主井煤流系统保护功能的创新与应用

王明钦 王 力 张苗苗

（兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东 邹城 273512）

1 概 述

东滩煤矿主井提升机担负着矿井原煤提升的任务，其提升设备为法国FCB公司多南矿山设备厂生产的两部4×4m塔式多绳摩擦轮提升机，各布置1对18t箕斗。装载站共布置有2条皮带，每条皮带各布置有1台配煤车、1对定量仓（A仓、B仓），采用定重装载，定量仓扇形门及配煤车动作由气缸控制，主井装载提升系统结构如图1所示。提升机主控系统采用S7-400PLC为核心的控制系统，完成主井提升机自动化控制、数字化监控运行。卸载站由SIMATIC S7-300PLC+ET200M系统组成，用于装载站控制和内部连锁，可以进行井上和井下信号的转换。

随着主井煤流系统连续运行，在实际生产过程中，原系统设计逐步暴露出一些不足，给现场作业安全和矿井高效生产带来安全隐患。一是定量仓满仓停皮带，皮带冲击量易造成定量仓过装，提升机可能因为箕斗过装而紧急停车，损伤闸控装置及井筒装备；二是配煤车洒煤造成定量仓过装，可能造成箕斗过载沉车，引发提升事故；三是装载站停风易造成定量仓扇形门意外开启，定量仓内存煤卸入井筒，损伤井筒装备，易引发较大安全生产事故；四是提升机箕斗与皮带启停协同配合效率低，易出现箕斗等煤现象。尽快消除安全隐患，提升矿井提升效率，是保证矿井可持续安全生产的迫切需求。

图1 主井装载提升系统结构图

2 研究路线及保护设计

本文根据主提升系统发生的安全生产故障，提出两条研究改进主线：（1）增加设备运行过程监测，实时与设定数据对比，异常时声光报警并停止设备运行；（2）分析职工处理故障时习惯性操作，在控制系统中做出逻辑判断，对操作的合理与否进行选择执行，闭锁错误信息及误操作指令，从控制源头杜绝故障发生。根据两条主线思路，利用现有PLC控制设施、通讯设备，修改PLC控制程序，完善提升机工艺过程，逐步解决现场隐患，使整个原煤装载环节更加周密化、合理化、系统化。

2.1 装载站皮带冲击造成定量仓过装问题

当一个定量仓已满仓，另一个定量仓称重值到满仓设定值时，主井装载皮带将自动停止运行。在惯性作用下皮带将继续减速运行，此时皮带上的存煤将继续向已满仓的定量仓装煤，该过程并不受系统控制。当给煤量较大时，易出现定量仓过装，提升机可能因为箕斗过装而紧急停车，损伤闸控装置及井筒装备。

针对皮带冲击引发的箕斗过装问题，研究装载系统控制程序，建立定量仓过装保护功能。在程序内设置数据比较值，当一个定量仓已满仓，另一个定量仓快满仓时，提前停止皮带运行，利用皮带惯性停车时间将定量仓装满。通过该方式即可避免出现过装停车。如若定量仓装载值超过设定值，则自动复位装载“自动模式”，人员切换至“手动模式”，手动2次装载，消除过装影响。具体工艺流程如图2所示（满仓值17.0t，设置值0.5t）。

图2 定量仓装载量监测流程图

2.2 装载站配煤车洒煤造成定量仓过装问题

当装载站A定量仓已满，B定量仓装载期间向A仓洒煤，A定量仓将出现过装，易造成A箕斗过装沉车，影响主井提升系统安全稳定运行。

针对配煤车洒煤造成定量仓过装问题，研究装载系统控制程序，完善过装保护功能。添加称重判断条件，当称重系统出现异常时，及时将提升机闭锁停车，输送机司机可通过手动方式分2次装载，避免启动电流过大或箕斗因过载而沉车。通过该保护的应用，由被动改主动消除故障隐患，避免引发更大安全事故，减少故障影响时间，确保提升系统安全稳定运行。具体工艺流程如图3所示（满仓值17.0t，预置闭锁值2.2t）。

图3 配煤车洒煤定量仓过装保护监测流程图

2.3 装载站停风造成定量仓扇形门意外开启问题

因装载站供风中断或气压低，造成定量仓扇形门无法正常开启，提升机箕斗因装载超时而闭锁停车。此时，箕斗及皮带已停止运行，而扇形门电磁阀阀芯处于开门工作位置，阀芯无法自行恢复至关断位置。当装载站恢复供风后，扇形门将在电磁阀开门作用下自动开门卸煤。此时，如若箕斗离开装载区域，则定量仓内存煤将卸入井筒，对井底尾绳造成较大冲击，损伤井筒装备。

针对装载站停风造成定量仓扇形门意外开启问题，研究装载系统控制程序，添加故障状态下装载站气控装置电磁阀复位条件。当装载操作模式同时处于非自动和非手动模式下，即装载掉方式，确保关门线圈始终带电，自动复位电磁阀开门信号，避免任何情况下扇形门自动开启。具体工艺流程如图4所示。

2.4 提升机箕斗与皮带开启协同配合问题

提升系统自动模式下，A、B定量仓均满仓，皮带自动停机，当A（B）仓放空后，皮带未开启，而是等待B（A）仓同时放空后，A、B门均关闭后，再自动启动皮带，易造成箕斗等煤，影响主井煤流系统提升效率。

图4 装载掉方式扇形门自动关闭流程图

针对提升机箕斗与皮带开启协同配合问题，研究提升机主控系统及装载系统控制程序，优化控制程序。在自动模式下，A、B定量仓均满仓，皮带自动停机，当A（B）仓放空后，B（A）仓满仓信号为非满状态，并且此时配煤车处于配A（B）位置时，自动开启皮带配A（B）。通过提前开启皮带给煤，提前将定量仓装满，避免出现箕斗等煤情况，提升主井提升效率。具体工艺流程如图5所示。

图5 提升机箕斗与皮带开启逻辑配合流程图

3 实施应用情况

主井煤流系统保护功能研究与应用已近2年，主井煤流系统已具备过装保护功能，主井装载可根据定量仓实际情况及时停止皮带运行，可主动消除故障隐患，避免引发更大安全事故，减少故障影响时间，确保提升系统安全稳定运行。另一方面，通过程序优化，主井箕斗与皮带启动配合性更好，主井提升效率更高，有效避免箕斗等煤情况，已取得较高经济效益。

4 结束语

本文充分利用了数字化控制技术优势，在现有控制系统程序基础上，充分结合现场生产实际，重新对主井煤流系统保护功能进行完善，并对系统逻辑控制进行优化，可及时消除故障隐患，避免引发更大安全事故，减少故障影响，降低职工维护工作量和劳动强度，自动化程度得到了进一步提升，为矿井安全高效生产提供保障。本项目的研究与应用也为其他矿井、行业或场所同类型的装载控制系统提供了一个成功案例，具有较大的参考价值和推广价值。