唐山矿一号井定重装载系统改造及讨论.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 06 日 作者简介：姚建睿（1994），男，汉族，河北唐山人，初级职称，本科，研究方向为煤矿提升装载系统改进与研究。-33-唐山矿一号井定重装载系统改造及讨论 姚建睿 开滦集团有限公司唐山矿业分公司机电科，河北 唐山 063000 摘要：摘要：定重装载系统广泛应用于电力、化工、煤炭、粮食等行业对生产物料的准确计量，能够帮助各行业对产量、输送量等数据有精确把握。开滦集团唐山矿一号井定重装载的改造解决了老式定容装载出现超载、欠载，钢丝绳易出现磨损等诸多问题，实现了定重装载本身装载效率高、维护成本低、吨位灵活调整、避免主井撒煤等优点。更好的完善了矿井自动化系统。不过也存在一些不足之处，比如定重装载的实际装载数值受到诸多因素比如传感器的受力，输送带的状态，煤的潮湿等影响做不到精确校准。关键词：关键词：定重装载；成本；自动化；校准 中图分类号：中图分类号：TD531 1 概述 随着社会不断发展及进步，国家对煤矿生产要求越来越严格，定容装载称量方式已经不能满足现在的需求。对于煤矿来说问题急需解决，目前从提升机装载系统总的发展趋势看，各国提升机装载系统生产厂家为争夺用户市场，针对不同客户的不同需求开发出了各种形式、规格的喂煤机，满足了矿山生产的实际需要。矿井提升机装载设备发展总趋势可归结为：定重装载形式为现阶段发展的主要方向。各国在提高煤矿提升机装载系统的可靠性上都下足了功夫，为此除了十分重视矿井提升机装载设备的制造质量外，在部件生产上都力求专业化生产。当前在提升机装载设备设计研究新技术上进行了很大的投入，比如为了提高生产率，消除操作上人为因素，在主井提升机装载设备一般都配备全自动提升运行装置。2 提升设备改造的必要性 2.1 一号井介绍 开滦集团唐山矿业分公司的一号井是中国煤矿第一井，开凿于 1878 年 2 月，当时装备先进的蒸汽绞车，现在使用通用电器公司加拿大分公司生产的 2-4-2 矿用提升机，上海电机厂制造的 1000 千瓦大电机和 500千瓦小电机带动，为双箕斗单绳双勾提升主井，井径4.267 米，提升深度 543 米，唐山矿业公司的一号井是独具特色的现代化矿井，改造过程中保留了加拿大绞车原有风格，甚至操作台还是几十年前使用的铁木台面，机械深度指示器和机械速度指示器还是加拿大原装进口设备。唐山矿业公司的一号井历久弥新现在依旧担负着全矿 60的原煤提升量。2.2 定容装载的不足 唐山矿一号井装载系统原来采用五十年代设计定容式装载系统，由于当时的技术条件的局限，老式装载系统存在着一些设计上的缺陷，设备老化，安全性差，难以满足煤矿安全规程对其要求，原有装载系统在使用过程中存在装煤时冲击力量大、噪音大、使用维护量大等缺陷，无法完成规程对箕斗定重装载及其自动化要求。在主井提升的过程中容易出现箕斗超量装载和箕斗欠载两种非正常装载情况。箕斗超载运行对提升钢丝绳的危害最大，超载运行将造成钢丝绳静拉力增大，钢丝绳易出现断丝、磨损加剧等后果，严重时出现箕斗坠入井底，同时对井架、天轮、提升机电机、电控系统也较严重的损坏，降低了主井提升安全系数。箕斗欠载很大程度上影响煤矿提升效率，加大了矿井安全生产成本，提升了安全风险。老式定容装载系统通过顶触四连杆机构、触发喂煤嘴旋转进行装载，装载完毕后，喂煤嘴靠箕斗上行带动其恢复原位，通过重锤和一些列机械连杆机构保持喂煤嘴闭合。装载过程中环节多，靠机械顶触、撞击完成相应动作，机械机构器件笨重，因装载频繁设备寿命期短，故障频发，且保养维护成本高，维修工作量大，急需精简装载环节和机构。并且新版煤矿安全规程第 393 条：“箕斗提升中国科技期刊数据库 工业 A-34-必须采用定重装载”称重传感器实时将装载重量转换成电信号，通过工业环网传至车房操作台并显示，当装载量达到程序设定值时，控制回路控制装载机停止工作，防止超载和欠载。自动化控制是必然趋势，内置 PLC 可编程模块接入提升机主电控系统，控制装载机电机和液压系统，进而控制装载机、油缸、闸板的工作，做到装载全过程自动化，实现“无人值守”，达到减少岗位人数从而提高矿井的安全生产效率的目的。利用先进技术对原有的装载系统行改造势在必行。