主井提升防重载下放及松绳保护研究

娄萍 张茜

铁法煤业（集团）有限责任公司 辽宁铁岭 112700

1 增设防重载下放保护的意义

重载下放就是提升机在卸载过程中箕斗未卸或未卸空，如果此时另一个箕斗未装就下放该箕斗，那么到达减速点电机断电后，箕斗在重力加速度的作用下，下放速度过快超过提升机的给定速度，易发生重载下放事故[1]。

2 发现重载下放情况的原因分析

2.1 装载过程中产生重载下放

大明煤矿立井井下箕斗装载的一般过程：给煤机从井下煤仓取煤，经过溜煤槽将煤运到装载溜煤槽，再通过扇形门装入箕斗中。因此，装载系统对装入箕斗中的煤质要求相对较高。

但是由于原煤中常常混入湿煤（粘性大）、矸石或其它异物等，易造成装入箕斗中的煤不符合设计要求，这样容易造成使箕斗内的煤无法完全卸载，留有余煤。倘若箕斗卸载不完全，留有的余煤重量较大，绞车司机不能及时发现和处理，造成箕斗带货下放，而发生重载下放的严重事故。

2.2 卸载过程中产生重载下放

大明煤矿立井主井提升的卸载方式是曲轨卸载，即利用提升机牵引钢丝绳的动力，箕斗到位时箕斗曲轨轮作用在卸载位置上的曲轨产生侧向力，来打开箕斗上的扇形门，进行卸载。

大明煤矿现有状态下对曲轨卸载方式的监测不够完善。现阶段是通过监测箕斗到位信号再估计卸煤时间，卸煤时间到即认为卸载完成，并没有检测到箕斗内的煤是否真正卸载干净。如果箕斗内的煤并未卸载或者没有完全卸载干净，那么，绞车继续提升，将会导致重载下放事故的发生。而大明煤矿主井绞车采用的是PLC编码的工作方式，严禁带重载下放。

3 增设防重载下放保护的实现方案

针对以上问题，本文研究思路是：通过加设一个称重传感器，实现防重载下放及松绳保护两种功能。

3.1 保护原理

在提升机运行过程中，在不考虑尾绳的情况下，称重传感器所承受到的的重力[2]

G=（M+m）（g+a）（提升时）

G=（M+m）（g-a）（下放时）

式中：G——重力传感器所受到的重力（kN）；

M——提升容器自重（kg）；

m——提升容器载重（kg）；

g——重力加速度（9.8m/s2）；

a——提升或下放时的加速度（m/s2）；

根据《煤矿安全规程》规定，立井井筒中罐笼升降人员的加速度和减速度不得大于0.75m/s2。大明煤矿主井箕斗自重4t，可载6t货物，因此

Gmax=（M+m）（g+0.75）

Gmax=10.55（M+m）＝105.5kN

Gmin=9.05（M+m）＝36.2kN（此时m＝0）

当提升机发生重载下放故障或松绳故障被卡住时，连接在箕斗与钢丝绳之间的称重传感器通过计算机监控系统发出箕斗内货物超重或者超轻的信号，以此来断定罐笼是否有重载下放或者松绳现象的发生。

3.2 松绳保护检测方案

当罐笼被卡住，发生松绳现象时，此时传感器受到的重力G和Gmin做比较，应该远远小于Gmin。

罐笼上安装的单片机监测系统实时监测钢丝绳的重力信号。当绞车运行时，有Gmin＜G（钢丝绳重力）＜Gmax。当钢丝绳重力远远小于Gmin时，监测系统就会诊断是否产生了松绳现象。如果产生了松绳现象，监测系统就会通过无线电发收系统将信号送到司机操作室，发送停车指令，使提升机停车。

3.3 防重载下放保护检测方案

当提升容器发生重载下放现象时，传感器所受到的重力G与Gmin做比较，会远远大于Gmin。

钢丝绳重力信号通过安装在提升容器上的单片机系统来进行实时监测。当罐笼正常提升时，有Gmin＜G（钢丝绳受力）＜Gmax。当钢丝绳重力G远大于Gmin时，设定这个值为50kN（箕斗自身重力为39.2kN，允许箕斗上粘挂浮货受的力为10.8kN），单片机系统将判断出此时是否发生重载下放。如果是重载下放，系统就会通过无线电发收装置将信号传送至司机操作室。经过系统的逻辑判断之后，使绞车执行停车指令，避免重载下放事故发生。

3.4 硬件的组成

此套保护装置由称重传感器、发射装置和接收装置三个部分构成。称重传感器采用厂家生产的高精度称重传感器，安装在了钢丝绳和罐笼之间。

称重传感器输出的电压信号由模拟量数字量转换器转变为数字信号，经过处理后，输出到数字调频放大器，再经过功放模块放大发射。

发射装置的组成是由运算放大器、模拟量数字量转换器、单片机（集成电路芯片）系统，数字调频放大器、功率放大器五部分构成。

接收装置的组成是由调频接收、放大、解调和单片机系统四部分构成。调频接收系统把调频信号调制解调为数据信号，经过放大整形后，由单片机负责数据处理。

输出部分的接口电路采用了光耦合器，能够切断计算机与提升机控制系统电源部分的联系，可以防止干扰信号的串入。

3.5 软件的组成

软件系统包括两个部分，分别是发射机和接收机软件，采用的是模式块结构。发射装置软件的作用是进行模拟量参数的采集（包括模拟量转换为数字信号）、系统自诊断，延时及传输传感器所受张力值。

接收软件通过接收传感器所受的重力值和钢丝绳的平均重力，当平均重力远远小于G min 时，发出松绳报警信号，断开提升机安全回路、；当钢丝绳重力G远大于G min 时，驱动重载下放报警器，切断提升机电源，避免重载下放事故发生。

4 结语

此套保护装置的结构简单明了，原理清晰，而且不需要对原有的电控系统进行大规模改动，同进也不用拆除原有保护系统，仅安设传感器就可以同时实现防重载下放及松绳保护两种保护功能，很值得推广应用。