万福煤矿主井提升机提人模式改造

韦节明 颜新房 张纪飞

（兖煤万福能源有限公司，山东 菏泽 274922）

兖煤万福能源有限公司位于山东省菏泽市，设计年产180 万t。矿井主、副井均选用一部JKMD-4.5×4(Ⅲ)型落地式多绳摩擦式提升机。其中主井提升容器为侧卸式箕斗，箕斗上部装载口设计有乘人空间盖板，当盖板拉起时下方箕斗本体可装煤，盖板放下后盖板上部空间可作为临时乘人空间使用。

与其他矿井不同，由于万福能源有限公司主副井仅设置一部提升机，当副井提升机系统出现故障或进行大型检修，导致副井无法正常工作时，人员升降只能通过主井提升系统。主井提人工况的安全可靠性直接影响到人员升降的安全。因此，对主井提人工况的可靠性研究和设备改造对主井临时升降人员和井下人员应急逃生具有重要意义。

1 主井提人模式改造背景

万福能源主井提升系统在提人运行工况下存在很多问题，提升机控制程序无法根据提升高度自动控制加减速度和到位位置，箕斗接近上下人位置后无法进行自动减速及停车动作，提升机保护装置的位置和参数设计与提人工况不同，人员进出箕斗乘人空间时操作繁琐，人员在井筒附近操作危险性及事故风险大。因此，为保障主井提升系统提人工况下的安全可靠运行，确保人员升降安全，需要对主井提人模式进行技术改造。

2 主井提升改造方案设计

2.1 提升容器位置的确定

以主井箕斗卸载点位置提升高度记为0 m，装载点提升高度-873 m，主井上井口高度-28 m，主井下井口高度为-857 m，提煤运行区段长于提人运行区段，且上下井口人员进出箕斗乘人空间位置与箕斗装卸载位置均不统一。根据前期设备运行实际观察测算，下井口人员进出箕斗位置较为狭小，如使用B 箕斗进出人员，距离装载机头护罩间距不足1 m，人员操作空间较少，作业难度较大。在双箕斗升降人员时，两部箕斗在上下井口不具备同时进出乘人空间的条件，且一部箕斗人员进出时，另一部箕斗内人员需要长时间吊在井筒内。如采用单箕斗升降人员，相比于双箕斗提升，仅需要对一部箕斗对应的上下井口设备进行操作，停车位置相对固定，且不再需要调平对位，减少了人员吊在井筒内的时间，提升周期明显缩短，提升效率显著提高。故本次提人模式改造采用A 箕斗单箕斗升降人员方式进行改造。

2.2 提升装置井筒开关位置确定和作用方式选择

为实现提升装置各类安全保护功能，井筒内需要安装多组井筒位置开关作为保护功能检查试验点，包括容器到位点、过卷保护点、位置同步点等。其中，箕斗在上下井口的到位点可兼作位置同步点使用。

由于万福矿主井采用钢丝绳罐道设计，箕斗在井筒内运行轨迹摆动较大，若在井筒内布置机械式磁开关，在提煤工况下开关容易被摆动的箕斗碰撞损坏，故采用磁感应开关作为箕斗到位点和过卷点的感应开关，可有效增加位置开关和箕斗本体的间距，同时也能确保磁感应开关与箕斗间的安全距离。井筒[1]内提升减速点根据提升速度图计算减速距离后，通过提升机PLC 程序内编码器位置计算设定计算点。

由于主井井口房内井筒开关接线备用芯线不足，重新放置新线施工难度较大，故采用通过装载站、卸载站井口就地接线箱接收新增的井筒开关位置点，并通过PLC 通信的方式传输至提升机房内，从而实现提升机PLC 对箕斗到位状态的传输。

2.3 提升模式切换设计

提人模式下，上下井口信号联系由原有的装卸载站更改为井口就地箱，存在多点联系导致误操作的可能性。为增加安全功能，在主井提人模式下，装卸载信号系统和提升机控制系统需要独立进行调整，模式切换采用两系统各自独立切换、相互结合工作的形式。主井提升机提升系统由操作台旋钮调整“提人/提煤”两工况模式，信号系统由装载站、卸载站、车房总站三个信号就地操作台共同进行切换。在提升机和信号系统均已切换至提人模式后，在提升机房内通过新增的“提人模式确认”按钮确认后提升模式转换为提人模式。当任意一套系统未完成切换时，“模式确认按钮”无法正常使用，提人模式无法正常使用，提升机安全回路无法合闸。