所以要求定重装载需要使用动态方法进行称重，根据生产实际来说要满足被测对象处于非静止状态、要求是一种在线自动测量系统、在短时间内进行快速测量，要求系统有良好的时间相应。由上可知，静态称重是测量期间其对原煤的测量值认为是固定不变的量。而动态称重则是认为原煤的重量是瞬时变化的值，测量值随时间变化而变化。显然动态称量问题的解决难度要大于静态称重的解决难度。3 定重装载运行流程及原理。输送带定量装载设备它的结构特点是以输送机自动测量装载原煤重量，有着慢速贮装，快速卸载，占地面积小等特点。目前这一定重装载方式在新改造或新井中被广泛使用。所以经过结合本矿实际生产情况和使用场地，于是使用输送带定量装载。将定容装载改为定量装载。定量装载的运行原理为：当原煤运输到一号井下口喂煤机后，驱动滚筒带动装载皮带，喂煤机里的原煤随着装载输送带运行，驱动滚筒上安装的编码器通过磁电转换将滚筒轴上的旋转位移量转换成脉冲信号产生滚筒的角速度，已知驱动滚筒的直径可得出装载输送带的瞬时运行的速度。装载输送带下有压力传感器，运行时压力传感器受正上方煤量产生竖直向下的压力，产生单位长度内皮带上的煤的瞬时重量。编码器和压力传感器产生对应的电流信号，该电流信号流入处理器经过计算产生通过对两组数据进行传输计算可得出输送带上原煤的某一瞬间输送带上原煤的重量和一段时间内的输送带上通过的原煤总重量，通过累加法也就是动态计量的思想来得出输送带上原煤的流量，最后通过总流量对时间求微分可得实际流入的箕斗装载量并在现场操作人员的屏幕上显示出具体数值。更加有效的控制装载煤量。从定容装载的静态计量到定重装载的动态计量属于重大的创新。定重装载喂煤机传感器位置见图 1。图 1 定重装载喂煤机传感器位置 4 定重装载及其自动化改造方案 鉴于一号井下口现场的装载硐室的面积限制，只有在原有基础上进行改造，取消现用装载系统，其它部分基本不变，保留现有结构，所以采用了给煤机式主井箕斗定重装载装置，将一号井下口装载硐室内现有的两台卸载站拆除筒装溜槽和扇形闸门截煤装置，在煤仓下方安装两台带式输送机给煤机，经过输送口相对应的渡溜槽对各自箕斗进行原煤的装载，在装载过程中实现定重、给煤双重功能。自动化控制是必然趋势，内置 PLC 可编程模块接入提升机主电控系统，控制装载机电机和液压系统，进而控制装载机、油缸、闸板的工作，做到装载全过程自动化，实现“无人值守”，达到减少岗位人数从而提高生产效率的目的。对旧的的提升电控信号进行改造，装载过程中设置三种工作模式分别为：手动、自动、点动。在正常的提升状态下采用喂煤机自动装载、信号自动打点，极大的提高了装载效率。安装提升载荷监控保护连锁装置，在井筒内监测箕斗时时运行状态，如出现箕斗在上口卸载时出现被大块矸石卡住的现象、下大件箕斗棚出现的问题等异常情况，保护装置检测到异常后会立即报警。在箕斗没有将卸载流程进行完毕的异常状态下，载荷监控装置检测到异常后会立即报警，提醒在岗绞车司机严禁继续进行提升，待查明问题原因之后方才可进行下一步的提升操作，这套监控系统解决了困扰多年的箕斗“二次装载”这个难题。在一号井井底硐室装载处、箕斗卸载处等位置安中国科技期刊数据库 工业 A-35-装视频监控探头系统，把监控画面放在提升机车房里，有利于一号井车房提升司机对每个提升工况的准确掌握，提高了安全性的同时也可以配合信号实现“无人值守”。在一号井上井口卸载煤仓里安装煤矿用雷达满仓保护装置，并将雷达满仓保护装置接入矿用提升机电路中的安全回路或报警回路，当出现煤仓位超限的异常情况时，能够马上报警并自动进行闭锁操作，提升了生产的安全性。从而真正意义上实现了定重装载。唐山矿业公司一号井是整个开滦系统第一个使用定重装载的主井系统。5 定重装载优势 设备所需空间小，无需要定量斗硐室，需要破坏的面积小，新建矿井缩短井筒深度，扩建、技改矿井在主井提升系统改造的过程中不需要土建工程。装载工艺简单，简化了定量斗式的给煤机、皮带机定量斗、液压站、装载油缸、装载闸门等设备；复杂问题简单化，做到最优化设计。完全取代定量斗，设备总体框架可用20年或更长，避免定量斗的周期更换；节省资金，缩短大修时间。避免“二次投资”，如箕斗再次扩容只需提高定重给煤机的装载流量即可实现；而不需要改造定量斗，扩建硐室，延伸井筒等。