矿井主提升系统可靠性研究及技术改造

商栓虎

(冀中能源股份有限公司 邢东煤矿，河北 邢台 054000)

0 引言

矿井主提升机肩负着井上下矿物、设备、材料和人员输送的重要任务，其性能好坏关系着矿山安全生产和经济效益[1-2]。邢东煤矿是华北区域开采较深的矿井之一，采用一对立井开拓，主井提升机为JKMD2.8×4型落地摩擦式提升机，提升高度819.5 m，电气主控系统采用新型全数字直流提升机电控系统，其核心部件为2台西门子S7-300型PLC。传动系统采用直流电动机拖动，其控制装置使用2台ABB公司DCS800系列全数字直流调速控制装置和晶闸管整流功率单元，主回路采用磁场恒定电枢可逆并联12脉动控制方式，通过切换可实现6脉动全速半载运行，电动机使用ZKTD系列低速直联悬挂式直流电动机。制动系统采用当前提升机最先进的恒减速控制系统。在日常运行过程中，为了提高提升机及其附属设备的安全可靠性，针对发现的问题进行了多项技术改造。

1 防止提升过载功能的实现

主井提升机肩负着原煤提升的任务，在箕斗提升工况中，由于煤质差造成箕斗卸不净或操作不当等原因，使得提升箕斗装载量超过额定装载量，轻则造成提升机整流装置过流跳闸，重则出现溜车过卷现象，造成事故。针对以上问题，对提升机的主控系统及井底装载控制系统进行了改造。

1) 由于当前煤矿主井提升系统全部采用定重装载，根据其正常提升时匀速运行阶段电流上下波动很小的特点，在提煤工况下设置1个电流底限报警值，即可及早发现上述因箕斗粘煤出现的不正常情况，及时消除不安全因素。

本矿主井提升机主控系统控制原理是：主控系统负责接收、识别提升机各部分的运行状态，并根据接收到的指令向各部分发出相应执行信号；监视提升机及其附属设备的运行参数和状态，实现各种异常状态的保护报警，并根据报警级别，执行相应的操作。

本矿提升机控制系统的核心部件为两个西门子S7-300PLC和DCS800传动装置，传动装置根据主控PLC发出的速度信号进行速度环和电流环的调节，电动机电流经传动系统的控制单元反馈到主控PLC，实现对电动机电流的实时监测。本矿主井采用一对箕斗提升，提升机的额定提升量为9 t，电动机额定电流为2 345 A，正常提升时电流为1 900 A左右，在主控PLC程序块中设定的负载异常电流报警值为1 350 A。在正常提煤工况匀速阶段运行时，若电动机电枢电流小于设定的报警值，则主控系统发出声光报警信号，故障显示为提煤负载异常，提醒操作人员。主控系统将发出的报警信号故障点传送至井底装载系统，实现自动或手动装载的闭锁。当完成本次提升并排除故障后，方能恢复正常提升。

2) 本矿主井装载系统采用三菱PLC控制的定量斗式装载方式。在正常提升煤炭的情况下，主斗与副斗交替提升，由其相对应的定量斗实现箕斗的定重及装载。根据定量斗门交替打开的运行特点，在定量斗门控制程序中加入闭锁条件，使其在自动装载及手动装载运行工况下，只有当本勾提升完成后，另一侧定量斗门正常打开时，本侧定量斗门才能正常打开。若本勾完成后，另一次定量斗未打开或未开到位，则本侧箕斗在下次装载时无法打开定量斗门，从而避免因异常情况而造成二次装载。

通过增加匀速运行阶段电流值的监测和打开定量斗门的闭锁条件，杜绝了由于箕斗卸载不净或者二次装载造成的提升事故。

2 消除提升机启动溜车现象

矿井提升机在提煤工况下正常提升时，由于载重较大,或者由于故障因素造成传动装置给定反向，在提升机启动阶段，很有可能出现启动电流建立较慢或启动电流反向的现象，轻则造成溜车，重则造成过卷事故。针对以上现象对主控系统相应程序段进行了修改完善。