3 主井提人模式技术改造方案

3.1 提升曲线设计

主井提人模式时上井口出罐位置深度指示为-28 m，下井口出罐位置深度指示为-857 m，提升高度829 m，运行速度给定如图1。

图1 主井提人模式速度图

箕斗初始加速度为0.2 m/s²，当箕斗加速至0.7 m/s 后，加速度增加至0.7 m/s²，箕斗以5 m/s 的速度运行780 m 左右开始减速，减速度为0.7 m/s²，减速至0.5 m/s 运行12.7 m 后进入低速爬行段，运行2.1 m 左右到达停车开关后提升机停止运行。

3.2 辅助设备

3.2.1 井筒开关安装

上下井口到位及过卷开关选用磁感应开关，在箕斗外侧安装磁铁，磁铁和开关相互配合使用。

箕斗在上井口到位停车时，箕斗顶部与井口内套架横梁位置保持同一水平，故提人模式到位磁铁安装在箕斗顶部，与套架梁平齐，并和提煤位置磁铁保持足够间距，确保磁铁附近箕斗装备磁化后依然不会相互产生干扰。

上井口到位磁开关安装在井口内套架横梁处，焊接固定；下井口磁开关安装在加工好的开关架上，开关架采用角钢焊接，使用膨胀螺栓固定在井壁上，确保到位、过卷开关间距在0.5 m；上下井口到位位置以磁铁位置为准，安装时与箕斗本体保证50 mm 以上间距，以免箕斗在钢丝绳罐道范围内运行时发生摆动，碰撞开关。

3.2.2 行人过桥改造

上下井口安装翻板式行人过桥和护栏，替代原有移动式行人过桥。提煤运行期间，行人过桥及护栏翻折出井口范围，并限位固定，防止影响箕斗运行；在提人运行期间，箕斗运行至到位位置后，盖板放下。具体位置和运行情况如图2。

图2 翻板式过桥两种工作状态（正视图、左视图）

3.3 程序优化

根据提人模式工况要求和提升设备的功能实现情况，对主井提升机和装卸载信号系统进行优化改造，具体内容如下：

3.3.1 模式切换程序

在提升机PLC 控制程序中，新增提人模式确认和切换程序，对装卸载信号系统提升模式状态量进行读取，并通过提升机操作台增加的“提人模式确认”按钮和旋钮完成模式切换功能。

卸载站和提升机增加模式切换旋钮，提升机操作台增加“提人模式确认”按钮。当需要对提升模式进行切换时，由卸载站人员和提升机司机分别将操作台提升模式切换为“提人”模式。切换完毕后，由司机在提升机房将提升机切换为“提人”模式。确认信号和提升机均切换完毕后，司机按下新增的“提人模式确认”按钮完成提人模式切换。修改后的程序画面会将当前提升模式在组态画面上高亮显示，起到警示作用。

模式切换后，装载站、卸载站、提升机房三地点需要按下操作台上的“提人信号允许”按钮，此时提升信号方可由上下井口就地检修箱发出，同时装载站和卸载站操作台处信号点被闭锁无法发出。至此，提升模式和信号转发模式均切换完毕，提升机按照提人工况运行。

3.3.2 主要安全保护功能设置

通过模式切换，在提人模式下，提升机的各类安全保护功能使用提人模式下对应的箕斗位置和保护速度要求，同时将提升速度曲线切换为提人模式下的提升速度曲线[2]。具体安全保护功能实现方式如下：

1）过卷过放保护：通过井筒内过卷开关实现，过卷开关与到位位置相距0.5 m。当箕斗运行至该位置时，提升机保护动作停机。

2）超速保护：煤矿安全规程规定超速保护限幅为15%，提人模式下速度包络线调整为5.5 m/s，超过提人模式下最大提升速度的10%。当提升机全速运行超过该速度时，保护动作停机。

