主斜井绞车智能化提升系统研究与应用

上海大屯能源股份有限公司徐庄煤矿 孙凡占

斜井绞车是煤矿主要运输设备之一，担负着矿山人员、物料、矸石甚至煤炭的运输任务，安全级别要求高，在煤矿安全生产中具有重要的地位。为了改善辅助运输环境，提高自动化和智能化水平，满足智能化建设要求，故急需对斜井绞车智能化提升系统进行研究和改进。本项目首次在大屯煤电公司徐庄煤矿Ⅱ1轨道上进行安装应用，在针对轨道特殊工况下多次进行技术研讨，经过反复论证、探讨，制定了设计绞车智能化提升系统改造方案，并秉承经济、实用、安全、安装工期短的原则，在原有ZTK型矿用提升机电控装置基础上进行设计、改造，实现斜井绞车自动控制等功能。该智能提升系统在徐庄煤矿Ⅱ1轨道已安装应用，实现了减人提效、自动控制、安全可靠等功能。

1 问题提出及研究意义

徐庄煤矿主斜井绞车运输系统存在问题如下：（1）用人多。一条斜井轨道每班正常至少安排5名职工，其中绞车房司机至少1名，下车场信号把钩工2名，甩道口信号把钩工2名。（2）环境差。绞车房所有设备同时运转时，现场噪声较大，严重影响了绞车司机的身心健康。（3）智能化水平不高。在生产运输过程中，绞车司机必须时刻坐在操作台前，手动操作，注意力高度集中，易产生疲劳开车。无法满足智能化矿井“无人值守”要求。（4）信息化程度不高。一是设备运行状态、故障信息、各类参数和现场监控画面无法上传至地面，地面无法及时掌握和读取相关信息数据，无法满足智能化矿井信息高度融合、互联的要求。二是子系统多，未深度融合，存在信息“孤岛”。（5）安全保障能力低。一是物料提升过程中，没有能够防止人员进入斜巷轨道的有效措施，易造成“行车行人”状况，引发安全事故。二是以往操作为司机接收到信号工发来信号后手动控制提升机，存在思想不集中操作人员发出错误指令的问题，存在保守操作致使提升机非全速运行降低提升效率的问题，存在司机为简化自身工作进行非正常开车造成事故的风险。三是缺少有效的视频监控装置，操作人员无法及时掌握各关键地点人员和设备状态。

2 智能化提升系统改造方案

2.1 改造原则

（1）突出减人提效。绞车房无需安设绞车司机，实现下车场一键启动，减少操作环节，绞车实现远程控制后车房实现无人值守；同时，具备自动和手动一键切换功能。

（2）突出设备运行安全。通过视频监控、移动视频、人机界面、防人员闯入装置、温度与震动检测等装置实时监控绞车以及车辆运行状态。

（3）突出设备智能化。信号提升装置具有主备两套信号系统，采用电梯式控制方式，整个装置具有个水平之间的直通扩音电话，具有沿线开车警示语言箱，具有车房绞车电机、减速机、滚筒的振动检测、闸间隙检测等功能，具有沿线道岔控制功能。自动模式下能够根据所选水平目标地自动发出开车、停车、信号转换、道岔控制指令，一键完成本次提升任务。

（4）突出设备信息化。将所有绞车运行数据、设备运行状态和现场监控画面上传地面调度，进入矿井环网，便于远程故障诊断和远程监控，为下一步矿井信息化整合打下基础。

2.2 改造方案

本系统由矿用本安型操作台、矿用隔爆兼本安型可编程控制箱、矿用隔爆型显示器、矿用防爆兼本安型以太网交换机、移动视频监控、煤矿用提升机间隙保护装置、煤矿用机电设备温度振动监测系统、矿用防爆提升机电控装置、矿用视频监控系统、人员闯入报警等多个系统组成。各个系统各司其职又互联互通形成一个全方位的监测和控制系统。系统组成如图1所示。

