电机型号为TDBS/1600-20,功率1600KW,供电电压960V,额定转速43r/min，传动方式为低速直联，控制方式采用交交变频。提升容器为JDGY-12/110×4型箕斗，电控系统采用全数字交--交变频矢量控制和数字控制PLC方式，原电气传动采用一套西门子SIMADYN--D全数字控制系统，原设计生产能力120万吨/年。后经过改造后，提升一循环时间为142s，提升能力达到185万吨/年。随着矿井生产能力的不断提升，采掘工作面的不断增多和延伸，回采煤量和排矸量也在不断增加，主井提升能力成立制约矿井生产发展的主要因素。为了保证矿井安全高效运转，经过现场研究，在不影响正常生产的前提下，对主井提升系统进行技术改造。

1 改造的必要性

（1）电控系统年久老化，部分备件需进口，价格昂贵，日常维护量大，且只有一套电控系统，出现故障矿井面临停产。

（2）制动系统为恒力矩二级制动，造成紧急制动减速度过大，过大的减速度将导致钢绳滑动突破防滑极限，且旧制动系统维护量大，已不能满足提升要求。

（3）井筒淋水造成组合钢罐道锈蚀严重，井口、井底为木罐道，且无四角稳罐道，影响绞车的安全运行。

（4）箕斗卸载方式为气动侧卸式（抓捕卸载），卸载时间较长，汽缸等一系列设施需要一定的维护量。

（5）定量仓为气动装载，开闭动作慢，风动开启力矩小，汽缸维护量大，人为失误造成多放煤后，只能将定量仓内的煤全部放空，可控性低。

（6）给煤系统为两部运输大槽及往返式给煤机，给煤量小，速度比较慢，且维护量大。

（7）信号系统老化，无备用信号。

（8）井下岩巷开拓掘进量大，副井提升系统的排矸量不能满足生产需要。

基于上述原因，通过对主井提升系统的电控系统、制动系统、井筒装备（包括箕斗）、装卸载系统、信号系统及井上下排矸系统等进行技术改造，以达到提速增效的目的。

2 改造实施内容

2.1 电控系统改造

（1）主调速实现双系统运行（初次改造）

2012年11月底徐州宝迪公司和上海交通大学在我矿安装一套国内自主研发的SME-BD调速系统来代替德国西门子公司SIMADYN-D系统。在原有的S7-400 PLC上增加VME-BD系统的控制通道，包括模拟量通道和开关量通道，并对软件程序设计相应的修改。新调速系统柜到位后，将外围信号接入新柜，包括轴编码器信号、同步信号、PLC的控制信号及状态返回信号、励磁柜的控制信号及返回信号。新VME-BD调速系统安装调试期间，保证原SIMADYN-D调速系统能安全可靠运行。初次改造后，解决了主井交交变频控制器调速系统的备用问题。

（2）主井电控冗余系统改造（二次改造）

新增变流柜、励磁柜、绕组运行模式切换柜、电机定子电源切换柜、电机励磁电源切换柜及整流柜交流电源切换柜等。

低压配电柜增加对新变流柜及励磁柜的配电。

SD柜增加触发脉冲的切换装置，增加电压、电流实际值的切换装置，增加零电流、熔断监视等信号的切换装置，增加电机绕组绝缘监视切换。

主控柜增加对新整流柜的状态监视，增加对新切换柜的状态监视，增加对新老整流柜的切换闭锁。

上位机增加新老整流系统的切换指示，增加新整流柜系统状态显示。

此次改造完善了SME-BD调速系统，新旧系统实现冗余运行。

整流柜改造后系统框图，如图1所示：

图1 整流系统框图

2.2 制动系统改造

为了提升制动系统性能，拟采用洛阳中重自动化有限责任公司公司研发生产的恒减速电液制动装置（包括TE142A液压站和配套恒减速电控柜）和新型制动器替代原制动器和液压站。

2.3 井筒装备及卸载系统改造

（1）组合钢罐道更换为玻璃钢防腐方形罐道。

（2）增加井口、井底四角稳罐道，井口、井底木罐道更换为铁罐道。井筒罐道全部进行加固。

（3）气动侧卸式箕斗更换为曲轨卸载方式箕斗，井架落煤点改造，安装配套的卸载曲轨。

2.4 装载系统改造

（1）主井装载系统改造为液压装载。改造后采取两泵两箱式液压站，平时一用一备，保证了主井提升的连续性。

（2）定量仓加固。在现有的定量仓内部镶衬一层锰钢板，能够承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件。由于对其加固力度大，耐磨板较厚，定量仓原本的加强筋并没有破坏，已经远远超过了其设计要求，自加固完成后，再未出现门被大矸砸变形出现凹坑或磨损严重等异常现象。

