陳海亮

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)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(zhì)條件的影響，存在多層次、分布不均勻和運(yùn)輸線冗長的特點(diǎn)。此外，隨著礦井機(jī)械化的不斷發(fā)展，礦井斜巷道鋪設(shè)安裝了許多設(shè)備以滿足井上和地面之間人員、物料和設(shè)備的運(yùn)輸，使原本狹窄的斜道變得更為擁擠。諸多這些因素導(dǎo)致了煤礦斜井巷安全事故的發(fā)生[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2019年上半年，我國共發(fā)生煤炭運(yùn)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(yùn)輸過程中設(shè)備斷繩和脫鉤導(dǎo)致的絞車行駛異常的事故，因?yàn)槭鹿实牟淮_定性和絞車時(shí)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(hù)裝置的研究對(duì)于煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的安全十分重要。

1 斜井跑車防護(hù)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(guān)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(hù)裝置。目前國內(nèi)的相關(guān)裝置發(fā)展迅速，種類繁多，主要分為以下兩大類：機(jī)電聯(lián)控式和機(jī)械式。根據(jù)它們不同的工作原理，跑車防護(hù)裝置又可以分為常開式跑車防護(hù)裝置、常閉式跑車防護(hù)裝置、人力式驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械式驅(qū)動(dòng)裝置、電動(dòng)式驅(qū)動(dòng)裝置和液壓氣壓式驅(qū)動(dòng)裝置。

以目前國內(nèi)大部分生產(chǎn)單位采用的常閉式斜井跑車防護(hù)裝置為例[2]，介紹現(xiàn)有的防護(hù)裝置如何實(shí)現(xiàn)對(duì)跑車的監(jiān)控和阻攔。它的結(jié)構(gòu)設(shè)置如圖1所示，在一般狀態(tài)下，裝置的擋車欄處于關(guān)閉狀態(tài)。絞車開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)指定位置后，系統(tǒng)的傳感器感應(yīng)到車輛經(jīng)過將信號(hào)發(fā)往控制箱，控制箱控制電機(jī)將擋車欄收起供車輛通過。在絞車通過后，感應(yīng)器向控制箱發(fā)出信號(hào)擋車欄落下。當(dāng)發(fā)生跑車事故時(shí)，由于絞車速度快，控制系統(tǒng)沒有足夠時(shí)間完成信號(hào)傳輸和指令下達(dá)，擋車欄無法升起從而未達(dá)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(hù)安全系數(shù)并不高，需要人工監(jiān)測(cè)并且監(jiān)測(cè)困難，這些都是需要改進(jìn)提升的部分。

圖1 煤礦斜井跑車防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖

2 煤礦斜井巷道跑車防護(hù)裝置PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

PLC是以繼電器控制器為基礎(chǔ)，結(jié)合了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的一種新型電氣自動(dòng)化技術(shù)，在工業(yè)界得到了廣泛的運(yùn)用。為了提升煤礦斜井巷道跑車防護(hù)裝置的安全性能，提高防護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)能力，筆者設(shè)計(jì)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(nèi)置的計(jì)數(shù)口，對(duì)絞車上的旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后與之前計(jì)算的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，將統(tǒng)計(jì)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為指令，輸出至車輛來控制它們的前進(jìn)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(jī)組成。自動(dòng)化電氣控制裝置由三項(xiàng)交流發(fā)電機(jī)、傳感器、旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器、PLC控制器和電機(jī)控制接觸器構(gòu)成。裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)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(dāng)系統(tǒng)通電開始工作時(shí)，車輛在系統(tǒng)中的狀態(tài)先被設(shè)置為下行模式。位于主站的PLC在同一時(shí)刻開始對(duì)位于絞車上的編碼器進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)[4]，將高速計(jì)數(shù)器得到的脈沖信號(hào)和原來裝置中的設(shè)定值進(jìn)行比較。如果兩組數(shù)據(jù)一致時(shí)，主站發(fā)出下行信號(hào)，從站PLC在接收到信號(hào)后控制絞車的電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)將擋車欄提起。當(dāng)擋車欄上升到指定安全位置時(shí)，傳感器控制信號(hào)燈由紅變綠，絞車電機(jī)停止提升，結(jié)束車輛下行準(zhǔn)備工作。當(dāng)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(hào)，主站PLC發(fā)出命令開始控制電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，將擋車欄下放到安全位置。當(dāng)下方感應(yīng)器感應(yīng)到到達(dá)指定位置后，向總站發(fā)出信號(hào)，總站PLC控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，信號(hào)燈由綠轉(zhuǎn)紅，完成通過命令。整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)在這時(shí)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(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)會(huì)和設(shè)定值不符，總站的PLC會(huì)控制絞車電機(jī)停止工作并發(fā)出警報(bào)，達(dá)到防護(hù)目的。

圖2 裝置結(jié)構(gòu)圖

圖3 裝置工作邏輯圖

3 防護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)計(jì)

為了對(duì)斜井巷道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解巷道狀態(tài)，本裝置還設(shè)計(jì)了一種基于MCGS的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)[5]。MCGS（通用監(jiān)控系統(tǒng)）具有操作簡(jiǎn)單，畫面生動(dòng)和完善的功能結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，在目前工業(yè)界監(jiān)控領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用。結(jié)合井下實(shí)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(chǎng)區(qū)，自動(dòng)控制區(qū)和上機(jī)位區(qū)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 裝置監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是：位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備包括攝像頭和傳感器對(duì)巷道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將巷道信號(hào)傳往智能控制區(qū)。智能控制區(qū)由上述的防護(hù)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(jī)房的計(jì)算機(jī)中，相關(guān)工作人員可以直觀的了解到巷道內(nèi)的各種情況。當(dāng)有情況發(fā)生時(shí)，位于機(jī)房的工作人員可以直觀地了解現(xiàn)場(chǎng)狀況，通過自身判斷采取措施，對(duì)控制區(qū)可以下達(dá)工作命令，也可以及時(shí)將事故消息傳往井上和地面，達(dá)到防護(hù)和及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)的目的。

4 結(jié)語

新型的斜井巷道跑車防護(hù)裝置，使用基于PLC的控制系統(tǒng)，結(jié)合MCGS對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能處理，具有自動(dòng)化程度高，防護(hù)措施強(qiáng)和可視化高的優(yōu)點(diǎn)。但是在具體的調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)工作中還存在以下一些問題：設(shè)備的電控箱對(duì)精度要求比較高，所以要求的強(qiáng)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(hù)中耗費(fèi)人力財(cái)力。這些問題需要通過進(jìn)一步對(duì)斜井巷道跑車防護(hù)裝置進(jìn)行優(yōu)化而得以解決。