图1 系统组成

（1）在绞车房和各甩道安装矿用隔爆兼本安型可编程控制器和操作台。操作台之间具备语言通讯功能，实现各甩道之间直接相互通话；具备防护罩以及钥匙闭锁功能（防止他人误发信号操作）；能够显示绞车运行数据（电流、制动油压、震动、温度等）。借鉴电梯运行模式设置偏口选择（在各偏口车场操作台设置偏口选择，选择偏口后各车场预警，绞车自动运行，根据设置程序直接到达指定车场）；显示各岔位（道岔人工控制，但必须检测位置）、挡车器状态（常闭式挡车器、D型挡车器和道岔活动轨安装常开、常闭到位传感器）；安装急停和清除按钮；安装停车信号（减速停车）、慢提、慢松信号；显示滑头运行位置。

（2）提升系统开车信号具备闭锁功能，只有滑头所在车场操作台发出提升信号，其他车场只能发送联系信号。绞车停在斜巷中间（故障原因），由就近偏口发提升信号，再次提升。车房安装千兆以太网交换机，实现绞车运行参数和视频画面上传功能。地面配置硬盘录像机及显示器，对井下绞车视频可进行存储显示。

（3）在车房和各甩道安装高清网络摄像仪，在下口车场安装24in液晶显示器和硬盘录像机、防爆控制键盘等，实时监控车房和各车场现场画面和绞车各种数据，并可实时查看视频回放。

（4）在各甩道安装防人员闯入监视装置，人员闯入后立即发出语音报警。

（5）在绞车钩头车前端安装移动摄像仪，轨道沿线及边坡点安装无线数据采集分站，采集钩头车运行实时视频信号（如轨道工况、巷道情况），通过无线传输到绞车司机处显示器，使操车司机能够清晰看到钩头车前后的实时图像，全面掌控绞车的运行状况，及时发现运行隐患，作出正确的操车反应，从而提高系统运行安全。

2.3 开车步骤

（1）甩道口接车处信号把钩工到位就绪准备工作完毕后，按压操作台上相应提升信号点数按钮以及水平选择按钮，信号发出后等待绞车开车。

（2）下口操作台接到信号后，操作台显示相应水平和信号点数，操作人员按压确认按钮，绞车按程序设定开车。

（3）当车辆到达指定甩道口过道岔后，绞车按程序自动停车，绞车停止后，甩道信号把钩工扳动道岔后，按压信号点，下口点击确认按钮后，绞车自动下放，到达程序设定位置后自动停车。

3 系统改造方案应用效果

（1）减人提效。设备改造后，只需在Ⅱ1轨道下口设置1名司机，智能提升监测控制系统在全自动模式下，只需要在出发地发出信号，即可实现矿车从当前地点运行到目的地，可减少车房司机和信号工，每班节省岗位工人3名，按三班四运转计算可节省12名，年节省人工成本72万元。

（2）降低职工劳动强度。实现一键启动，将原来的10个操作环节减少到4个，减少了司机和信号把钩工操作步骤和操作时间（挂车→选择目的地→发信号自动运行到位后自动停止→摘车）。中间道岔的直到、弯道转换，出车场慢信号、直到快信号转换全部自动运行，减少了信号工的操作步骤。

（3）提高工作效率。整合现有软、硬件资源，提高提升效率。通过结合现有软硬件资源，增加部分硬件控制设备，完善原有控制程序，实现了绞车的全自动开车。在各甩道车场自动加减速和停车，实现提升速度精确控制，降低了运输提升成本，最大限度的提高了绞车的提升能力，提高了提升效率。

（4）提高安全性能。完善绞车系统安全保护功能，将人员防闯入、各地点视频监控、移动视频等多种监测功能融合到一起，增强斜巷运输安全保障能力。

（5）提高信息化水平。实现在地面对所有设备运行参数、故障信息和视频监控的远程发布，提高运输系统信息化水平，满足智能化矿井建设要求。

总结：随着该系统在Ⅱ1轨道的成功安装与应用，通过对提升绞车进行创新改造，自动化斜井绞车的成功运行，标志着煤矿绞车运行模式进入了一个新的时代，开创了斜井提升机房“无人值守”应用的先例，为今后国内智能提升控制积累了技术资料和宝贵经验。