矿用提升机载荷监测保护装置的应用研究.pdf

矿用提升机载荷监测保护装置的应用研究张传伟翟军存(山东能源集团 新矿集团内蒙能源新上海一号煤矿内蒙古 鄂尔多斯)摘 要:提升机能起到运输作用 在提升机运行过程中超载和欠载等因素使其运行稳定性与安全性受到影响 在立井提升过程中如果发生矿车掉道、二次装载或者松绳卡罐等问题会提高安全事故发生概率 在此背景下本文对矿用提升机载荷监测保护装置进行了深入研究首先对曾经发生的提升机事故案例进行总结分析随后对矿用提升机载荷监测保护装置的功能需求进行阐述最后基于案例探究提升机载荷监测保护装置的设计关键词:矿用提升机载荷监测保护装置应用研究煤矿管理中图分类号:.文献标识码:文章编号:()我国现代化建设不断加快社会发展对煤炭资源的需求越来越大进而对煤矿开采提出了更高要求为实现这一目标首先要保证煤矿作业环境安全矿用提升机是开采作业的重要工具之一 但矿用提升机在运行期间可能会受到外界因素的干扰导致安全事故发生影响煤矿开采效率 基于此矿用提升机载荷监测保护装置的应用研究具有现实意义 我国既往矿用提升机系统事故案例总结.白洞矿事故 年 月山西省的白洞矿发生了安全生产事故主要原因为提升机出现故障 号提升机在工作人员的操作下到达指定位置开展卸货作业在此过程中箕斗内部存在的矸石及其他杂物对扇形闸门造成了影响导致其无法自行恢复到正常状态使箕斗在装卸点处卡死 而井架信号人员未能在第一时间发现故障依旧为操作人员发送正常的操作信号在后续操作中出现了松绳问题松绳与箕斗之间相互缠绕箕斗内的矸石和其他杂物相互塌落随后扇形闸门恢复到正常状态而箕斗装置快速坠落最终对钢丝绳装置造成了严重破坏箕斗装置坠落到矿井底部给煤矿造成了巨大的财产损失.华宫矿事故 年 月山西省的华宫矿发生了严重的煤矿生产安全事故主要原因是提升机装置出现故障 在华宫矿的副矿操作人员在接收向上提升的操作信号后对提升机进行正常操作但在此过程中绞车出现了滚筒反转现象同时速度开始加快操作人员通过主令手柄归零、脚踏紧急制动及手闸手柄制动等操作后均无法实现绞车装置的正常制动导致了绞车过卷事故造成了 人以上伤亡 提升机控制系统在运行过程中拖动力矩时间较长导致在低速重载的情况下发生了溜车现象且绞车安全控制系统及执行机构并未依据系统设定指令运行无法保证系统运行安全 对本案例进行分析总结提升机在立井提升的过程中容易出现安全事故如松绳、超载、欠载、打滑以及超载荷差等 矿用提升机载荷监测保护装置功能需求及需解决的问题.功能需求在矿用提升机的载荷监测保护装置设计环节要对煤矿作业的环境安全需求进行充分考量分析保证系统具有以下功能:实时监控钢丝绳的张力 监测保护系统在运行过程中应实时监控读取钢丝绳的张力参数同时输出、展示和储存具体参数为提升机载荷计算提供数据保障在出现系统故障时能及时报警并立即停止提升机操作保证提升机处于安全状态实时监测提升载荷与钢丝绳的张力差 基于监测收集的钢丝绳张力差对提升机的总载荷量进行精准计算进而得出提升机罐笼的静载荷查案数实现对提升机装置的实时监测.需解决的问题在保证提升机载荷监测保护装置功能正常的同时还要解决以下几项问题:依据煤矿开采作业的规范需求在系统运行过程中有效适应井下作业环境根据系统电路的设计需要科学分析电磁干扰问题保证系统能够安全稳定运行 在提升机转载及卸载过程中可能会出现不规律的抖动现象进而对张力装置的油压造成一定程度上的影响出现油压不稳定波动的情况 在下位机系统设计过程中要对数据波动情况进行思考分析防止出现状态判断失误或者虚假报警等问题 矿井的井筒环境相对比较复杂提升机运行过程中会对无线信号传输产生一定干扰因此在系统设计时应设计泄漏电缆以保证无线信号传输的时效性与精准性 案例分析.