孟園泰

（山西陽煤集團五礦， 山西 陽泉 045000）

1 改造背景

陽煤集團五礦副立井擔負著運輸人員和物料的作用，井筒約深256m，采用JKD×2.8摩擦式提升機進行提升。原有的閘瓦間隙監(jiān)測裝置為外置式傳感器，容易出現(xiàn)固定松動、測量不準確和誤報警的情況，而且無法測量盤式制動器制動力矩，所以需要對其進行改造。制動系統(tǒng)由液壓站、盤式制動器和滾筒閘盤組成，靠油壓松閘合閘，由盤式制動器蝶簧產(chǎn)生制動力，作用對象是被制動的滾筒閘盤。液壓站、盤式制動器和滾筒閘盤之間任一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都會導(dǎo)致設(shè)備失去制動功能，而盤式制動器是各種制動保護的最后環(huán)節(jié)，如出現(xiàn)故障會導(dǎo)致機毀人亡重大安全事故發(fā)生。因此，新《煤炭安全規(guī)程》針對盤式制動器制訂了一系列的規(guī)定。

2 改造技術(shù)構(gòu)思及實施方案

該礦副立井提升是礦井生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，井下所需物資的運送及人員的上、下井等都是通過副立井提升機運行實現(xiàn)的，所以提升機的安全運行是整個礦井安全生產(chǎn)的樞紐。保證系統(tǒng)正常工作的途徑一是設(shè)置閘間隙監(jiān)測及過壓保護裝置并通過安全回路控制實現(xiàn)安全制動；二是提高制動系統(tǒng)制動力。

盤式制動閘的閘瓦與制動盤之間的間隙大小，作用于閘盤上的制動力的大小是否滿足3倍靜力矩的要求及液壓站油壓值等參數(shù)，直接影響到提升機的制動性能，因此對3種參數(shù)進行判斷和在線監(jiān)測，保證提升機制動性能可靠和穩(wěn)定，是判斷提升機安全標準的主要依據(jù)。結(jié)合新《煤炭安全規(guī)程》的要求及礦井實際生產(chǎn)情況需要，該礦對副立井提升機液壓制動裝置的上述3種參數(shù)的在線監(jiān)測進行改造。

2.1 硬件部分

2.1.1 液壓站油壓監(jiān)測

根據(jù)煤礦在用摩擦式提升機系統(tǒng)安全檢測檢驗規(guī)范AQ 1015—2005中的標準規(guī)定：液壓站的調(diào)壓性能應(yīng)良好且液壓站最高油溫不超過70℃。液壓站是制動器的驅(qū)動機構(gòu)，其作用為：一是工作制動時，根據(jù)所需制動力矩，調(diào)節(jié)工作油壓，為各制動閘提供壓力實現(xiàn)松閘；二是安全制動時，迅速回油，并實現(xiàn)二級制動。因此液壓站正常運行決定了提升機的安全運行。通過在液壓站管路安裝油壓傳感器和安全制動回油時間監(jiān)測裝置，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)診斷回油路的暢通和堵塞情況，確保盤式制動器制動可靠；通過在液壓站上安裝溫度傳感器，監(jiān)測油溫，防止油溫超限。

2.1.2 閘間隙監(jiān)測

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第四百二十六條規(guī)定：盤式制動閘空動時間不得超過0.3 s；盤形閘的閘瓦與閘盤之間的間隙不得超過2mm。第四百二十三條規(guī)定：當閘間隙超過規(guī)定值時，能報警并閉鎖下次開車。所以提升裝置應(yīng)設(shè)閘瓦間隙保護裝置，保護裝置應(yīng)實時監(jiān)測閘間隙、閘偏擺量、閘的開合狀態(tài)等參數(shù)，并自動報警或控制系統(tǒng)連鎖。針對閘瓦間隙監(jiān)測，采用電渦流位移傳感器來檢測閘瓦和制動盤之間的間隙，將非接觸式閘間隙傳感器安裝在每個閘瓦上，以滾筒閘盤為基準，使閘盤兩側(cè)的閘間隙應(yīng)調(diào)整相等偏差不超過0.1mm、閘間隙的最大值不超過2 mm，新裝的閘間隙傳感器不但不接觸制動盤故使用壽命長，而且測量精度很高。針對閘偏擺量監(jiān)測，我們在閘上安裝一個非接觸式閘間隙測量傳感器，以滾筒閘盤為基準，實現(xiàn)閘盤偏擺量的監(jiān)測，使其在使用前制動盤端面跳動不大于0.50mm，使用過程中不大于1mm，從而避免制動力矩不足、閘瓦磨損過快等不良后果。針對閘的開合狀態(tài)監(jiān)測，我們通過在罐籠即將走到井口時實施緊急制動，在線監(jiān)測并記錄從安全緊急制動信號發(fā)出到閘間隙剛為零的時間，確保閘盤動作靈敏，其顯示的實際動作時間小于0.3 s。

