崔喜旺 陳彥龍 李洋洋 趙興東

（1.中國(guó)華冶科工集團(tuán)有限公司，北京100176；2.東北大學(xué)井巷與地壓控制研究中心，遼寧 沈陽(yáng)110819）

1 工程概況及存在問(wèn)題

本溪龍新礦業(yè)有限公司思山嶺鐵礦SJ1（副井）工程位于本溪市南芬區(qū)思山嶺滿族自治鄉(xiāng)，井口標(biāo)高+215.200 m，井底標(biāo)高-1 288.7 m，井筒深度1 503.9 m，井筒凈直徑10 m。本工程是國(guó)內(nèi)首條超大超深井，穩(wěn)車集成控制系統(tǒng)以立井穩(wěn)車為控制對(duì)象，其主要控制10臺(tái)吊盤兼穩(wěn)車（45 kW電機(jī)）、4臺(tái)整體模板穩(wěn)車（45 kW電機(jī)）、1臺(tái)液壓傘鉆倒鉤穩(wěn)車（45 kW電機(jī)）、1臺(tái)動(dòng)力電纜穩(wěn)車、2臺(tái)風(fēng)筒穩(wěn)車（75 kW電機(jī)）、2臺(tái)壓風(fēng)供水管穩(wěn)車（75 kW電機(jī)）、1臺(tái)排水管穩(wěn)車（90 kW電機(jī)）及1臺(tái)安全梯穩(wěn)車（37 kW電機(jī)）。共計(jì)22臺(tái)穩(wěn)車。通過(guò)應(yīng)用穩(wěn)車集成系統(tǒng)升降吊盤，其順序?yàn)椋涸O(shè)備檢查→吊盤提升→放炮、井下通風(fēng)→調(diào)平→吊盤下放（包含上電纜、信號(hào)線、放炮線卡具）→吊盤調(diào)平到位。在使用大穩(wěn)車和集控系統(tǒng)過(guò)程中，出現(xiàn)多次故障，使得吊盤無(wú)法順利地提升和下放，吊盤的提升和下放情況通過(guò)集控面板顯示，在提升過(guò)程中遇到問(wèn)題較多，經(jīng)過(guò)初步分析出現(xiàn)的主要原因是吊盤不平衡和穩(wěn)車過(guò)載，現(xiàn)將2014年1—6月以來(lái)按照吊盤提升高度為30～40 m，一定周期進(jìn)行吊盤提升時(shí)間（包含調(diào)平時(shí)間）、吊盤下放時(shí)間（包含緊固電纜、信號(hào)線、放炮線卡具、調(diào)平時(shí)間）、影響因素統(tǒng)計(jì)如表1，其中提升平均用時(shí)45 min，下放平均用時(shí)50 min，通風(fēng)時(shí)間為30 min不計(jì)入表格。

2 穩(wěn)車集控設(shè)備設(shè)施開(kāi)發(fā)

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從表1可以看出：①吊盤不平衡影響吊盤升降時(shí)間；②鋼絲繩受力不均，影響懸吊穩(wěn)車運(yùn)行，影響吊盤升降時(shí)間；③在吊盤的提升和下放過(guò)程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)部分穩(wěn)車溜車現(xiàn)象、電機(jī)故障等致使吊盤操作盤出現(xiàn)報(bào)警，吊盤無(wú)法正常提升和下放，同時(shí)給施工也帶來(lái)極大的安全隱患。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可知，思山嶺鐵礦SJ1（副井）工程吊盤在提升下放過(guò)程中時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的原因多方面，其中個(gè)別穩(wěn)車引起的吊盤不平衡，致使受力不同導(dǎo)致多臺(tái)穩(wěn)車無(wú)法同步運(yùn)行，進(jìn)而極大地延長(zhǎng)吊盤提升下放時(shí)間，嚴(yán)重影響了工期。因此，針對(duì)出現(xiàn)的各類問(wèn)題，需要采取一個(gè)系統(tǒng)的調(diào)控措施來(lái)進(jìn)行改善。

2.1 穩(wěn)車集控系統(tǒng)

