超重超大千米立井吊盘缩短升降时间的工程实践

崔喜旺 陈彦龙 李洋洋 赵兴东

（1.中国华冶科工集团有限公司，北京100176；2.东北大学井巷与地压控制研究中心，辽宁 沈阳110819）

1 工程概况及存在问题

本溪龙新矿业有限公司思山岭铁矿SJ1（副井）工程位于本溪市南芬区思山岭满族自治乡，井口标高+215.200 m，井底标高-1 288.7 m，井筒深度1 503.9 m，井筒净直径10 m。本工程是国内首条超大超深井，稳车集成控制系统以立井稳车为控制对象，其主要控制10台吊盘兼稳车（45 kW电机）、4台整体模板稳车（45 kW电机）、1台液压伞钻倒钩稳车（45 kW电机）、1台动力电缆稳车、2台风筒稳车（75 kW电机）、2台压风供水管稳车（75 kW电机）、1台排水管稳车（90 kW电机）及1台安全梯稳车（37 kW电机）。共计22台稳车。通过应用稳车集成系统升降吊盘，其顺序为：设备检查→吊盘提升→放炮、井下通风→调平→吊盘下放（包含上电缆、信号线、放炮线卡具）→吊盘调平到位。在使用大稳车和集控系统过程中，出现多次故障，使得吊盘无法顺利地提升和下放，吊盘的提升和下放情况通过集控面板显示，在提升过程中遇到问题较多，经过初步分析出现的主要原因是吊盘不平衡和稳车过载，现将2014年1—6月以来按照吊盘提升高度为30～40 m，一定周期进行吊盘提升时间（包含调平时间）、吊盘下放时间（包含紧固电缆、信号线、放炮线卡具、调平时间）、影响因素统计如表1，其中提升平均用时45 min，下放平均用时50 min，通风时间为30 min不计入表格。

2 稳车集控设备设施开发

?

从表1可以看出：①吊盘不平衡影响吊盘升降时间；②钢丝绳受力不均，影响悬吊稳车运行，影响吊盘升降时间；③在吊盘的提升和下放过程中会经常出现部分稳车溜车现象、电机故障等致使吊盘操作盘出现报警，吊盘无法正常提升和下放，同时给施工也带来极大的安全隐患。从现场调查统计的数据可知，思山岭铁矿SJ1（副井）工程吊盘在提升下放过程中时间过长引起的原因多方面，其中个别稳车引起的吊盘不平衡，致使受力不同导致多台稳车无法同步运行，进而极大地延长吊盘提升下放时间，严重影响了工期。因此，针对出现的各类问题，需要采取一个系统的调控措施来进行改善。

2.1 稳车集控系统

本溪思山岭项目施工的超大、超深竖井，井净径10 m，井深1 503.9 m，竖井施工吊盘为3层吊盘，直径9.8 m，高8 m，自重55 t，加上吊盘上的施工设施总计约100 t，由于其工程的特殊性，初始采用PLC稳车集中控制系统。吊盘升降在实际施工中采用10台JZ-25/1800凿井绞车提升吊盘，其中每台凿井绞车缠绕钢丝绳重约11 t。尽管均采用同一厂家生产的设备，但其机械、电气性能均有偏差，使凿井绞车很难同步运行，致使每次提升下放吊盘都要消耗2～3 h，严重影响施工。

稳车集中控制系统采用PLC集散、分布式I/O控制方式，人机交互界面，采用PROFIBUS—DP线通讯（图1），每台稳车都有单独的控制柜，各单台稳车控制柜无严格要求，可以相同也可不同，但同时工作的稳车启动柜控制方式必须相同。在中央控制室允许情况下，每台稳车既可以远方控制又可以就地控制，既可以多台同时工作也可单台工作。同时工作的稳车，可以任意组合。可以将新增的稳车纳入集散控制系统，通过DP通讯线缆连接ET200M从站模块即可较为简便。通过该系统的应用，实现了稳车电机的同步运行，保障了吊盘各悬吊钢丝绳动作同步，避免了钢丝绳受力不均衡造成过载，保障了吊盘及各凿井悬吊装备的提升安全。吊盘和中心回转界面见图2。

2.2 吊盘液压涨力自动平衡装置

本溪思山岭铁矿副井属于超深、井径超大的竖井，其吊盘超大超重，必须使用多台稳车同时同步提升。虽然设计各条钢丝绳均满足受力要求，但由于稳车较多，吊盘超重，各台稳车由于其机械、电气环境的偏差，造成各条钢丝绳受力不均，形成极大安全隐患。在10条稳车悬吊钢丝绳末端于吊盘连接处，安装吊盘液压涨力自动平衡装置使各绳受力均匀，现场实际操作控制见图3。

