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        煤礦定量裝載系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及實時在線智能監(jiān)控技術(shù)

        2013-08-15 00:54:54張慶軍薛保衛(wèi)
        山東工業(yè)技術(shù) 2013年10期
        關(guān)鍵詞:提升機(jī)鋼絲繩張力

        張慶軍 薛保衛(wèi)

        (肥城白莊煤礦有限公司,山東肥城271623)

        1 煤礦定量裝載系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問題

        依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第382條規(guī)定“提升裝置的最大載重量和最大載重差,應(yīng)在井口公布,嚴(yán)禁超載和超載重差運(yùn)行”。然而不論是礦井多繩摩擦式提升機(jī)還是單繩纏繞式提升機(jī),不論是主井提升還是副井提升系統(tǒng),依據(jù)我國目前的設(shè)備和設(shè)施裝備水平,都不能真正意義上的實現(xiàn)“嚴(yán)禁超載”,只能是依靠“定性”管理,而不能實現(xiàn)電梯式的“定量”超載閉鎖的本質(zhì)安全型管理。如礦井實際生產(chǎn)中對于副井提升系統(tǒng)礦車裝料多少、吊運(yùn)大件的單重、配重等,很難精確控制噸位數(shù)量,對于主井提升系統(tǒng)雖有裝載定量系統(tǒng),但箕斗的粘堵問題,時有造成二次裝載問題,在煤礦行業(yè)就發(fā)生過多起因超載提升造成重大機(jī)電事故,這不僅使礦井的生產(chǎn)設(shè)備受到破壞,影響礦井的正常生產(chǎn),而且還會危及作業(yè)人員的生命安全,給國家和人民造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。煤礦運(yùn)輸提升事故所占比例僅次于瓦斯和頂板事故,是煤炭系統(tǒng)的第三大災(zāi)難事故。

        2 承載實時在線智能監(jiān)控技術(shù)主要研究內(nèi)容

        2.1 提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與鋼絲繩終端載荷關(guān)聯(lián)性研究

        對提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)特征進(jìn)行評估,基于統(tǒng)計學(xué)理論,構(gòu)建提升機(jī)工作狀態(tài)與鋼絲繩終端載荷關(guān)聯(lián)性判定方法;基于連續(xù)體振動力學(xué)理論,建立鋼絲繩終端張力參數(shù)特征與提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)聯(lián)模型,解決提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)無法實時準(zhǔn)確表征的難題。

        2.2 提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知技術(shù)研究

        基于動力學(xué)理論,對正常與非正常提升工況下鋼絲繩終端張力狀態(tài)分析,開展高精度、抗沖擊性強(qiáng)的稱重式傳感器研發(fā),解決現(xiàn)有傳感器精度低、抗沖擊性差的難題;結(jié)合信號調(diào)理技術(shù),開發(fā)精度高、響應(yīng)快的鋼絲繩終端張力狀態(tài)感知技術(shù)和設(shè)備,實現(xiàn)鋼絲繩終端張力的實時、可靠檢測。

        2.3 鋼絲繩終端載荷無線傳輸技術(shù)研究

        基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及寬帶無線通信技術(shù),建立井下無線監(jiān)測無線傳感器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),探求拓?fù)淇刂茩C(jī)制;設(shè)計與井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具體應(yīng)用環(huán)境與所采用的無線通信平臺相適應(yīng)的MAC協(xié)議;結(jié)合寬帶無線通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步機(jī)制;開發(fā)適應(yīng)于井下無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)管理技術(shù);構(gòu)建實時、穩(wěn)定、可靠、高效的鋼絲繩終端載荷無線傳輸系統(tǒng)。

        2.4 提升機(jī)承載智能調(diào)控技術(shù)研究

        結(jié)合提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、鋼絲繩終端載荷以及提升機(jī)電控系統(tǒng),基于智能結(jié)構(gòu)理論,以提升時間、提升載荷以及無線傳感器功耗為目標(biāo),建立提升機(jī)承載的多目標(biāo)歸一智能結(jié)構(gòu)最優(yōu)控制模型,采用逐步線性規(guī)劃法求解,實現(xiàn)提升機(jī)承載智能調(diào)控,有效避免提升機(jī)超載、二次裝載等提升事故。

        3 項目技術(shù)關(guān)鍵和實施方案

        3.1 技術(shù)難點

        (1)由于井筒環(huán)境惡劣,提升機(jī)在井筒中運(yùn)行狀態(tài)無法直接獲得,而鋼絲繩終端載與提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)具有緊密的相互關(guān)聯(lián)性。因此,需掌握鋼絲繩終端載荷的變化趨勢,尋求提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與鋼絲繩終端載荷關(guān)聯(lián)性模型,利用鋼絲繩終端實時檢測的張力來判斷當(dāng)前提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