1) 提升机正常运行时，主控系统在收到开车信号后，向传动系统发出相应的提升或下放信号，并向制动系统发出开闸信号。若主控系统同时发出开车和开闸两个信号，则可能造成启动加速段电流过小造成溜车现象。为保证在启动时有足够的启动加速电流，增加开闸延时时间，即延时向制动系统发出开闸信号，时间设定为0.3 s。同时在提煤工况下，通过对电动机电枢电流的监测，增加开闸限制条件，当电枢电流大于300 A时才实现开闸。

2) 提升机在提煤工况下正常运行，主斗提升时电枢电流为正值,主斗下放时电枢电流为负值；停车状态下，由于电枢电流反馈值在传输过程中存在零漂现象，一般为±6 A左右。当线路故障或信号干扰时，很有可能出现主控到传动的给定速度信号反向的极端现象，严重时会造成箕斗过卷。为保证启动加速时电流方向正确，根据主斗提升电枢电流为正，主斗下放电枢电流为负的运行特点，在提煤工况下增加对电流方向的监测，主斗提升时电流应大于10 A，主斗下放时电流应小于-10 A，设定延时值为0.25 s。考虑到检修时的特殊工况，此保护仅监测箕斗距离井口2 m范围内行程段。

通过增加开闸延时、开闸电流大小监测及开闸时电枢电流方向的监测，消除了启动开闸时由于电枢电流过小或提煤时由于电枢电流方向反向造成的溜车和过卷现象的发生。

3 恒减速制动系统的完善[3-4]

矿井提升机制动系统是关系到提升机安全性能的关键部件。恒减速制动控制系统是当今提升机最先进的制动系统，其比较恒力矩制动具有减速度恒值闭环自动控制功能。在安全制动时，可以在各种载荷、各种速度及各种工况下，使提升系统按照给定的恒定减速度进行制动。在检测装置监测到实际减速度偏离给定值的情况下，通过电液闭环制动控制系统的反馈调节和补偿作用，使其迅速减小偏差、保持制动过程减速度恒定不变，达到恒减速制动的效果，从而提高了制动平稳性和安全性，提高钢丝绳防滑极限。这对提高矿山咽喉设备的安全可靠性和生产效率具有重要意义。

本矿提升机制动系统采用国产恒减速制动装置，液压站一用一备，正常提升和紧急制动工况都采用PLC进行精确控制。控制程序设定为：在紧急制动情况下，当提升容器位于井口范围内时，实施一级制动；当提升容器位于井中时，实施恒减速制动控制，实际减速度通过恒减速控制板监测直流测速发电机测得；若恒减速制动控制由于故障无法实现时，实施二级制动。在实施恒减速制动过程中若提升机运行速度小于0.5 m/s，实施一级制动。此速度信号原来是由主控系统PLC通过监测计算PG1轴编码器的数据所得，如果由于PG1提供信号中断或者由于主控PLC模块故障，造成主控系统到制动控制系统速度输出信号中断，此时提升机出现紧急制动，无论运行速度多少，制动系统都会误认为提升机运行速度为0 m/s(如果只采用测速机信号当测速机出现故障时，同样会造成此结果)，提升机将直接实施一级制动，很有可能造成滑绳等重大机电事故。

为了消除上述隐患，确保制动系统采集到的提升机速度信号可靠，特在制动系统控制中增加速度判断条件。在控制PLC程序段中增加由直流测速发电机提供的速度信号，使其和主控提供的速度信号组成“与”的关系，只有当主控系统提供的速度信号和制动系统恒减速控制测速机提供的速度信号同时小于0.5 m/s时才实施一级制动，大大提高了制动的可靠性和安全性。

通过对制动系统中速度信号判断程序段的完善，消除了单速度信号所导致的零速误判断，杜绝了由于零速误判所造成的滑绳等重大机电事故的发生。

4 结论

矿井提升系统对矿工的人身安全及矿井的安全生产至关重要，只有在生产过程中不断地发现并消除现有系统存在的问题及隐患，才能够提高提升机的可靠性，最大程度地保障矿工的人身安全，确保矿井的安全生产。