2.3 稳车正反转检测防溜车系统

稳车集控系统起初运行很好，随着井深增加，钢丝绳本身重量及稳车负载的增加，吊盘质量分布不均的现象被放大，同时因机械等各方面原因使得钢丝绳受力不均，导致10台稳车同时提升时，个别稳车超载报警，无法正常启动以至溜车。其次变频器出现过给定提升运行信号，变频器却先输出下降，而后上提的现象。由于是偶然现象，加之安全因素，难以观察无法断定变频器是否出现故障。

溜车检测系统是通过双霍尔探头检测的，并将信号实时传递给PLC，由PLC将实际运转状态和变频器输出进行比对，以检测稳车是否处于正常的运行状态。每台稳车的检测信号，分别独立传送给其所在的I/O从站，如一台稳车线路受损，或出现故障，不影响其余检测器的使用和运行。只需在变速箱与滚筒的链接轴上加装齿轮盘，用双霍尔传感器检测齿轮盘凸起即可。齿轮盘随轴转动时，根据双霍尔传感器C1、C2的状态，及检测到凸起的间隔时间，就能判断出其转向、转速（图4）。可配合人机界面，可以设置，更改稳车启动时允许的溜车范围。

3 稳车钢丝绳拉力天轮监控系统

目前，在我国建矿过程中，大量使用吊盘、整体模块、中心回转抓岩机、排水管、压风供水管、风筒、安全梯等设备，这些设备的上下运行都有赖于稳车的运行和钢丝绳的悬吊，但由于井下条件的复杂性，以及个别工作人员的非正常操作，在运行当中经常会出现钢丝拉力超限的情况，致使钢丝绳断裂，造成重大恶性事故。针对这种特殊情况，结合超大吊盘的实际情况，利用国际先进的电子科学技术和成熟的技术手段，设计一套功能完善的监控系统。在稳车运行过程中，时刻监控钢丝绳的拉力，轻微超限，进行声光报警，严重超限，立刻切断主电路，自动停止稳车继续运行，防止钢丝断裂的事故发生。主机采用触摸式彩色液晶屏，在屏幕上能够设定各监控节点的最大拉力值（图5）。在系统运行过程中，能够实时显示各个监控节点的拉力值，出现异常，及时报警，严重超限，会立刻切断主电路，自动停止系统的冒险运行。

由于能够测量每根钢丝绳的深度，所以能够实时显示设备的入井深度，并自动扣除钢丝绳本身的重量，始终监控设备本身的净拉力，提高了检测的精度。同时对钢丝绳的运行故障有监控作用。可实现对天轮静载荷、动载荷、突然停车等数据实时记录，同时监控吊盘载荷（图6）。

每个监控节点被安装在各个钢丝绳下面，它附有一个压力传感器（图7），用于测量钢丝绳的拉力。还具有一个旋转编码器，用于测量钢丝绳的入井深度。

4 吊盘整体升降系统应用效果

2015年7月26至8月25日，对吊盘每次提升高度30～40 m时，整体吊盘整体升降系统运行情况进行统计（表2），结果表明：通过整个系统应用，达到设备的高效利用，缩短吊盘提升和下放时间，将超大吊盘提升控制在15 min之内，下放控制于35 min之内。

?

其效果还主要表现为：①降低施工成本:吊盘的集中控制，不需要更多人员去操作，其辅助设备设施安装方便，易维修；②吊盘整体升降速度快：通过稳车集散控制使得吊盘起降时间一般不超过20 min，较传统的方式起降吊盘节约时间1 h以上，减少了工作人员，加快了竖井施工进度，体现了良好的经济效益；③施工安全有保障：各个设备实施的安装都有自己的保护程序，如出现个别设备系统故障，自动停止运行，保证了吊盘升降安全。

［1］ 文 红，桂焕华，涂经辉.立井施工升降吊盘集中控制的改进创新［J］.科技与企业，2013（22）:389-390.Wen Hong，Gui Huanhua，Tu Jinghui.Improving and innovation on centralized control of lifting and sinking platforme of shaft construction［J］.Science-Technology and Enterprise ，2013（22）:389-390.

［2］ 纪灵波.超大超深竖井施工提升和悬吊技术［J］.现代矿业，2015（6）:51-52.Ji Lingbo.Lifting and suspension technology of super-deep and large diameter shaft construction［J］.Modern mining，2015（6）:51-52.

［3］ 李 涛，赖泽金，徐支松.探析超深立井凿井吊盘的结构［J］.山西建筑，2012（10）:35-36.Li Tao Lai Zejin Xu Zhisong.On analysis of structure of shaft sinking platform of extra deep shaft［J］.Shanxi Architecture，2012（10）:35-36.

［4］ 李吉沧.大直径立井三层凿井吊盘设计［J］.建井技术，2014（3）:54-57.Li Jicang.Design on three floor sinking stage of large diameter mine shaf［tJ］.Mine Construction Technology，2014（3）:54-57.