        (2)隨著煤炭資源的日漸開采,礦井的設(shè)計井深、提升距離逐漸增大,提升鋼絲繩運(yùn)行與裝載過程中的動載荷也越來越大,而提升鋼絲繩繩受到的動載荷需要直接傳遞到實時監(jiān)測鋼絲繩終端載荷的稱重式傳感器上;同時,稱重式傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)需要快速的存儲、分析與判斷。因此,需開發(fā)以大量程、高精度、抗沖擊性的稱重式傳感器為核心的提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的感知技術(shù)與設(shè)備,實現(xiàn)提升機(jī)的安全可靠運(yùn)行。

        (3)隨著礦井開采深度的增加,有線傳輸系統(tǒng)由于自身的局限性難以對礦井提升系統(tǒng)實施全面、有效和靈活的數(shù)據(jù)傳輸,而無線傳輸系統(tǒng)在井筒內(nèi)無線信號衰減異常嚴(yán)重,對無線傳輸?shù)目煽啃浴⒎€(wěn)定性和準(zhǔn)確性要求越來越高。

        (4)提升機(jī)是礦井生產(chǎn)的咽喉,提升效率將直接影響礦井生產(chǎn)效率:鋼絲繩終端載荷、提升時間與提升效率密切相關(guān);有效控制提升載荷將降低超載、二次裝載等提升事故,增加提升機(jī)安全可靠性,縮短維修時間;監(jiān)測鋼絲繩終端載荷的無線傳感器的更換頻率也影響提升時間。

        3.2 實施方案

        (1)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與鋼絲繩終端載荷關(guān)聯(lián)性研究技術(shù)路線

        首先,對提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)特征進(jìn)行評估;接著,基于統(tǒng)計學(xué)理論,構(gòu)建提升機(jī)工作狀態(tài)與鋼絲繩終端載荷關(guān)聯(lián)性判定方法;然后,基于連續(xù)體振動力學(xué)理論,建立鋼絲繩終端張力參數(shù)特征與提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)聯(lián)模型;最后,分析并掌握相互關(guān)聯(lián)特性。

        (2)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知技術(shù)研究技術(shù)路線

        首先,基于動力學(xué)理論,對正常與非正常提升工況下鋼絲繩終端張力狀態(tài)分析;其次,基于張力變化特性,開展高精度、抗沖擊性強(qiáng)的稱重式傳感器研發(fā);再次,結(jié)合信號調(diào)理技術(shù),開發(fā)精度高、響應(yīng)快的鋼絲繩終端張力狀態(tài)感知技術(shù)和設(shè)備,最終實現(xiàn)鋼絲繩終端張力的實時、可靠檢測。

        (3)鋼絲繩終端載荷無線傳輸技術(shù)研究技術(shù)路線

        首先,基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及寬帶無線通信技術(shù),建立井下無線監(jiān)測無線傳感器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),探求拓?fù)淇刂茩C(jī)制;其次,設(shè)計與井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具體應(yīng)用環(huán)境與所采用的無線通信平臺相適應(yīng)的MAC協(xié)議;再次,結(jié)合寬帶無線通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步機(jī)制;最后,開發(fā)適應(yīng)于井下無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)管理技術(shù)。

        (4)提升機(jī)承載智能調(diào)控技術(shù)研究技術(shù)路線

        首先,結(jié)合提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、鋼絲繩終端載荷以及提升機(jī)電控系統(tǒng),基于智能結(jié)構(gòu)理論,建立優(yōu)化控制模型;其次,以提升時間、提升載荷以及無線傳感器功耗為目標(biāo),建立提升機(jī)承載的多目標(biāo)歸一智能結(jié)構(gòu)最優(yōu)控制模型;最后,采用逐步線性規(guī)劃法求解,實現(xiàn)提升機(jī)承載智能調(diào)控,有效避免提升機(jī)超載、二次裝載等提升事故。

        4 結(jié)語

        4.1 建立了鋼絲繩終端張力參數(shù)特征與提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)聯(lián)模型,解決了提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)無法實時準(zhǔn)確表征的難題;開發(fā)了精度高、響應(yīng)快的鋼絲繩終端張力狀態(tài)感知技術(shù)和設(shè)備,實現(xiàn)了鋼絲繩終端張力的實時、可靠檢測。

        4.2 建立了井下無線監(jiān)測無線傳感器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),設(shè)計了與井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具體應(yīng)用環(huán)境與所采用的無線通信平臺相適應(yīng)的MAC協(xié)議,開發(fā)了適應(yīng)于井下無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)管理技術(shù);構(gòu)建實時、穩(wěn)定、可靠、高效的鋼絲繩終端載荷無線傳輸系統(tǒng)。

        4.3 建立了提升機(jī)承載的多目標(biāo)歸一智能結(jié)構(gòu)最優(yōu)控制模型,實現(xiàn)了提升機(jī)承載智能調(diào)控,有效避免了提升機(jī)超載、二次裝載等提升事故。

        [1] 中華人民共和國能源部.煤礦安全規(guī)程[M] .山西科學(xué)技術(shù)出版社,2006.

        [2] 于勵民,仵自連.礦山固定設(shè)備選型使用手冊[S] .北京:煤炭工業(yè)出版社,2007.

        [3] 陳維健,齊秀麗,肖林京,張開如.礦山運(yùn)輸與提升設(shè)備[M] .徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版,2011.

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