装载效率高，尤其遇到粘煤情况，在外动力的作用下，将粘煤强行拖入箕斗，相比较定量斗内粘煤只靠自重下行，装载效率明显提高；通过变频调速装置对定重给煤机装载流量进行任意控制，缩短提升循环周期，提高矿井产量。实现远程控制：设备集成化程度高，通过井底与井上 PLC 的对接，实现远程控制，即主井底、井口装卸载所有设备运行操作均可以在绞车房内操作完成，实现主井箕斗定重装载及提升自动化，减员增效，充分实现机械化自动化生产提效的目标。做到无人值守：通过专业的高清视频布置，对主井底、主井口、卸载口实时监控，并将图像上传至绞车房，远程控制，实现“无人值守”。吨位灵活调整：在绞车房工控机内安装vb软件，操作者可以随时远程调整箕斗额定装载吨位，可根据煤质情况任意设定。在箕斗装载过程中减少原煤到箕斗底部的垂直落差从而减小冲击力，对箕斗的冲击力也相应减小，从而减少原煤装载对箕斗造成的冲刷与磨损相对于定容装载来说对箕斗进行保养。解决现场主井底洒煤问题，根据成功经验将过渡溜槽底板角度定为 45，与箕斗结合处水平距离保持50mm，可以确保在装载的过程不向主井底倾洒原煤。6 定重装载的不足 通过若干年的使用带式输送机连续称重装置系统，我们也发现了对于在狭小地方的带式给煤机的装载量的准确性的测量存在问题，我们知道装载量的数值来源于编码器和压力传感器的动态数据，经过我们的使用及维护后发现对于压力传感器来说，会受到来自于水平的冲击力和竖直的压力，其中煤块的大小，煤的含水量大小等不确定因素对传感器造成不可逆性的破坏，从而导致装载量的不准确。装载皮带的下的皮带刷子松导致皮带上煤量多造成装载量比显示值少，反之则装载量比显示值多。皮带跑偏短皮带相对于长皮带来说更难调整，同样对于装载量的准确性造成影响。支撑架的运行磨损，皮带的松紧，挡煤皮子的松紧，皮带的磨损等都会造成装载量的不准确。现在调整装载量需要司机和信号人员进行联系，以箕斗的实际装载量来确定正常运行状态下的装载量，这是需要更长时间去进行研究改进的一个问题。7 定重装载改造成果 最终符合2022年新版 煤矿安全规程 各项规定，此次提升机技术改造后经过近几年的实际生产运行良好。改造后更好地完善了矿井提升自动化系统。实现了单绳缠绕式主井箕斗定重装载过程及提升系统全面自动化，缩短提升周期。通过新产品、新技术的应用，对主井提升安全系统进行全方位武装，主井提升实现“无人值守”状态，系统自动化程度提高，充分实现机械自动化减人提效的目标。装载自动化系统通过精确数据计量对箕斗进行装载，杜绝箕斗超载、欠载现象，有效地保护了主提升钢丝绳、提升绞车等重要生产设备，大大地提高工作安全系数。改造后的主井定重装载系统、提升系统既能就地控制，还能够实现绞车房远程控制。既可以通过操作中国科技期刊数据库 工业 A-36-台控制，还可以通过人机界面、VB 软件两种方式进行控制，大大地增强了工作可操作性。8 结语 装载自动化系统通过精确数据计量对箕斗进行装载，杜绝箕斗超载、欠载现象，有效地保护了主提升钢丝绳、提升绞车等重要生产设备，提高了立井提升安全系数。改造后优化了设备的结构，降低了人工的日常的劳动强度，减少了事故率，提高了使用寿命。改造后从根本上解决了人工观察定位不准，箕斗不能有效装载，导致下口撤煤量增加，出现二次装载等事故的发生保证了安全提升，提高箕斗装载安全系数，减少平时维护和检修时间，提高检修效率。满足了 煤矿安全规程、煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法的要求。从整个行业来看，输送带定重装载系统是目前研究的一个热点问题，但无论是在理论上还是实际应用上，目前的输送带定重装载设备都存在着很多不足。此外，对提高输送带定重装载设备装载精度的研究同样也拉动了动态数据采集领域、测量种类及安装方法和传感器抗环境干扰的制作工艺技术等多个项目领域的提高和进步。由此可见输送带定重装载系统的研究在未来会取得更大的突破随之带动整个煤矿生产量取得进一步的跨越。参考文献 1国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程M.北京:煤炭工业出版社,2016.2徐静.关于煤矿主井箕斗提升定重装载的推广及应用J.机械管理开发,2019(00).3夏恒报,任斌,王来战,袁楠,夏天.定重给煤机替代定量斗式主井箕斗装载设备的探讨J.能源技术与管理,2022(00).