3）减速功能保护：在提人模式下，减速功能保护通过编码器计算位置实现。当提升机到达设计减速点时，提升机发出声光报警信号。

4）限速保护：限速点设置在距离到位点6 m 处，使用程序内读取的编码器深度指示模拟点为准，如箕斗到达该位置时速度超过2 m/s，保护功能动作，提升机制动停机。

PLC 中提人模式和提煤模式的保护功能相类似，但采用相互独立的程序段，根据模式切换状况分别工作。

3.3.3 其他设备改造

1）增加井口护栏和翻板式安全门并增加闭锁功能

由于箕斗和井壁存在间隙，人员进出箕斗时需要跨越一段井筒空间，十分危险。根据人员上下井位置处箕斗与井壁的间距，设计并制作了翻板式过桥和安全门，并在安全门和过桥转轴位置安装了磁感应开关，对应开/闭两位置。通过磁开关对位置进行监控，实现了过桥和安全门闭锁。当上下井口人员操作行人过桥和安全门时，通过信号闭锁点将信号系统闭锁，使提升信号无法发出，确保了上下井口操作人员的安全，也提高了人员进出箕斗的安全系数。

2）乘人空间帘门改造

使用箕斗升降人员时，原A 箕斗乘人空间东侧帘为临时固定，每次上下人均需井筒维修工重新放置并固定，期间需要多次上下运行提升机进行高度调整，并且需要大筒工在箕斗内和平台来回走动，每次切换时长在15 min 以上。通过改造，帘门更改为框架结构，顶部横杆由固定式改为旋转式，底部通过螺栓进行限位固定，站杆两侧与箕斗本体间距10 cm。当需要人员提升时，将底部限位螺栓拆除，人工将帘门框架拉起，后部通过挂钩固定，为乘人盖板预留空间。再用手拉葫芦将乘人盖板拉起后固定，可以实现单人5 min 内切换完毕，提高了模式切换时的工作效率。

4 使用后的改进措施

提人模式初步改造完毕后，前期使用期间仍发现有一些问题，影响人员和设备安全，需要进行进一步的改进。

4.1 提升机运行命令程序优化

由于提升机PLC 源程序无提升模式设计，使用时发现当提升模式未完全切换至提人或提煤模式时，提升机仍然会默认为改造前的模式，提升信号和提升机的提升模式不对应的情况下仍然可以进行提升，源程序内未对切换不完全的状态进行闭锁。在这种情况下，通过对提升机程序段内上下行命令介入提升模式命令字段[3]，当提升机在有明确的提升模式下，提升上下行命令才可以输出，间接控制提升机的运行命令，实现了只有在提升机模式完全切换时，提升机才可以提升。

4.2 装载皮带系统闭锁

改造过程中，前期未考虑装载皮带的闭锁功能。当人员在装载皮带人行侧等候升井时，往往会倚靠在皮带架一旁，与皮带间距较小，存在皮带误动人员卷入滚筒或托辊的风险。为保证提人工况下各功能的安全使用，将信号系统程序中皮带的闭锁方式进行了优化，在装载站皮带控制程序中增加前置条件，在“提人信号允许”按钮拍下时，常闭点触发，系统自动闭锁装载皮带的启动控制回路，皮带无法开启，实现了安全闭锁。

5 改造效果

经过技术改造，主井提升系统提人模式具备以下技术优点：

1）升降人员一次循环时间缩短

主井提升机改造前，升降人员时由人工控制加减速度，为确保安全，箕斗到位前需经过较长时间的低速爬行，且由于上下井进出位置不同步，在单箕斗到位后另一箕斗在人员进出口上方，导致提升机需要多次提升对位，一次提升循环时间在25 min以上，且极不稳定。

改造后，提升机采用单箕斗升降人员提升模式，在计算机程序控制下按照设计提升曲线提升，单次提升时间在200 s，一次提升循环时间为462 s。目前矿井建设期间单班最大下井人员数量150 人左右，单次交接班时间由3 h 以上缩短为1.5 h 左右，每天能缩短5 h 提人时间，有效地控制了提升人员耗时，提高了人员提升效率。当井下出现险情，人员需要逃生时，主井可配合副井共同进行人员提升，加快人员逃生效率。

2）提升系统安全系数显著增加

改造后增加了提升机提人模式下的保护功能，同时对上下井口翻板式过桥和安全门进行了改造，降低了操作人员的操作强度，减少了人员在井口附近作业时长，有效地提高了安全系数。

6 结论

万福矿主井提升机提人模式技术改造项目，有效地解决了主井提升机在提人工况下操作繁琐、保护不齐全、危险系数大、提升周期长等各类问题，从机械设备、控制程序、安全保护功能等多方面提高了矿井提升系统的安全可靠性。该项改造方案有较高借鉴意义。