矿井提升机（主立井）预防超载的设计与应用

摘要：对于立井开拓的煤矿，如何预防主立井提煤时发生提升机超载是保证矿井提升机安全运行的必要条件。现主要介绍一种在现场实践应用中取得了良好效果的预防主井提升机超载的设计与应用，并对其他预防超载的做法进行了探究，希望能够抛砖引玉，引起业内人士对提升机超载预防的重视，创造出更多、更好的应对策略。

关键词：矿井提升机;超载;保护预警

0    引言

煤矿主立井主要担负矿井提煤的重要生产任务，是直接关系到矿井生产与安全的要害关口。一般而言，主立井提升机具有载荷大、运行速度高、提升钩数多等特点，如何保证主立井提升设备的安全运行，是煤矿必须面对的课题。

1    矿井提升机超载的危害及常见原因分析

提升机发生超载是威胁主立井安全运行的重大隐患之一，容易引发提升机滑绳、倒转、堵转等极端状况。如果平衡尾绳稍重，还会造成提升机在井筒内超载停车而无法启动，处理起来相当困难。

目前，国内绝大部分主立井采用定重装煤的方式，且定重设备多为定量斗，笔者所经历过的现场工况亦是如此。

根据现场经验，总结出造成偶发超载现象的主要原因有：定重装载系统设计存在不足，在外围传感器（主要是到位传感器、称重传感器等）工作异常的情况下，再次向提煤箕斗内装煤;另一方面，是箕斗内的煤在主立井地面卸载过程中由于特殊原因不能完全卸尽，再次下放到井下装载站定重装煤，造成箕斗内装煤超载。

2    矿井提升机超载预防策略

下面结合工业现场出现的具体情况，介绍一种行之有效的预防提升机超载的设计与应用。

（1）提煤容器二次装煤也称“装重罐”，是指定重装置向提煤箕斗完成一次正常定重装煤之后，又一次或更多次向箕斗装煤的现象。

笔者切身经历过主立井的二次装煤超载事故，虽未造成严重后果，但耽误了较长的生产时间。我们深刻吸取教训，对系统运行的漏洞进行全面、细致检查。

此例，我们通过对现场主立井自动化定重装煤系统的控制工艺进行分析后认为：未改造前，箕斗到位后，定量斗装煤过程是一次扇形门“关到位”→“中间位”→“开到位”→“中间位”→“关到位”的过程。

系统通过对扇形门“中间位”次数的计数，即扇形门经过两次“中间位”认定定量斗向箕斗内已经装煤，箕斗内有料，扇形门被闭锁不能再次打开。这样的控制方式在系统正常时没有问题，但有可能会因为扇形门“开到位”传感器故障没有返回信号，“中间位”只能被计数一次，系统误认为箕斗内“没有料”，扇形门未被闭锁而可以误操作从而再次打开。

鉴于此，我们最终采用了对定量斗“扇形门开”指令二次闭锁的方式解决这一难题，具体如下：为了避免定量斗向箕斗二次装煤，就必须保证定量斗扇形门每一钩只能打开一次，这样就可以通过对定量斗“扇形门开”指令发出的次数进行闭锁。箕斗到位时，系统发出一次定量斗“扇形门开”指令到该指令结束，相当于开、关一次扇形门，也相当于“定量斗开”指令的一个上升沿加一个下降沿。采用一个计数器C28，并将其常闭点串入定量斗“扇形门开”指令发出的回路中（图1）。对开指令的上升沿和下降沿计数（图2、图3），当C28的值大于等于2时，其常闭点打开，就使得定量斗“扇形门开”指令无法再次发出（图1）。如想再次打开扇形门，除非将本钩提升到地面卸载站，完成一次卸载，利用箕斗到位信号T119将C28复位（图3）。

通过以上对原系统控制工艺的改造，扇形门的安全闭锁与其到位传感器不再有关系，完全避免了因传感器故障而造成的二次装煤现象。

（2）主井提升机超载的另外一种情形就是上文提及的提煤箕斗内的煤在卸载站不能完全卸尽。造成这种现象的常见原因有煤的黏度过高、箕斗内异物堵塞等。下面再对这一类超载的预防进行探究。

我们以现场常见的立井双箕斗交替提升为例进行分析。预防此类超载的关键在于超前预警“卸煤箕斗的煤未卸尽”，并闭锁定重装载系统再次向提煤箕斗装煤，直到现场人员将箕斗内余煤处理完毕。

讨论该设计方案前，我们首先需引入吨位电流值的概念，也就是提升机提升1 t煤所产生的电流，我们设为I0。主立井采用自动化定重提煤时，每一钩的提煤重量是一定的，那么，提升机运行到等速段时（即装煤箕斗上提、卸煤箕斗下放过程），其运行电流值也是稳定、变化不大的。这个值我们可以通过现场的观察得出，设为I1。正常提升时，以上两个电流的关系近似为：I1≈吨位×I0。

假设卸煤箕斗的煤没有完全卸尽，那么等速段时提升机的运行电流就比正常运行要小，这也是我们设计该保护预警的基本原理。通過查阅提升机的原始设计，我们可以得知提升机的过载吨位（比正常提升多提的吨位），设为A。实际运行中，通过对等速段电流的实时比较，即|实际电流-I1|≥A×I0时，系统发出预警，这对现场实际应用有着重要的意义。

实现该设计硬件方面需要提升机的电控系统与定重装煤系统互相配合，软件方面要按照设计原理进行编程，在此仅提供设计理念，不再详细论述。

3    结语

以上设计与应用不需要太多硬件、软件的投入，也不需要对提升机控制系统进行较大的改造，即可有效实现对主立井提升机超载的预防和安全预警，对于保障煤矿主立井提升机的安全运行有着重要的实用性和推广价值。

[参考文献]

[1] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-300 PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[2] 《矿井提升机故障处理和技术改造》编委会.矿井提升机故障处理和技术改造[M].2版.北京：机械工业出版社，2013.

收稿日期：2020-02-26

作者简介：靳继波（1985—），男，山东济宁人，工程师，中天合创能源有限责任公司下属矿井电气工程师，研究方向：矿山机电。