煤矿实用型风动堆煤保护装置的研究与应用

曹 庄，孔 超，王青玉

（兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿，山东 兖州 272102）

兴隆庄煤矿是80年代全国首座设计年产300万t的大型现代化矿井。主井提升系统安装了两台由瑞典ASEA公司成套引进的HSVE型6绳摩擦式提升机，这两台提升机担负着矿井的原煤提升任务。主井井筒直径为6.5m，井筒中布置4台14T箕斗，工作于两个水平：卸载位置+72.2m和装载位置-313.9m。随着煤矿生产能力不断提高和所用生产设备不断升级换代，对提升系统的各项保护功能也提出了更高的要求，这就需要我们的依据各项标准要求不断完善和提高提升系统保护装置的灵敏度和可靠性。井筒底部堆煤保护装置是为了避免箕斗在卸煤过程中洒煤造成井筒下方煤炭堆积，进而出现磨损平衡尾绳引发的提升事故。为了提高该项保护的耐用性和可靠性，我们通过对现场反复观察、商议、试验，最终确定了堆煤保护的实施方案，即：实用型风动堆煤保护装置。该装置结合现场风流较大的特点，特利用风流作为动力源，失去风能后该保护装置的控制触点闭合，从而向主井提升系统有人值守的岗点发出声光报警，进而找出报警原因并排除。

1 改造背景

主井井筒底部堆煤保护，是煤矿提升系统安全检查中的一个主要保护，也是防止主井提升系统在人为失误或突发条件下而出现的井底堆煤过多引起提升机平衡尾绳扭转托起，拉坏主井提升机井筒设备设施、拉伤拉断提升机平衡尾绳的安全保护措施。因此，该保护装置监测部件的高可靠性和灵敏度是至关重要的。

由于主井井筒底部潮湿、风大、淋水大、煤粉粒多等环境恶劣的特点，以前安装的机械式监测开关使用寿命短，动作不灵敏、不可靠，主要原因是：①投入使用不久，因现场淋水大，出现机械开关极易锈蚀或进水，造成开关不动作或误动作。②由于井筒底部漏斗处煤炭流动性差，一旦发生井筒底部漏斗处积煤了，此开关也监测不到，开关不动作。③安装困难，安装离漏斗近了，由于风、水大，此开关误动作，离漏斗远了，监测无效果，另外，机械式监测开关除了安装位置难确定外且安装后还必须设置保护措施，以防砸坏和落煤时造成其误动作。除此之外，我们还尝试了电极式监测开关和红外线监测开关，但都因为现场环境恶劣，最终以失败告终。因此，困难摆在了我们面前，为了保护提升机的安全运行和达到良好的保护效果，针对这一难题，我们成立了专业攻关小组，最终，在共同努力下我们研究出了切合实际的风动堆煤保护装置，彻底解决了当前每个立井煤矿提升系统井底保护装置的一个难题。

2 改造方案

为了提高主井底堆煤保护装置的工作可靠性，经过我们现场观察和现场试验，发现正常情况下，从井筒底部漏斗出来的风流是不间断的，只有当井筒底部漏斗堵住或部分堵塞才会出现无风或风量减小的情况。充分利用这一现象，我们多次研究试验，创新性地制作了利用风流作为动力源，通过风流带动监测开关动作的保护装置（如图1所示）。

图1 风动堆煤装置结构图

其工作原理是：在主井井筒底部漏煤口通畅的情况下，漏煤口两侧风流很大，风流带动监测开关风板偏离垂直位置，带动隔磁板进入磁铁和磁感应开关之间，使磁感应开关断开；当漏煤口发生堵塞时，风流消失，监测开关风板在其自身重力作用下恢复下垂位置，并带动隔磁板转动，脱离磁铁和磁感应开关之间的隔磁位置，使磁感应开关导通，达到报警目的。

