陳海亮

（陽泉煤業(yè)集團翼城石丘煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

我國大部分煤礦斜井受到地質條件的影響，存在多層次、分布不均勻和運輸線冗長的特點。此外，隨著礦井機械化的不斷發(fā)展，礦井斜巷道鋪設安裝了許多設備以滿足井上和地面之間人員、物料和設備的運輸，使原本狹窄的斜道變得更為擁擠。諸多這些因素導致了煤礦斜井巷安全事故的發(fā)生[1]。據(jù)統(tǒng)計，在2019年上半年，我國共發(fā)生煤炭運輸事故16起，占總事故的29%。在這些事故中，大部分是發(fā)生在煤礦斜井巷的跑車事故。斜井跑車事故指的是在井下運輸過程中設備斷繩和脫鉤導致的絞車行駛異常的事故，因為事故的不確定性和絞車時速往往較大，跑車事故經(jīng)常造成重大事故。因此煤礦斜井巷道跑車防護裝置的研究對于煤礦運輸系統(tǒng)的安全十分重要。

1 斜井跑車防護裝置系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

根據(jù)國家《煤礦安全規(guī)程》中的相關規(guī)定，煤礦在斜井提升巷中，必須安裝能夠阻攔斷繩、脫鉤車輛的跑車防護裝置。目前國內的相關裝置發(fā)展迅速，種類繁多，主要分為以下兩大類：機電聯(lián)控式和機械式。根據(jù)它們不同的工作原理，跑車防護裝置又可以分為常開式跑車防護裝置、常閉式跑車防護裝置、人力式驅動裝置、機械式驅動裝置、電動式驅動裝置和液壓氣壓式驅動裝置。

以目前國內大部分生產(chǎn)單位采用的常閉式斜井跑車防護裝置為例[2]，介紹現(xiàn)有的防護裝置如何實現(xiàn)對跑車的監(jiān)控和阻攔。它的結構設置如圖1所示，在一般狀態(tài)下，裝置的擋車欄處于關閉狀態(tài)。絞車開始運動到達指定位置后，系統(tǒng)的傳感器感應到車輛經(jīng)過將信號發(fā)往控制箱，控制箱控制電機將擋車欄收起供車輛通過。在絞車通過后，感應器向控制箱發(fā)出信號擋車欄落下。當發(fā)生跑車事故時，由于絞車速度快，控制系統(tǒng)沒有足夠時間完成信號傳輸和指令下達，擋車欄無法升起從而未達到阻攔車輛的目的。該系統(tǒng)可以有效地避免跑車事故的發(fā)生，但仍然存在一些不完善的地方。例如只有擋車欄一處防護安全系數(shù)并不高，需要人工監(jiān)測并且監(jiān)測困難，這些都是需要改進提升的部分。

圖1 煤礦斜井跑車防護裝置結構圖

2 煤礦斜井巷道跑車防護裝置PLC控制系統(tǒng)的程序設計

PLC是以繼電器控制器為基礎，結合了計算機控制技術的一種新型電氣自動化技術，在工業(yè)界得到了廣泛的運用。為了提升煤礦斜井巷道跑車防護裝置的安全性能，提高防護系統(tǒng)的監(jiān)測能力，筆者設計出一種基于可編程邏輯控制器（PLC）的控制系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)通過PLC內置的計數(shù)口，對絞車上的旋轉脈沖編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)進行統(tǒng)計，然后與之前計算的預設值進行比較，將統(tǒng)計出的信號轉換為指令，輸出至車輛來控制它們的前進方向和行駛距離。整套裝置由升降絞車、編碼器、擋車欄和提升電機組成。自動化電氣控制裝置由三項交流發(fā)電機、傳感器、旋轉脈沖編碼器、PLC控制器和電機控制接觸器構成。裝置的結構構成圖如下頁圖2所示。

該系統(tǒng)的工作邏輯圖如下頁圖3所示，當系統(tǒng)通電開始工作時，車輛在系統(tǒng)中的狀態(tài)先被設置為下行模式。位于主站的PLC在同一時刻開始對位于絞車上的編碼器進行脈沖計數(shù)[4]，將高速計數(shù)器得到的脈沖信號和原來裝置中的設定值進行比較。如果兩組數(shù)據(jù)一致時，主站發(fā)出下行信號，從站PLC在接收到信號后控制絞車的電機進行正轉將擋車欄提起。當擋車欄上升到指定安全位置時，傳感器控制信號燈由紅變綠，絞車電機停止提升，結束車輛下行準備工作。當車輛通過擋車欄后，位于擋車欄下方的傳感器發(fā)出離開信號，主站PLC發(fā)出命令開始控制電機進行反轉，將擋車欄下放到安全位置。當下方感應器感應到到達指定位置后，向總站發(fā)出信號，總站PLC控制電機停止轉動，信號燈由綠轉紅，完成通過命令。整個運輸系統(tǒng)在這時處于封閉狀態(tài)，防止出現(xiàn)跑車現(xiàn)象。如果發(fā)生跑車事故，在規(guī)定時間內計數(shù)器的計數(shù)會和設定值不符，總站的PLC會控制絞車電機停止工作并發(fā)出警報，達到防護目的。

圖2 裝置結構圖

圖3 裝置工作邏輯圖

3 防護系統(tǒng)的監(jiān)控設計

為了對斜井巷道進行實時監(jiān)控，了解巷道狀態(tài)，本裝置還設計了一種基于MCGS的實時監(jiān)控系統(tǒng)[5]。MCGS（通用監(jiān)控系統(tǒng)）具有操作簡單，畫面生動和完善的功能結構等優(yōu)點，在目前工業(yè)界監(jiān)控領域有著廣泛的運用。結合井下實際生產(chǎn)作業(yè)，本裝置的監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成：工業(yè)現(xiàn)場區(qū)，自動控制區(qū)和上機位區(qū)，其結構如圖4所示。

圖4 裝置監(jiān)控系統(tǒng)結構圖

監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是：位于生產(chǎn)現(xiàn)場的設備包括攝像頭和傳感器對巷道進行實時監(jiān)控，將巷道信號傳往智能控制區(qū)。智能控制區(qū)由上述的防護裝置組成，經(jīng)過信息處理后，將信息再經(jīng)過可視化處理送至位于機房的計算機中，相關工作人員可以直觀的了解到巷道內的各種情況。當有情況發(fā)生時，位于機房的工作人員可以直觀地了解現(xiàn)場狀況，通過自身判斷采取措施，對控制區(qū)可以下達工作命令，也可以及時將事故消息傳往井上和地面，達到防護和及時處理現(xiàn)場的目的。

4 結語

新型的斜井巷道跑車防護裝置，使用基于PLC的控制系統(tǒng)，結合MCGS對現(xiàn)場進行實時監(jiān)控和智能處理，具有自動化程度高，防護措施強和可視化高的優(yōu)點。但是在具體的調試和現(xiàn)場工作中還存在以下一些問題：設備的電控箱對精度要求比較高，所以要求的強度也比較高，目前還沒有合適的材料滿足這些功能需求。此外本裝置的集成度比較高，在后期的維修維護中耗費人力財力。這些問題需要通過進一步對斜井巷道跑車防護裝置進行優(yōu)化而得以解決。