2.1.3 制動力矩在線監(jiān)測

提升機制動器制動效果由制動力矩的大小決定，在線監(jiān)測制動力矩是保證制動器制動性能最直接有效的辦法。煤礦在用摩擦式提升機系統(tǒng)安全檢測檢驗規(guī)范AQ1014-2005中規(guī)定：提升機的盤式制動器制動時，產(chǎn)生的制動力矩與實際提升最大靜載荷旋轉(zhuǎn)力矩之比值K不得小于3。2016版《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：計算制動力矩時，閘盤和閘瓦的摩擦系數(shù)應(yīng)當根據(jù)實測確定，采用系數(shù)為0.3～0.35。我們先采用高精度壓力傳感器測試提升系統(tǒng)的制動正壓力N，再通過測量裝置測量制動力矩和已監(jiān)測的制動正壓力計算出摩擦系數(shù)f，最后根據(jù)公式M=Nfr計算任一個制動閘的制動力矩Mi，r為制動盤的制動半徑。若制動器有n個盤式制動器，則總制動力矩為n個盤式制動器制動力的總和。由于摩擦系數(shù)f隨制動盤和閘瓦之間的磨損、粗糙度、附著物等變化，所以制動力矩M的實時監(jiān)測值也會出現(xiàn)相應(yīng)變化，從而實現(xiàn)了每個制動閘的制動力矩和總制動力矩的在線監(jiān)測。經(jīng)試驗，調(diào)整制動閘制動正壓力使之滿足K值大于3的要求后再允許開車。

制動正壓力是指盤式制動器抱閘時，制動力由碟簧產(chǎn)生。由于盤式制動器抱閘時油壓為零，用抱閘油壓的測量方法測制動正壓力誤差很大，且在線監(jiān)測抱閘油壓不可能實現(xiàn)，所以我們采用直接監(jiān)測制動正壓力來代替測量抱閘油壓，并用于判斷碟簧的疲勞度和斷裂情況。為此，我們通過依靠制動正壓力傳感器使原制動器實現(xiàn)了直接監(jiān)測制動力的功能，而不改變原制動器性能和其他零件的結(jié)構(gòu)，并將正壓力傳感器安裝于盤式制動器內(nèi)。改造前后制動器正壓力監(jiān)測原理對比示意圖如圖1。

2.2 軟件部分

通過LabVIEW運行引擎系統(tǒng)，運行“礦井提升機液壓制動裝置安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng).exe”。

該在線監(jiān)測系統(tǒng)是利用西門子S7-200系列可編程控制器及精密傳感器來實現(xiàn)對副立井提升機的液壓制動系統(tǒng)在線監(jiān)測，并動態(tài)顯示數(shù)據(jù)。進入監(jiān)測主界面以后，便可以使用系統(tǒng)對提升機制動系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進行直接查看。可以看到界面內(nèi)由“系統(tǒng)監(jiān)測，報警查詢，過程趨勢，系統(tǒng)調(diào)試，退出運行”操作部分組成。通過鼠標點擊主界面“系統(tǒng)監(jiān)測”按鈕，可進入系統(tǒng)監(jiān)測的主畫面，可直接檢查各個閘瓦的間隙值，最大間隙值，制動正壓力值，油路的狀態(tài)，系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及閘瓦的開、合動作，各油路油管是否堵塞的顯示。點擊“報警查詢”按鈕，可對系統(tǒng)曾發(fā)生的故障情況進行手動查詢。通過人工設(shè)置查詢的時間段，系統(tǒng)便將此時間隔內(nèi)發(fā)生的故障情況進行列表顯示。點擊“過程趨勢”按鈕，在屏幕上將顯示測量的各閘瓦間隙和油壓的變化趨勢波形圖。點擊“系統(tǒng)調(diào)試”按鈕，可進行查看和修改系統(tǒng)基本設(shè)置參數(shù)，包括各個故障產(chǎn)生的限定值、合閘次數(shù)、閘瓦間隙初始值和實測值的顯示等。

圖1 后置制動器的正壓力監(jiān)測

3 應(yīng)用情況及效果

該改造工程于2017年11月施工完成，已經(jīng)試運行2個多月，運行情況良好，有效保證了副立井正常運輸。其具有以下特點：

1）采用SIMENS可編程控制器，具有操作簡單方便，系統(tǒng)運算速度快、運行準確，測量數(shù)據(jù)抗干擾、及性能可靠等多個優(yōu)點。

2）所有實時監(jiān)測數(shù)據(jù)（包括制動正壓力、安全制動回油時間、閘間隙、閘板偏擺量、制動力矩、開合閘次數(shù)等參數(shù)），均經(jīng)過采集卡采集，再通過A/D轉(zhuǎn)換等比較計算后形成結(jié)果由工業(yè)控制機顯示。實時數(shù)據(jù)集中性高，便于整體分析和查找故障。

3）當所有監(jiān)測項目超過安全規(guī)程的范圍，礦井提升機液壓制動裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)會自動進行故障診斷、故障記錄，并自動發(fā)出聲光報警和發(fā)出控制信號，符合新煤礦規(guī)程的要求。

4）盤式制動器與提升機的使用時間一樣長，能使現(xiàn)用盤式制動器直接監(jiān)測制動器正壓力，更具有實用可靠性。

5）該在線監(jiān)測系統(tǒng)擴展性好，測量全面準確，功能齊全，數(shù)據(jù)可靠，操作簡單，對日常檢測維護具有很好的指導(dǎo)作用。

4 結(jié)論

本次礦井提升機液壓制動裝置安全在線監(jiān)測系統(tǒng)改造不僅滿足了新《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定要求，而且極大地降低了因盤式制動器故障造成的各類事故，保障了陽煤集團五礦副立井的正常運輸。同時，大大減少了副立井工作人員的勞動強度，提高了工作效率，為五礦安全高效生產(chǎn)提供有力保證。