依据这一原理，我们设计了风动堆煤保护监测开关装置，即：井筒底部漏斗通畅时，风流吹动该装置的风板，风板偏转一个角度，带动风板另一侧的隔磁板遮住磁感应开关，磁感应开关失磁，磁感应开关断开，小型三菱PLC控制装置不动作，声光报警装置不报警；当漏煤口被煤炭堵住无风或风流减小时，风板就会在自身重力的作用下下垂，带动隔磁板脱离开磁铁和磁感应开关，此时磁感应开关吸合，小型三菱PLC控制装置动作，声光报警装置发出声光报警。为了避免井筒底部漏斗口风流不稳造成风板瞬时下垂情况，PLC控制程序设计延时5秒后各声光报警装置报警（如图2所示），以便人员及时对现场情况进行检查处理，杜绝事故的发生。

图2 声光报警示意图

3 方案实施

该风动堆煤保护装置包括磁铁、隔磁板、磁感应开关、轴承、风板等部件以及报警解除和复位功能，即人员接到报警信号后，停止提升设备运行，然后到达现场可按下报警解除按钮，消除报警声光信号，控制装置解除指示灯亮，对现场进行处理，处理完毕后，按下复位按钮，恢复小型三菱PLC控制装置正常监测工作，工作指示灯亮。

1）堆煤保护装置的制作：本着小巧、耐腐蚀、动作可靠的目的，监测开关架用40角铁焊接，为保证风板转动灵活，转轴两端安装密封轴承，轴承安装在密封良好的轴承座中，采取双重密封的措施以适应恶劣环境，风板采用不锈钢光滑板，可根据风量大小进行增减块数，以达到和风量大小配合的效果，保证监测开关的灵敏度。因为铁质固定架易导磁，影响监测开关灵敏度，所以，磁铁固定板采用不锈钢材质；监测开关采用有煤安标志的磁感应开关，接线盒采用JHH2矿用本安型接线盒。

2）安装：在主井井筒底部漏斗外出风口处，选择一处风流较大且稳定的位置，用膨胀螺丝固定该装置即可。

3）调试：根据所选风口处风流大小调节风板数量，保证风板在有风流的情况下能被吹起，无风或风小时能可靠落下。即：在主井井筒底部漏煤口通畅的情况下，堆煤保护开关断开，报警装置不报警；人为遮挡风板（也就是减小了吹到风板上的风流），5秒后报警装置报警，按下解除按钮，解除指示灯亮，按下复位按钮，工作指示灯亮。

4 关键技术及创新点

该堆煤保护装置最大的创新点是利用风能作为动力源，摆脱了传统的触动式堆煤保护动作的方式。通过风流带动堆煤保护装置监测开关动作，既简便又可靠，实现并提高了恶劣环境下动作的可靠性和灵敏度，最终达到实时监测的目的。通过与PLC控制程序的有效结合，实现了主井提升系统井筒底部堆煤的预警功能和安全保护功能。

5 优点

该风动堆煤保护装置具有安装地点受限小且安装简便、适用性广、使用寿命长等特点。其风板轴两端采用密封轴承座，转动灵活，密封性能良好；磁感应开关防水、防尘效果好，无机械和电气接触。风板用表面光滑的不锈钢板制成，不易形成煤尘堆积，动作灵敏可靠，完全达到在此类恶劣环境下工作的要求。

6 结 论

该风动堆煤保护装置是一种利用现场自然条件研制出的可靠装置，具有安装简便、动作灵敏、适应性广、使用寿命长等特点，切实起到良好的实时监测效果。这套风动堆煤保护装置的投入应用具有很高的经济效益和社会效益，对于其他立井提升系统的矿井具有很高的借鉴价值，值得进一步推广应用。

该风动堆煤保护装置投入使用以来，有效避免了主井井筒底部发生积煤可能引起的安全提升事故1次。实践证明，此装置能安全可靠地进行实时监测并报警，由此也证明该风动堆煤保护装置不仅能适应这种恶劣使用环境，同时又能保证实时监测的可靠效果，能有效地避免因井筒积煤造成损坏尾绳及其他设备的事故，也能避免因井筒积煤压住主井底运煤机的事故。