监测系统原理针对矿井提升机故障引发的事故本次研究提出了一种对提升机载荷进行监测保护的系统能对装载量超出限值、卸载余留煤量超出限值、张力不平衡以及卡罐等故障进行有效监测诊断并及时报警 在特殊需求下还能有效断开安全回路防止煤矿安全生产事故为保证监测保护装置能够正常有序运行在设计过程中添加了故障智能化检测系统可针对无线通信信号不良、系统电量不足、控制柜系统电源不通及传感器故障等问题开展具体检测 此外系统还设计了黑匣子系统能对历史故障信息进行回看查询 从整体角度来看提升机载荷监测保护系统具有功能多样化、信息直观化、反应灵活及装置可靠的优点能大幅度提高对提升机运行情况的监测与保护效果.系统功能提升机载荷监测保护系统功能包括以下几种:剩余煤量监测 在煤炭卸载后对剩余煤量进行检测与计算如果发现剩余量超过最大限值系统会发出警报同时断开提升机的安全回路装载量监测 在煤矿装载后对装载量进行检测与计算如果发现装载量超过最大限值系统会发出警报同时断开提升机的安全回路张力不平衡监测 系统能够对提升机主绳的运行情况进行实时的全面检测主要监测内容为绳的张力如果发现主绳的张力参数超过最大标准值则会自动报警卡罐监测 提升机在运行过程中因容器卡罐问题导致过载现象系统能对这一问题进行及时精准判断并提供报警功能具有安全回路断开功能系统故障查询功能 系统操作人员通过故障查询的按钮即可查询 天内的载荷故障信息以实现对系统运行状态的有效掌握与监控故障自动检测功能 对系统运行过程中可能出现的各种故障问题进行自动监测常见的系统故障包括无线通信信号不良、系统电量不足、控制柜系统电源不通及传感器故障等 同时系统主监测页面会将具体的故障原因及判断分析内容展示出来以便操作管理人员进行检修维护工作用户操作辅助功能 系统提供用户操作辅助功能即对系统各项功能与操作指令进行详细的介绍与引导便于操作人员能够正确、顺利地操作系统开展工作.检测原理矿用提升机载荷监测保护系统运行原理如下:信号处理 利用小波降噪的方法实现对张力信号的有效处理能够有效去除多余的信号张力检测 将压力传感器装置安装到活塞杆端头能减少对提升装置的负面影响保证提升系统运行的安全与稳定未卸净判断 箕斗装置卸载前的钢丝绳总张力与卸载后的钢丝绳总张力差值即为一次装卸运输的卸载量如果卸载量参数大于标准参数则判定为系统存在未卸净的问题过装判断 箕斗装置在煤炭装载前的钢丝绳总张力与装载后的钢丝绳总张力的差值即为一次装载量如果装载量超过标准参数则判定为系统存在煤炭过装的问题张力不平衡判断 对各钢丝绳的张力情况进行实时监测分析依据标准规范计算钢丝绳张力如果计算得到的张力大小参数超过标准参数则代表系统存在张力不平衡的问题 提升机载荷监测保护系统主要由上位机和下位机组成 上位机主要由工控机系统组成负责接收来自下位机的信息和箕斗到位量以及定量斗的关闭量同时进行系统判断分析在必要情况下进行报警处理下位机主要由单片机系统构成能实现对张力信号采集收集、对系统电源电量的判断分析及串行通信等功能对钢丝绳的总张力情况进行实时监测如果张力参数超过限值则会被系统判定为发生卡罐故障.矿用提升机载荷监测保护装置系统设计.