摩擦提升机钢丝绳张力监测及余煤称重系统研究与应用

牛军军 刘冲 韩超旭

摘 要 煤矿立井提升系统，因为煤的自粘性大，致使提升箕斗卸载不干净存在余煤，给矿井生产带来了较大困扰，也对提升系统安全带来了较大的安全隐患。结合云顶煤业箕斗余煤、保护装置升级改进，实时在线检测提升机钢丝绳的张力数据以及载重数据，掌握提升机的运行状况，对延长钢丝绳寿命、减轻衬垫磨损、保证设备安全运行有着很重要的意义。

关键词 煤矿 钢丝绳 实时监测 安全

1现存问题分析

提升系统因其特有的运动形式、运动距离以及其所处地下复杂的工况环境，使得常规的传感器技术以及数据传输技术难以实现对其主要运行参数和运行状态在线监测，因此国内缺乏成熟的在线监测产品。

目前国内监测提升机钢丝绳的张力的方式多数为人工检测法，不能实现自动在线监测，而现有的在线监测钢丝绳张力、张力差的监测的方法因其间接的测力方式以及传感器的设计合理性、实用性难以满足现场要求，特别是装置安装后影响了原系统的自动调绳功能，所以无法大规模推广使用。

为实时在线监测提升机钢丝绳的张力数据以及载重数据，掌握提升机的运行状况，防止提升事故的发生，我公司与肥城矿务局合作，拟定在肥城白庄矿广场副立井进行多绳摩擦式提升机钢丝绳张力在线监测及称重系统工业应用试验。

2系统整体设计

2.1技术需求分析

（1）系统应满矿提升系统技术要求，设备技术参数、整机质量及外观设计必须符合矿井的实际需求、国家行业标准以及《煤矿安全规程》等相关规定;

（2）钢丝绳张力监测采用基于机械受力的直接测力方式，能够在提升过程中实时在线监测到每一根钢丝绳张力数据，且系统安装后不应影响首绳悬挂装置自动调绳功能;

（3）测力检测元件有良好的可靠性和抗冲击载荷特性;

（4）无线发射设备发射功率，對井筒通讯电缆无干扰。且设备发射、接收的数据准确无误差，持续不中断;

（5）主要电气部分防护等级为IP67，能够有效避免淋水和潮气对精度带来的影响，保证电子设备正常运行，避免设备故障的发生;

（6）投标产品应满足矿井的安标防爆要求，应具备安标证和防爆合格证;投标单位应具有自主知识产权，应保证买方在中华人民共和国使用该货物或货物的任何一部分时，免受第三方提出的侵犯其专利权或工业设计权的起诉。

根据上述需求分析，系统的整体结构，钢丝绳监测系统包括核心处理模块、数据存储模块、程序存储模块、液晶和触摸屏控制模块、数据采集模块、以太网数据交换模块、报警模块、电源模块。核心处理模块同时与在线监测数据接口模块、数据存储模块、程序存储模块、液晶和触摸屏控制模块、和以太网数据交换模块连接;电源模块与所有模块连接，为各模块提供电源。嵌入式程序预先编写好，存储在程序存储模块中。

2.2监控模块设计

本系统监控软件能够实现分析处理及故障诊断功能，监控系统采用研华工控机，显示器为21寸，能够连续24h工作;系统具有钢丝绳张力测量、实时显示功能：系统能够实时在线读取大、小两个罐笼（箕斗）的各根钢丝绳的张力值;系统具有钢丝绳张力变化曲线显示功能：能够给用户更直观的感受;系统具有钢丝绳张力差值显示功能：软件通过对比各钢丝绳的数据，计算各钢丝绳张力不平衡度以及张力差;系统具有提升容器称重功能：软件通过对比各钢丝绳的数据分析、运算，在界面上实时显示当前载重值。同时提升大型设备时，可通过点击界面上称重按钮读取提升总重量;系统具有故障诊断报警功能：软件设有张力不平衡、过载、配重失衡等的报警功能;系统能够自动记录发生的故障：通过点击报警记录按钮，弹出报警记录查询对话框，对话框里列出了提升机运行故障的记录，用户可以按时间段、故障类型等多种方式查询报警记录。

2.3传感器模块设计

使用前，先获取每根将要投入使用的钢丝绳截面积的初始值，然后存储在本装置程序存储模块中，可以避免由基准值选取不正确带来的整个监测效果的误差。数据采集模块采用霍尔元件，监测时，若钢丝绳上有截面积变化，将引起磁路的不平衡，使霍尔元件输出相应的电压值，再经过后续电路的信号调理、转换、输出，最终得到钢丝绳的磁通量变化数值。

2.4监测定性分析方法

首先进行截面积损伤信号定量处理，将数字信号直接送入处理器，根据此信号的大小，利用嵌入式程序进行定量计算，并以断面积损失百分比的形式输出。然后对局部损伤信号的定量处理，通过对峰值信号进行采样后送入A/D转换器，同时辅以光电编码器光电记录的定位，经处理后，即可确定出断丝数量及其所发生的位置。随后对结构损伤信号的定量处理，通过对转换为电压信号的张力信号的处理，并与钢丝绳张力阈值进行对比，经嵌入式程序定量处理后进行张力危险分级。根据检测信号和钢丝绳的用途，确定不同的安全要求，和确定最后得出钢丝绳工作状态预警，根据钢丝绳的寿命和状态参数变化变化趋势，对钢丝绳进行故障诊断和可靠性预估。

3 结束语

本系统解决当前钢丝绳故障诊断领域不足之处的智能诊断和预警装置，基于实时监测数据，通过预先在处理器里设定好的判断流程来判别钢丝绳的工作状况，如果诊断得到故障结论，会给出相应的报警信息。本系统具有结构简单、成本低、使用灵活的特点。

参考文献

[1] 宁选凤，苏昌学.矿山数字化的探讨[J].现代矿业，2009：31-32.

[2] 韩晓冰，田丰.数字化矿山中安全监测系统应用研究[J].煤矿安全，2009：4-6.