提高煤矿用提升机安全性的方法研究

提高煤矿用提升机安全性的方法研究

方建中

开滦股份范各庄矿业分公司，河北 唐山 063100

摘要：近年来，我国的现代化建设的发展也有了进步。矿井提升机是大型机电液一体工业设备，是矿山地面与井下连接的“咽喉”，也是煤炭采掘的生命线，用于输送矿石、设备和工作人员，出现任何故障都会导致煤矿开采停工，也可能会发生严重事故导致人员财产损失，因此社会各界对矿井安全运营的关注度空前提高，尤其是我国安全法执行力度的不断深入和强化，煤矿企业也应用各种新技术来防止事故出现。矿用提升机电力消耗大，维护保养成本高，决定了煤矿开采的经济和安全性，也决定了煤炭生产的开采和设备的检修周期。作为关键设备的矿用提升机如何安全运营，如何系统性地加强提升机安全措施在信息化时代的煤炭开采过程中显得尤为重要。

关键词：提高；煤矿用提升机安全性；方法研究

引言

矿用提升机作为煤矿开采中的重要设备，已在煤矿中得到了广泛应用，监控系统则成为保证提升机作业安全的重要系统。现有的监控系统大多存在监控精度低、响应速度慢、计算能力差等问题，加上井下环境的恶劣性和设备使用年限相对较长，导致现有的监控系统存在严重老化或信号误报率高等问题，严重影响着提升机的作业效率及运行安全。因此，有必要将更加先进的控制技术应用到监控系统中。为此，结合现有监控系统存在问题及PLC控制技术的优势，开展了基于PLC控制技术的提升机监控系统升级优化研究，并对改进后的监控系统进行了应用测试，由此验证了改进后的监控系统具有一定的可行性，能更好地保证提升机的作业安全。

1 煤矿用提升机故障分析

矿井提升机主要由驱动装置、液压系统、承载机构、控制与操作系统、安全监控系统和信息传输系统等组成。主轴装置是关键承载受力部件，主要由钢绳卷筒、主轴和轴承组成，并且在卷筒周圈设有木衬来降低运动部件之间的磨耗。驱动装置带动滚筒旋转来缠绕和搭放钢丝绳，实现对物料的提升和输送，承受正常运营中物料和自身重量带来的额定工作载荷，承载意外情况时的额外冲击。制动系统主要由制动器、液压机构构成，制动器在提升机静止时通过闸瓦保证提升装置不发生运动，工作过程出现意外加减速等异常情况时，制动系统能最大限度地缓解冲击，并及时停车，防止事故进一步扩展；双筒提升机在调整钢绳时，采用液压装置提供制动力，保证卷筒不发生意外转动。液压装置通过工作制动控制阀、安全制动控制阀、油缸来完成工作制动及紧急制动，为制动过程提供动力。机械传动通过减速器和联轴器完成，减速器将拖动电动机的高转数转换成工作所需的低转速和高扭矩，为了适应扭矩在传递过程中不同轴的问题，采用联轴器进行连接。传动系统的轴承、啮合齿面均采用湿式油润滑，并设置有联锁装置，保证润滑系统失灵时仍可以为高承载区域提供充分润滑。提升机设有机械和电气的自动保护系统，当发生故障时可最大限度地对人员和财产进行保护，防止二次事故的发生数据表明，60%的煤矿事故发生在制动系统中，减速器、卷筒和钢丝绳的故障发生频率较低，但每次出现故障都会引起煤矿企业停产。

2 利用新型控制系统提高提升机安全性

传统提升机电控系统的电路复杂，控制精度差，因此有必要应用新型提升机控制系统，通过主控系统实现对行程、驱动、制动、信号传输各个系统的控制。主控系统是整个系统的中枢，提升机运行过程中各个部位的状态信息、速度信息、制动状况、故障信息和运行方向等信息均发送至控制系统，主控系统根据这些信息对执行部件发出启动加减速等控制信号。主控系统提升机在运动过程中实时采集实际速度，并在特定行程发出Ｓ形速度曲线控制信号，实现对提升机工作过程的行程控制。驱动系统通过变频器接收主控系统的调速指令，并实现提升机给定速度的精密控制。