整体设计为实现提升机载荷监测保护的效果我国煤矿井下作业使用的提升机主要采用液压张力自动均衡机构依据煤矿行业标准规范提升机的钢丝绳与载荷差值应超过总负荷的 液压式张紧机属于半调压式的运行模式为优化提升机监测保护效果本文提出了多钢丝绳摩擦的提升机监测保护系统具体情况如图 所示图 提升机监测保护系统结构图 张力信息采集及无线传输模块均设计为全套的无线数据收集系统利用微处理器能实现拉力信息的/转换随后通过无线数据将其传输到井下系统矿井底部的输送页面能起到信息传递与承载作用 总线能将传递的信息数据转移到主站系统并对井下信息数据进行收集、分析及计算一旦发现井下出现不平衡、超载以及超速运输等问题能及时通知相关管理部门从而消除故障隐患 同时该系统能够长时间保留监测的信息数据并具有回看查阅的功能.硬件设计该装置主要包括感应器、无线通信系统及 微处理器 选用该型号的处理器能进一步降低系统的功耗在矿井口位置启动系统取样回路能完成/转换随后微处理器与无线模组系统会进入睡眠状态实现算法能耗的优化改进 系统以微处理器为核心设计了用于无线传输设备及拉力获取的方案框架 其中微处理器主要由锂电池提供能源负责对压力传感器中的仿真数据进行/变换将其转变成为 的数据信息随后利用无线模块的串口将其传输至井下串口通信系统中的发射端口和串口通信占据的引脚无法作为数据变化入口使用因此将/端口作为/变换的数据输出口 同时该系统还利用电池维持动力系统进一步节省了功率能通过系统功能实现收集开关操作 此外传感器的电压信号相对微弱在 系统中的/端口处设计了电压跟踪系统能对电压变化情况进行检测跟踪以此保证信号传输的效果 电压跟随器具有低阻抗值与高输入阻抗可将其视为阻抗变换线路进而对原有线路的系统性能进行一定的改善与优化.井下传输接口设计矿井通信系统主要负责对信号数据进行转换利用 口将其传输到主基站完成数据处理具有衔接或桥梁的作用将 作为单片机的具有集成度高、功耗小的特点 微处理器和 利用 无线通信系统能够实现质量信号的传输与接收 其中 内部设计有 控制器不需要额外设计其他控制器就能实现对 接收机装置的信号连接从而优化电路系统结构实现高效的操作管理 同时本系统利用 的单片机主要负责对 控制器和 总线的有效分离处理实现两种系统结构之间的电平平衡控制保证 数据的传输效果 此外晶片中设计 保护电路系统能对电路运行起到良好的保护效果.应用效果在矿用提升机作业过程中使用监测保护装置系统大幅度提高了矿井作业的安全性能够实现对提升机运行过程的全面、动态监测保证安全降低煤矿开采事故的发生概率使提升机系统的监测保护装置具有更高的主动性与灵动性 同时提升机监测保护系统能避免提升机出现超载运行的问题可以始终将提升机系统控制在安全运行范围内大幅度提高了煤矿开采效率与质量 结论矿用提升机在煤炭开采过程中具有重要作用能实现人员、资源及相关工具的运输转移 因此在煤矿开采过程中必须重视提升机的管理工作 本文结合提升机的常见故障提出了一种监测保护装置通过深入分析发现其具有良好的监控与保护效果可进一步提升煤矿井下管理效果及煤矿开采效率参考文献:邢彧.矿用提升机载荷监测保护装置的应用.新型工业化():.张彦辉.基于无线传输的提升机载荷监测系统设计与分析.山东煤炭科技():.王泽政.矿井提升机载荷视觉监测技术研究.中国矿业大学.徐巧格谢娜.煤矿提升机载荷动态实时监测系统设计与应用.能源与环保():.徐静.矿用提升机载荷监测保护装置的应用.机械管理开发():.蔡雨盛.基于电机转矩电流的提升载荷测量技术研究与应用.中国矿业大学.张硕.单绳缠绕式提升机载荷实时监测系统的研究与应用.中国矿业大学.作者简介:张传伟()男 山东枣庄人 本科 机电工程师 研究方向:矿山机电设备