（3）给煤系统改造。改造为两部大流量的甲带式给煤机，由皮带想定量仓给煤，同时，甲带式给煤机与定量仓底的电子秤闭锁。

2.5 信号系统改造

新增加一套同型号的信号系统，对信号系统设计改造，能够实现快速切换迅速。两套信号同时参与绞车电控，井口两台信号机共同控制一套电磁阀，由于平时电磁阀是不带电的，当有信号时才能控制电磁阀吸合的大电压大电流，不会互相影响动作正确与否。井口的各个传感器安装两套，所以安装两套，同样起到一用一备的效果，并且安装了切换开关，使两个传感器和两套信号系统任意搭配，也可以通过转换开关来快速判断传感器的好坏，便于查找故障传感器。井底信号机同样采用了此方法来实现合并的。主信号的电源由备用信号的通讯电缆中两根芯线提供，备用信号的电源由主信号的通讯电缆中两根芯线提供，这样避免了交流127V强电的干扰。如果需要切换信号，信号工即可完成，简单到停一个，送一个开关即可，并且开关上还有文字标注。如图2所示：

图2 双信号并联原理示意图

2.6 井上下排矸系统优化

经过矿方研究决定，采用主井排矸，要求每天两班提煤一班提矸，但排矸班由于矸山排矸效率低等原因，制约了主井提矸。为了避免提矸与提煤相互影响反而制约主井提升效率，对我矿井上下排矸系统进行优化。

（1）在地面新设计加工安装一套矸仓，能承载数十吨矸石，并实现气动自动放矸，使提煤与提矸时段切换有了缓冲。

（2）由于提矸期间矸石对卸载滑板等部件损坏严重，利用耐冲击耐磨能力强的高强度锰钢板进行加固。

（3）矸山绞车提速。更换绞车电机，矸山提升速度由2.5m/s提升到4m/s，提升循环时间从180s缩短到120s，改造前每小班最多提升80车次，现改造后，每班提升可达150车次，提高了排矸效率。

（4）井下大巷溜矸嘴改造实现双向排矸。当排矸班大巷皮带运输矸石期间，溜矸嘴直接将矸排放到皮带上；当出煤班大巷皮带运输煤炭期间，溜矸嘴采用侧向放矸，将矸石排至矿车内，由副井提升排出。

排矸系统优化改造后，明显提高了主井排矸工作效率，减少了对因排矸慢等原因对提煤班造成的影响。

3 技术改造实施效果

以上改造在成功实现后，达到了预期目的：

（1）主井电控实现SIMOVERT-D调速系统和SME-BD调速系统冗余运行，完全实现两套系统分离切换使用，同时满足新电控系统全载半速运行要求。明显减少主井电控系统故障对生产造成的影响，极大的提高了运行效率。同时，解决单系统运行期间检修时间紧张的问题，电控系统检修时间充足，确保检修内容全面细致，保证了主井的安全长效运行。

（2）改造后，主井提升系统单循环运行时间由原来的142s缩短至100s，装卸载时间由原来的25s缩短至8s，每钩的动作时间由原来的168s缩短至108s，缩短了60s。单斗提升量由原来的12吨增加到12.5吨，年提升量由原来的148.76万吨提升至241.05万吨，年产量增加了92.29万吨，同时，主井排矸系统运行以来，每天由主井提升排出的矸石至少达到400吨，每年能排出矸石14万吨，既保证了正常提煤量，又保证了主井排矸量，最大程度的缓解了副井提升压力。速度时间对比如图3所示：

（3）改造后，主井提升系统的电控系统、信号系统及制动系统均未因故障或检修影响到正常提升，尤其是双电控双信号系统的可靠运行，为备用电控和信号系统的检修赢得了充分的检修时间，保证了检修质量，同时因新型电控系统等线路清晰，故障率低，减少了维护量，节省了人力物力，使系统维护运转进入了良性循环。

图3 改造前后速度对比时间图

（4）制动系统采用恒减速液压制动系统，具有控制精度较高、响应速度快，动态性能好，双向调节，反映在制动过程速度曲线上，表现为对超调量的衰减速度快，即纠偏能力强、安全制动效果好。在紧急制动工况下，通过电控系统实现恒减速控制制动，能使制动减速度不随负载、工况变化而变化，始终按预先设定的减速度值进行制动，同时保留了原有的恒力矩二级制动性能，可在恒减速控制系统失效时，自动转换为恒力矩二级制动状态，大大提高了设备的运行安全，增加了系统的可靠性。

（5）选用玻璃钢防腐方形罐道，消除了因罐道锈蚀造成的不安全因素。安装四角稳罐道并对整体罐道加固后，主井绞车启动和停止爬行段更稳定。

（6）装卸载系统改造后，延长了使用寿命，实现自动化装卸载，缩短了装卸载时间，缩短了提升循环时间，系统运行更加可靠，减少了故障率，减小了维护量。

（7）绞车实现自动化开车，较人工开车反应更快，提高了运转效率。

4 结语

（1）大功率同步电机的动态优化控制。以我矿大功率双绕组同步电动机实验系统为开发平台，开展矢量控制的速度、电流双闭环控制系统实验研究，结合现有的古汉山矿提升机交交变频控制系统，进行相关的矢量控制技术现场应用成功。

（2）本项目的研究成果实现高性能的提升机电控系统，对提高提升机的安全可靠性能具有重要意义。此成果为提升机电控系统的更新换代具有重要意义和推广应用价值，成为行业内同类型提升机改造的典型案例。

（3）恒减速液压制动系统得到推广应用，成为煤矿提升机制动系统改造借鉴的典型。

（4）提速增效改造方案的成功实施，为类似矿井的提速增效改造提供了参考对象。

常云飞（1987—），男，本科，助理工程师，从事煤矿机电技术工作。