3 监控及故障诊断系统关键分系统的设计

3.1 液压站监测分系统的设计

液压站是制动器的驱动机构，为各制动闸提供压力油，以达到开闸和制动。若闸松不开而导致提升机不能运行，只是故障，不属于安全事故，若提升机正在运行必须制动时却不能回油制动，将导致所有制动闸不能制动的重大安全事故，液压站的可靠性决定了提升机的安全运行。因此，对提升机液压站进行了监测系统的设计。首先在液压站转轴法兰盘及机身上分别安装了振动传感器及温度传感器，主要负责对液压站运行过程中的振动情况及机身表面温度进行信号采集及监测。同时，在液压站上安装油压传感器和安全制动回油时间监测板，可监测一级制动油压、二级制动油压，监测安全制动时间、液压站残压等信号，从而诊断回油路的畅通和堵塞情况。另外，在液压站上安装的紧急手动回油装置，是对安全制动失灵采取的补救措施，确保制动闸回油制动可靠。由此，通过在提升机液压站上安装各类检测设备，实现对液压站运行状态及相关参数的采集及检测。

3.2 系统软件的开发设计

本系统采用模块化层次化的思想进行编写，除了能满足分析与监控的功能外，还具有操作简单、界面友好直观、运行可靠、维护方便等优点。由此，基于LabVIEW7Express平台，对提升机械装置状态监测及故障诊断软件部分进行了设计，其结构主要包括信号采集模块、参数设置模块、数据处理模块、比较报警模块、内存管理模块、数据库模块等。通过对几大模块分别进行模块内部硬件设计、程序编写及通讯接口设计，汇总实现对整个提升机机械装置的监测及诊断作用，并通过编辑的相关程序软件，将最终结果在显示屏上进行实时显示。

3.3 PLC控制器匹配

PLC控制器是整个提升机监控系统的核心部分，也是整个硬件系统的重要组成，能快速完成外界信号的全面接收，并通过内部的程序代码和计算方法，完成输入信号的分析处理，并实时向外部发出控制信号。因此，在选用的S7-300系列PLC控制器，提升机中的电压、电流、油压、温度、传感器信号等信息可通过模拟量输入接口进行输入，在PLC内部进行处理后，通过模拟量输出接口进行控制命令信号的输出。该PLC控制器的工作电压平台设计为24V直流电压，CPU采用了CPU315-2PN/DP型号，可通过循环扫描方式来接收处理输入信号，并进行相应的逻辑运算、诊断及程序编写等操作，所配备的32个功能模块，具有较强的扩展能力。同时，PLC控制器中的数字量输入模块则采用了SM321型号，能稳定、快速地将传感器信号转为CPU能识别的电平信号，是整个PLC内部的桥梁。PLC控制器中的电源模块则采用了PS307型号，并进行双电源模块的供电配置，可迅速将外部220V/380V交流电源转为24V直流电源，其工作电流范围为2~10A，能较好地满足系统不同用电的控制需求。所配备的PLC控制器能更好地满足提升机监控系统的使用需求。

4 结语

为保障提升机作业过程中具有更高的作业效率及安全，对其设备中安装的监控系统进行升级优化设计，已成为当下煤矿企业重点考虑的问题。因此，重点分析了现有提升机监控系统运行中存在的问题，以此为基础，开展了基于PLC控制的监控系统改进设计和现场应用测试，测试结果表明：（1）改进后的监控系统功能更加齐全，性能更加稳定可靠，信号分析处理速度更快；（2）改进后的监控系统使提升机的故障率降低45%左右，人员的劳动强度减轻50%左右，给企业带来的经济效益相当明显；（3）改进后监控系统得到了现场人员的一致认可和好评，同意将其进行投入使用；（4）该研究对提高监控系统综合性能具有重要作用，能有效提高提升机的作业效率及作业安全。

参考文献:

[1]孙志军.矿用提升机在线动态监测系统的设计[J].机械管理开发，2019，34（11）：216-218.