本溪思山嶺項(xiàng)目施工的超大、超深豎井，井凈徑10 m，井深1 503.9 m，豎井施工吊盤為3層吊盤，直徑9.8 m，高8 m，自重55 t，加上吊盤上的施工設(shè)施總計(jì)約100 t，由于其工程的特殊性，初始采用PLC穩(wěn)車集中控制系統(tǒng)。吊盤升降在實(shí)際施工中采用10臺(tái)JZ-25/1800鑿井絞車提升吊盤，其中每臺(tái)鑿井絞車?yán)p繞鋼絲繩重約11 t。盡管均采用同一廠家生產(chǎn)的設(shè)備，但其機(jī)械、電氣性能均有偏差，使鑿井絞車很難同步運(yùn)行，致使每次提升下放吊盤都要消耗2～3 h，嚴(yán)重影響施工。

穩(wěn)車集中控制系統(tǒng)采用PLC集散、分布式I/O控制方式，人機(jī)交互界面，采用PROFIBUS—DP線通訊（圖1），每臺(tái)穩(wěn)車都有單獨(dú)的控制柜，各單臺(tái)穩(wěn)車控制柜無(wú)嚴(yán)格要求，可以相同也可不同，但同時(shí)工作的穩(wěn)車啟動(dòng)柜控制方式必須相同。在中央控制室允許情況下，每臺(tái)穩(wěn)車既可以遠(yuǎn)方控制又可以就地控制，既可以多臺(tái)同時(shí)工作也可單臺(tái)工作。同時(shí)工作的穩(wěn)車，可以任意組合?？梢詫⑿略龅姆€(wěn)車納入集散控制系統(tǒng)，通過(guò)DP通訊線纜連接ET200M從站模塊即可較為簡(jiǎn)便。通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)車電機(jī)的同步運(yùn)行，保障了吊盤各懸吊鋼絲繩動(dòng)作同步，避免了鋼絲繩受力不均衡造成過(guò)載，保障了吊盤及各鑿井懸吊裝備的提升安全。吊盤和中心回轉(zhuǎn)界面見(jiàn)圖2。

2.2 吊盤液壓漲力自動(dòng)平衡裝置

本溪思山嶺鐵礦副井屬于超深、井徑超大的豎井，其吊盤超大超重，必須使用多臺(tái)穩(wěn)車同時(shí)同步提升。雖然設(shè)計(jì)各條鋼絲繩均滿足受力要求，但由于穩(wěn)車較多，吊盤超重，各臺(tái)穩(wěn)車由于其機(jī)械、電氣環(huán)境的偏差，造成各條鋼絲繩受力不均，形成極大安全隱患。在10條穩(wěn)車懸吊鋼絲繩末端于吊盤連接處，安裝吊盤液壓漲力自動(dòng)平衡裝置使各繩受力均勻，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作控制見(jiàn)圖3。

2.3 穩(wěn)車正反轉(zhuǎn)檢測(cè)防溜車系統(tǒng)

穩(wěn)車集控系統(tǒng)起初運(yùn)行很好，隨著井深增加，鋼絲繩本身重量及穩(wěn)車負(fù)載的增加，吊盤質(zhì)量分布不均的現(xiàn)象被放大，同時(shí)因機(jī)械等各方面原因使得鋼絲繩受力不均，導(dǎo)致10臺(tái)穩(wěn)車同時(shí)提升時(shí)，個(gè)別穩(wěn)車超載報(bào)警，無(wú)法正常啟動(dòng)以至溜車。其次變頻器出現(xiàn)過(guò)給定提升運(yùn)行信號(hào)，變頻器卻先輸出下降，而后上提的現(xiàn)象。由于是偶然現(xiàn)象，加之安全因素，難以觀察無(wú)法斷定變頻器是否出現(xiàn)故障。

溜車檢測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)雙霍爾探頭檢測(cè)的，并將信號(hào)實(shí)時(shí)傳遞給PLC，由PLC將實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和變頻器輸出進(jìn)行比對(duì)，以檢測(cè)穩(wěn)車是否處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。每臺(tái)穩(wěn)車的檢測(cè)信號(hào)，分別獨(dú)立傳送給其所在的I/O從站，如一臺(tái)穩(wěn)車線路受損，或出現(xiàn)故障，不影響其余檢測(cè)器的使用和運(yùn)行。只需在變速箱與滾筒的鏈接軸上加裝齒輪盤，用雙霍爾傳感器檢測(cè)齒輪盤凸起即可。齒輪盤隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)雙霍爾傳感器C1、C2的狀態(tài)，及檢測(cè)到凸起的間隔時(shí)間，就能判斷出其轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速（圖4）。可配合人機(jī)界面，可以設(shè)置，更改穩(wěn)車啟動(dòng)時(shí)允許的溜車范圍。

