副立井提升中重力下放和辅助提升系统的应用_毛玉虎.pdf

2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.030副立井提升中重力下放和辅助提升系统的应用毛玉虎（淮河能源控股集团有限责任公司煤业分公司张集矿，安徽 淮南 232001）摘要 提升机作为立井沟通地面与井下的重要设备，若系统遭遇主电机、变频器等主要部件故障或者矿井大面积停电等事故，井下与地面运输将会中断，极大威胁井下作业人员安全与健康。为提升副立井（提人立井）系统的安全性，急需一套备用的提升设施，在紧急情况下将人员运输至井口或井底，及时撤离被困人员，并建立井上下联系。重力下放系统以提升机两侧净张力差为动力，通过控制下放速度，平稳地将提升容器运行至停车水平，从而将人员救下或重物移出；辅助提升系统通过增设一套传动系统，紧急情况下带动滚筒运转，进而实施简易提升，可有效解决提升机故障后井上下无法运输的问题，使井下与地面建立有效联系。两者作为立井提升系统的重要辅助工艺，可有效提高系统的可靠性。关键词 副立井提升系统；重力下放；辅助提升；张力差中图分类号TD534文献标识码B文章编号1672-9943（2023）01-0097-030引言在地形地质条件不利于采用平硐或斜井以及深部开采的矿区，一般采用立井提升。立井提升由于其井筒短、提升速度快、提升能力大、提升效率高等优点，广泛应用在矿井提升系统中。提升机作为立井沟通地面与井下的重要设备，其安全性与可靠性尤为重要。立井提升机从以往的单绳缠绕式发展到多绳摩擦式，从串电阻调速发展到交、直流变频调速，提升机的设备性能有了质的飞跃，但仍不能杜绝故障状态。若遭遇主电机、变频器等主要部件故障或者矿井大面积停电等，井下与地面运输将会立即切断，极大地威胁到井下作业人员的安全与健康和矿井安全生产1-2。因此，在保证主提升设备安全稳定运行的前提下，需要加入多种辅助设施和工艺装备，使提升机在故障或事故状态下，提升容器仍能顺利运行到井底或地面车场，防止井筒悬人或悬重物3-4。为了使系统具备简易提升能力，可使用辅助设施带动原系统进行低速运转，同时设置相关安全保护，进而缓慢恢复上下井口运输，为后续救援提供保障5-6。1重力下放系统重力下放系统是在提升机出现供电故障、电控故障、主电机故障、闸控系统主要液压阀故障等情形下，主提升系统虽无法正常运转，但依靠闸控系统自身设置的辅助执行机构，通过液压站内阀组联动，使提升机滚筒与闸头处于贴闸状态，保证系统缓慢运行，进而慢速完成一次提升过程的辅助安全系统。1.1基本原理由于立井多绳摩擦式提升机采用双提升容器或提升容器加平衡锤方式提升，在提人或提物状态下，由于两侧重量不同，会形成不平衡的张力差。重力下放系统可利用两侧的张力差作为运行动力，通过调节闸盘压力使两侧提升容器缓慢运行，同时对提升容器的运行速度进行控制，最终使较轻侧的提升容器慢速上升、较重侧的提升容器慢速下降，两侧提升容器顺利到达各自停车水平。通过该系统的运行，可实现副井罐笼中受困人员的快速救援和主井满载箕斗的非正常悬停处理。1.2速度控制提升机速度控制原理如图 1 所示。图 1速度控制原理在主提升系统中配置相应的辅助控制系统，并在控制程序中设定重力下放速度给定，启动时给出平滑“S 型速度曲线”，通过测速电机或高精度编码器采集提升机实际运行速度。根据测得的速度，利输出控制速度速度给定Vsetpoint控制器PID执行机构油压速度反馈Vfeedback+-能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1972023 年 2 月Feb.,2023毛玉虎副立井提升中重力下放和辅助提升系统的应用用 PID 调节器控制制动油压，使得提升机系统按照设定的速度安全运行。