煤矿井下绞车保护系统的改进与应用

苑昌明

摘要：绞车作为煤矿提升的动力，属于煤矿提升系统的关键部件。绞车松绳保护一直贯穿于提升过程中，并基于接近开关或者形成开关对松绳保护的安全回路进行控制。在绞车控制提升容器下行时，只有当悬垂钢丝绳自身重力小于钢丝绳弦长受重力作用在垂直方向上的分力时，绞车的松绳保护系统才能发挥其作用。而在提升过程中，经常出现提升容器下行受阻导致提升系统的钢丝绳变得松弛。此时松绳保护系统无法发挥其应用的保护功能，常出现松绳过多进而导致断绳、卡箕斗的事故发生，故需对绞车的松绳保护系统进行改进。

关键词：煤矿井下;绞车保护系统;改进措施

引言：无极绳绞车作为当前在采煤工作面应用最为广泛的辅助运输设备，其主要应用于长距离、大倾角以及多坡的工作面。鉴于其应用场所相对复杂，为保证无极绳绞车安全、稳定运行，在其控制系统中专门设计了绞车保护系统模块[1-2]。但是，在实际运输过程中，绞车保护系统并不能够实现对无极绳绞车全时段、全方位的保护。经分析，导致当前绞车保护系统无法充分发挥其功能的原因在于其核心控制器单片机在复杂的采煤工作面工作时受到干扰。

1.煤矿井下绞车保护系统的改进设计

1.1运行控制的设计

为保证绞车保护系统能够满足实际生产的需求，要求绞车保护系统能够实现对绞车进行启动、停止、正向运动、反向运动、正向点动以及反向点动的操作。绞车保护系统对设备进行初始化操作后，判断是否满足设备启动的要求。若满足设计启动要求，即可按下“启动”按钮完成启动操作。此外，还可根据绞车的实际运行状态，控制对应按钮实现对绞车正向运动、反向运动、正向点动以及反向点动的操作。

1.2改进的压绳轮结构

根据传统压绳轮结构存在的不足，可以进行相应的装置优化和改装。将压绳轮、固定板和铁道底边固定，并且改进压绳轮和固定点的运作方式，让钢丝绳能够只受径向压力，而不受其他应力的限制。这种改进模式的优点有很多。首先，改装后的装置通过不同的压力点，能够有效防止弹绳;其次，各部位装置在损坏时方便更换;再次，弹簧自身的强度能够根据作业的需求进行调节;最后，改装后的装置能够不受坡度的限制，进行自由的安装，同时对压绳轮系的各种尺寸和强度进行调节。

1.3报警的设计

绞车保护系统报警的功能是当绞车正常运行过程中，其报警器会发出对应性的语音提醒，以达到提升作业人员注意安全的目的。比如：当绞车启动前，系统会连续三次发出“绞车准备启动”的语音提醒，并于5s后绞车启动。即绞车在运行或者停机系统均会发出相对应的语音提醒。

1.4速度保护的设计

速度保护是绞车保护系统的关键环节。在实际工作中，由速度传感器获取绞车车轮的转速上传至PLC控制器中，经换算后得出绞车的实时速度。将所得绞车的实时速度与预先设定好的欠速值进行比较，若实时速度低于欠速值，则系统启动速度保护功能;反之，将所得绞车的实时速度与预先设定的超速值进行比较，若实时速度值高于超速值，则系统启动速度保护功能。一般的，欠速值为绞车额定运行速度的85%;超速值为绞车额定运行速度的116%。绞车保护系统中速度保护的程序流程。

1.5越位保护的设计

绞车保护系统中越位保护的主要功能是避免在实际生产过程中牵引车与绞车车头或者车位发生碰撞。越位保护功能是基于过卷保护装置实现的。根据控制需求，对机头越位和机尾越位进行保护。因此，将过卷保护装置分别安装于绞车的机头和机尾。由越位传感器对牵引的实时位置进行监测，将系统所得牵引车的实时位置信息与其预先设定的指定位置进行对比，结合绞车的运行方向，一旦发现牵引车的实时位置超过其指定位置的范围后，系统立即启动越位保护功能。