3 穩(wěn)車鋼絲繩拉力天輪監(jiān)控系統(tǒng)

目前，在我國(guó)建礦過(guò)程中，大量使用吊盤、整體模塊、中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)、排水管、壓風(fēng)供水管、風(fēng)筒、安全梯等設(shè)備，這些設(shè)備的上下運(yùn)行都有賴于穩(wěn)車的運(yùn)行和鋼絲繩的懸吊，但由于井下條件的復(fù)雜性，以及個(gè)別工作人員的非正常操作，在運(yùn)行當(dāng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鋼絲拉力超限的情況，致使鋼絲繩斷裂，造成重大惡性事故。針對(duì)這種特殊情況，結(jié)合超大吊盤的實(shí)際情況，利用國(guó)際先進(jìn)的電子科學(xué)技術(shù)和成熟的技術(shù)手段，設(shè)計(jì)一套功能完善的監(jiān)控系統(tǒng)。在穩(wěn)車運(yùn)行過(guò)程中，時(shí)刻監(jiān)控鋼絲繩的拉力，輕微超限，進(jìn)行聲光報(bào)警，嚴(yán)重超限，立刻切斷主電路，自動(dòng)停止穩(wěn)車?yán)^續(xù)運(yùn)行，防止鋼絲斷裂的事故發(fā)生。主機(jī)采用觸摸式彩色液晶屏，在屏幕上能夠設(shè)定各監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的最大拉力值（圖5）。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，能夠?qū)崟r(shí)顯示各個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的拉力值，出現(xiàn)異常，及時(shí)報(bào)警，嚴(yán)重超限，會(huì)立刻切斷主電路，自動(dòng)停止系統(tǒng)的冒險(xiǎn)運(yùn)行。

由于能夠測(cè)量每根鋼絲繩的深度，所以能夠?qū)崟r(shí)顯示設(shè)備的入井深度，并自動(dòng)扣除鋼絲繩本身的重量，始終監(jiān)控設(shè)備本身的凈拉力，提高了檢測(cè)的精度。同時(shí)對(duì)鋼絲繩的運(yùn)行故障有監(jiān)控作用?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)天輪靜載荷、動(dòng)載荷、突然停車等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄，同時(shí)監(jiān)控吊盤載荷（圖6）。

每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)被安裝在各個(gè)鋼絲繩下面，它附有一個(gè)壓力傳感器（圖7），用于測(cè)量鋼絲繩的拉力。還具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，用于測(cè)量鋼絲繩的入井深度。

4 吊盤整體升降系統(tǒng)應(yīng)用效果

2015年7月26至8月25日，對(duì)吊盤每次提升高度30～40 m時(shí)，整體吊盤整體升降系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表2），結(jié)果表明：通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用，達(dá)到設(shè)備的高效利用，縮短吊盤提升和下放時(shí)間，將超大吊盤提升控制在15 min之內(nèi)，下放控制于35 min之內(nèi)。

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其效果還主要表現(xiàn)為：①降低施工成本:吊盤的集中控制，不需要更多人員去操作，其輔助設(shè)備設(shè)施安裝方便，易維修；②吊盤整體升降速度快：通過(guò)穩(wěn)車集散控制使得吊盤起降時(shí)間一般不超過(guò)20 min，較傳統(tǒng)的方式起降吊盤節(jié)約時(shí)間1 h以上，減少了工作人員，加快了豎井施工進(jìn)度，體現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益；③施工安全有保障：各個(gè)設(shè)備實(shí)施的安裝都有自己的保護(hù)程序，如出現(xiàn)個(gè)別設(shè)備系統(tǒng)故障，自動(dòng)停止運(yùn)行，保證了吊盤升降安全。

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