1.3功能保护在重力下放过程中，由于采用重力作为运行动力，制动闸头未紧贴闸盘，可能存在闸头卡阻造成运行失速，或闸盘由于长时间摩擦造成超温变形等风险。因此需在系统中加入相应的保护。（1）限速保护。该保护主要为设定速度保护阈值，实时监控提升机速度反馈。当实际速度超过安全速度范围，触发应急故障保护。（2）闸盘保护。该保护主要监控闸盘温度。通过非接触式红外测温探头，实时采集制动闸盘温度，当闸盘温度超过设定温度时，及时停车散热，避免闸盘变形。1.4实施方案重力下放系统需经过提升机闸控、电控厂家共同开发调试。其实现配置主要为：提升机闸控液压站独立的后备电源，可作为系统主电源失电后的操作和信号采集电源使用；辅助液压动力，作为闸控液压站油泵失电后的辅助电力，为液压油路提供运行压力；辅助控制系统，包含辅助控制器、敞闸手柄、编码器、急停按钮、红外测温传感器、急停按钮等，用以控制重力下放运行过程。重力下放系统控制程序如图 2 所示。图 2系统控制程序功能具体操作方法：当提升机出现故障后，若确认短时间内无法恢复运转，可使用重力下放系统进行应急救援。（1）确认井上下操作工况以及提升容器位置、内部状况，保持提升机房、井口及井底信号室的通讯畅通。操作期间，上下井口做好警戒，提升机房操作点需做到一人指挥监护、一人操作，防止意外情况发生。（2）检查重力下放系统的设备，确认各部件状况正常，操作台及远程控制台（如有）的主闸控手柄处于零位，使闸控液压站处于全施闸状态，防止重力下放系统启动后手柄不在零位而造成敞闸放滑。（3）启动重力下放系统，缓慢操作制动手柄，随着液压闸头的缓慢敞开，当达到一定压力时，提升机重载侧开始缓慢向下移动。（4）当提升容器达到预定位置时，缓慢收回制定手柄。提升机停止运行后，解除重力下放模式。（5）若运行期间出现意外情况，导致重载下放功能失效，则由监护人员拍下急停开关，提升机急停。2辅助提升系统辅助提升系统是矿井提升系统短时间内无法恢复运行时，通过装设的辅助提升设备带动提升机转动，进而将滞留于井下的被困人员安全升井或为井下留守人员打运生活用品和食物的辅助系统。该系统一般装设在副立井（提人立井）的提升机上。2.1组成部分辅助提升系统主要由应急发电机、辅助提升控制单元和执行机构等部件组成。应急发电机主要为辅助提升控制单元、辅助提升执行机构和闸控系统供电，辅助提升控制单元包括辅助提升控制器、辅助变频器等，执行机构包括辅助电机、减速器等。2.2技术方案辅助提升控制单元由安全可靠的继电回路组成，主要包含辅助提升变频器的启停控制、液压闸控系统的运行控制、辅助系统的安全回路控制等。其程序功能如图 3 所示。图 3辅助提升控制程序功能系统初始化是否故障故障复位是超速超温停机散热到达位置运行结束是否否否否是是是给出速度运行设备给出运行命令是否准备就绪系统初始化准备工作复位故障是否故障到达位置运行结束982023 年 2 月Feb.,2023由于供电系统由应急发电机供给，因此，辅助提升变频器应配置工业级两相限变频器和斩波制动能耗系统。正常辅助电动提升时，应急发电机供电，辅助电机电动；当重载下放时，辅助电机发电，斩波制动能耗系统工作。速度给定：速度主令控制器模拟量输出直接控制辅助变频器的最高速度设定，辅助变频器内部设定斜坡函数，保证速度平滑给定，避免电流突变以及机械冲击。