1.6绞车保护系统界面的设计

为了达到对绞车实时运行状态监测并显示的目的。绞车保护系统能够实现显示绞车的运行状态（启动、停止、正向运行、反向运行、正点运动以及反点运动），并记录实时运行状态下牵引车的位置及绞车的运行速度等参数以及报警类别（超速、欠速、机头越位、机尾越位、急停闭锁以及语音报警）。

1.7绞车保护系统软件的改进设计

基于PLC所设计的绞车保护系统要求能具有如下功能：对系统进行初始化;运行控制保护过程;对绞车运行速度的监测与保护;对绞车机头、机尾的越位动作进行保护;对遇到紧急情况时紧急停机的保护;对绞车运行出现异常时发出报警的保护。

2. 松绳保护系统的改进措施

2.1优化松绳检测装置

对目前的松绳检测装置进行优化，同时避免由于钢丝绳振动而对松绳检测装置造成的冲击。为了能够及时发现钢丝绳的异常振动现象，通过采用松绳保护系统对提升系统中箕斗在坡上的不同运行状态下钢丝绳的振动幅度来判断钢丝绳是否出现振动异常。一般地，当箕斗处于加速阶段或在爬行阶段时，钢丝绳的振幅不大于300mm左右为正常，否则视为钢丝绳异常振动;当箕斗完成加速后处于稳定运行状态时，钢丝绳的振幅不大于70mm左右为正常，否则视钢丝绳为异常振动。根据钢丝绳的振动幅度和托辊在输送带中的功能，特将输送带中的普通托辊更换为刚性托辊。刚性托辊的应用可承担很强的载荷，并承受钢丝绳在不同运动阶段的振动。此外，要求松绳检测装置能够同时监测托辊转动及松绳保护的信息。

2.2优化处理采集松绳保护信息

在提升过程中，将松绳检测装置所采集到的松绳信息分为如下三种，并采用针对性方案进行处理。1）箕斗在卸载过程中会产生一个与重力方向相反的冲击力，在该冲击力的影响下钢丝绳会出现大幅度的上下晃动。当松绳检测装置检测到上述情况时，若上述晃动持续超过3s，系统会自动进行安全制动操作，即提升系统的松绳操作立即停止工作。2）当系统在加速运行阶段时，由于存在牵引力突变的情况，导致在加速阶段内钢丝绳会出现大幅度的振动。牵引力突变所导致的钢丝绳大幅度振动会不断对松绳保护装置造成冲击。当钢丝绳解除松绳保护检测托辊的时间超过0.5s时，松绳系统会立即停止工作。3）在系统处于稳定运行状态时，当出现托辊转动100°或钢丝绳与托辊相接触的情况时，系统会立即断电，并由之前的线性变化状态转换为完全制动状态，从而使正在提升过程中的容器缓慢停机。基于上述不同运行状态下所采取的不同停机标准，待系统趋于稳定后，将钢丝绳与松绳保护检测装置之间的距离调整到90mm左右，以確保系统在加速阶段不会出现钢丝绳与松绳保护装置相碰撞的现象。即便是当箕斗的运行状态出现异常，甚至出现掉轨的故障时，钢丝绳能够在第一时间内与松绳托辊相碰撞，进而达到在故障早期就及时停机的目的。

结束语

综上所述，煤矿井下作业过程中，无极绳绞车装置是运输环节关键的装置之一，为了保证其安全运输、持续运输的能力，需要通过设备结构的优化，将压绳装置的受力方式从斜向牵引力变成径向牵引力。同时降低该装置的钢丝弹出风险，有效降低车辆脱轨的现象，提高运输下率和安全系数，为我国煤炭行业的发展提供可持续的保障。

参考文献

[1]邰彦海，闫炳胜.煤矿井下无极绳绞车压绳轮的改装[J].矿山机械，2015，43（03）：143～144.

[2]李文华，郭仁宁，郑连宏，等.竖井提升的松绳保护[J].煤矿安全，2002（1）：40-41.

[3]申玉罡，魏士敬.立井提升机天轮全程松绳保护探索与实践[J].煤炭科学技术，2012（supple）：91-92.

[4]李慧，陈兴江，陈斐.一种矿用无极绳连续牵引绞车综合保护装置[J].工矿自动化，2010，36（6）：120-122.

[5]杨兆建，王勤贤，赵子龙.矿井提升系统松绳保护方法研究[J].矿山机械，1997（3）：20-22.