启动控制：速度主令控制器位置开关量，即速度主令工作位（非零位位置）直接控制辅助变频器的启动命令，同时给出制动液压站开闸工作指令。停车控制：速度主令控制器零位时，停车到位信号以及故障时给出辅助变频器停机命令，同时给出制动液压站紧闸指令或急停指令。2.3功能保护辅助提升系统因使用备用电机通过齿圈啮合方式输出动力，通过调整闸盘压力，进而控制提升系统运行，存在系统过速、闸盘超温、齿圈啮合力不强、运行过卷等风险。因此，为系统配置过速、急停、超温、齿圈位置及过卷保护。（1）过速保护：辅助提升系统的最大提升速度设定为 1 m/s，因此过速保护值设定为 1.2 m/s。（2）急停保护：在操作台和辅助提升控制单元设置急停按钮，出现紧急情况时立即停止系统运行。（3）超温保护：在闸架上安装非接触式红外测温探头，当闸盘温度超过设定值时及时停车散热。（4）齿圈位置保护：齿轮箱与齿圈啮合处安装位置保护开关，未啮合则保护动作。（5）过卷保护：将提升机系统在用的过卷井筒开关接入辅助提升系统的安全回路，出现过卷时井筒开关动作、安全回路断开，系统及时停车。2.4实施方案当矿井出现断电、主传动或主电机故障等情况导致井下、地面运输中断时，可使用辅助提升系统进行应急提升。（1）确认井上下操作工况，保持提升机房、井口及井底信号室的通讯畅通。操作期间，所有平台需听从统一指挥，同时上下井口及各作业平台均做好警戒。（2）将辅助提升系统的辅助电机及减速器，通过滑动导轨移动至主滚筒的齿轮内圈，使减速器传动轴上的齿轮与主滚筒齿轮内圈充分咬合。（3）需要运送的人员或救援、生活必需品进入罐笼后，关闭罐帘门，上下井口由专人进行警戒。按照井下井口车房的顺序，向上下井口各平台逐步传递提升信号。提升机房指挥人员确认信号后，发出提升命令。（4）启动应急发电机，切换供电开关，分别对液压站、闸控系统、辅助提升控制单元和辅助变频器供电。（5）在辅助提升指令控制下，辅助变频器通电做功；通过松闸和紧闸操作，驱动辅助电机带动主滚筒缓慢运行。辅助电机的速度和转矩由主令控制器控制，在闸控系统的配合下，确保罐笼运行速度平稳、安全可靠。3结语由于立井提升的特殊性，对提升系统的稳定性要求较高，不允许出现井筒“卡死”现象。重力下放系统，可有效解决提升机在运行过程中因出现故障使井筒悬人或悬物料问题。通过该系统的运行，迅速将提升容器运行至停车水平，从而将人员救下或重物移出。辅助提升系统，可有效解决提升机出现故障后井上下无法运输的问题，在井口长时间故障的情况下，通过运行辅助提升系统实现简易、低速动车，从而使井下与地面建立有效联系。两者作为立井提升系统的重要辅助工艺，可有效提高系统的可靠性与安全性，已得到越来越多矿山企业的重视，并大力推广应用。参考文献1王永锋.矿井提升机电控系统设计分析研究 J.能源与节能，2020（5）：93-94.2管坤.矿井提升机电控系统设计分析 J.能源与节能，2018（6）：105-106.3李世东.制动控制系统在矿用提升机中的应用研究 J.煤矿现代化，2020（3）：151-153.4刘雨刚，刘兰兰，付贵祥，等.PLC 在矿用提升机控制系统中的应用 J.煤炭工程，2007（7）：58-59.5陈友明.重力下放系统在提升机中的应用 J.科技创新与应用，2016（5）：97.6刘鹏.矿井提升机变频调速控制系统研究与设计 D.太原：太原理工大学，2014.作者简介毛玉虎（1975-），男，工程师，毕业于合肥工业大学给排水专业，长期从事煤矿机电运输技术工作。收稿日期：2022-05-09能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.199