趙占宏，范勝利，趙康凱，牛亞豪，申 飛

(山西潞安化工集團 五陽煤礦南豐工區(qū)，山西 長治 046200)

目前，國內(nèi)現(xiàn)有礦用副立井提升機提升容器(罐籠)都沒有照明裝置，提升容器在井筒內(nèi)運行期間，隨身攜帶一些超長工具和材料的乘罐人員，在這種黑暗的環(huán)境下很難妥善保管這些物品，極易碰觸傷及他人，對安全管理極為不利。為此，山西潞安化工集團五陽煤礦從居民住宅樓電梯的造型、結(jié)構(gòu)上獲得了靈感，發(fā)明了礦用副立井提升容器自發(fā)電照明裝置。實際投用后，不僅提高了礦工乘罐安全系數(shù)，還提升了礦井質(zhì)量標準化建設(shè)水平。

1 項目背景

礦用副立井提升機提升容器(罐籠)加裝照明裝置，難點是妥善解決照明裝置的電源問題。不能使用直流蓄電池供電的原因有：①蓄電池不防爆；②頻繁地拆卸蓄電池充電會額外增加工作負荷。加之蓄電池有使用壽命，購置更換蓄電池頻率過高將增加成本。不能使用交流電固定電源供電的原因為：提升容器在井筒內(nèi)要上下做垂直往復(fù)運動，如果使用串接電纜方式供電，所需電纜太長，而且受運動方向所限，不易對電纜進行安全管理。更不能像有軌電車那樣直接將裸露的鋼絲繩，或是將組合鋼罐道做導(dǎo)體給照明裝置供電，這種通電方式不安全、不防爆，可能導(dǎo)致乘罐人員身體觸電或產(chǎn)生明火引發(fā)礦井瓦斯燃燒和爆炸等。

綜上所述，要解決礦用副立井提升容器加裝照明裝置的電源難題，必須同時符合三個條件：①提供無線電源；②提供永續(xù)電源；③使用防爆型設(shè)備裝置供電。經(jīng)過多次反復(fù)試驗和改進，研發(fā)了隔爆型永磁發(fā)電機加配“防爆型不間斷電源”組合供電裝置，利用提升容器的罐耳滾動輪轉(zhuǎn)動做動力，帶動永磁發(fā)電機發(fā)電提供永續(xù)電源。

自發(fā)電照明裝置配套設(shè)備及配件見圖1。

圖1 自發(fā)電照明裝置實物安裝示意

2 自發(fā)電照明裝置工作原理及關(guān)鍵創(chuàng)新點

2.1 工作原理

礦用副立井提升機提升容器(罐籠)自發(fā)電裝置的工作原理為：通過安設(shè)在井筒壁上的組合鋼罐道與提升容器罐耳“滾動輪(聚氨酯橡膠材質(zhì))”接觸摩擦，利用“滾動輪”轉(zhuǎn)動后產(chǎn)生的動力帶動永磁發(fā)電機傳動軸上的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動工作，發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動切割磁力線產(chǎn)生電能并輸出，輸出的電能通過“全波整流橋”將交流電能整流變?yōu)橹绷麟娔?，直流電能再?jīng)過“穩(wěn)壓器”使其變成恒流電壓后供給給“防爆不間斷電源”蓄電裝置充電，最后“防爆不間斷電源”將蓄電能供給給用電器(12 V、10 W的LED防爆型照明燈具)工作。

圖2 副立井提升容器自發(fā)電照明裝置設(shè)計與研發(fā)示意

2.2 關(guān)鍵創(chuàng)新點

“自發(fā)電照明裝置”在研發(fā)過程中，需要重點解決四大難題，同時也是整套裝置的四個關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點：

1) 解決永磁發(fā)電機動力難題。隔爆型永磁發(fā)電機必須靠外力作用才能工作發(fā)電。經(jīng)現(xiàn)場觀摩，嘗試利用現(xiàn)有動力資源——提升容器罐耳“滾動輪”轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的動力來帶動發(fā)電機工作，經(jīng)試驗改進后效果良好，徹底解決了發(fā)電機無動力源難題。為了更好地保護隔爆型永磁發(fā)電機，還專門在其上加設(shè)了1個用鋼板制作的防護罩，既能防止發(fā)電機被不慎掉入井筒內(nèi)的雜物砸壞，又能有效防止和減少井筒淋水對發(fā)電機的侵蝕。

2) 解決“滾動輪”與永磁發(fā)電機轉(zhuǎn)速匹配難題。經(jīng)理論計算，提升容器罐耳“滾動輪”的等速段轉(zhuǎn)速為360 r/min，而永磁發(fā)電機工作額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。為了能夠達到發(fā)電機正常工作所需轉(zhuǎn)速，通過多次計算和反復(fù)試驗，自制加工制作了1個直徑為42 mm的“調(diào)速傳動輪”，將其安設(shè)在永磁發(fā)電機傳動軸頂端與罐耳“滾動輪”直接接觸。當提升容器運行時，罐耳“滾動輪”旋轉(zhuǎn)并帶動“調(diào)速傳動輪”轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)動力經(jīng)“調(diào)速傳動輪”變速后帶動永磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)，使發(fā)電機工作額定轉(zhuǎn)速達到3 000 r/min，有效保證了隔爆型永磁發(fā)電機正常工作。

3) 解決配套設(shè)備防爆問題。因為受工作環(huán)境限制，整套“裝置”各部件必須全部具備防爆性能，而“裝置”所需要的蓄電池、整流橋和穩(wěn)壓器等部件本身并不具有安全防爆性能。所以，相關(guān)防爆設(shè)備廠家定制了一套同時具有整流、穩(wěn)壓和蓄電等多功能的“防爆不間斷電源”組合裝置，從而確保了整套“裝置”中的各部件全部具備了安全防爆性能。

4) 解決用電節(jié)能問題。因為礦井提升容器并非不間斷、連續(xù)性地工作，它有停止運行的時候，而且永磁發(fā)電機只有在提升容器在等速段距離范圍內(nèi)運行時，才能達到其額定轉(zhuǎn)速正常發(fā)電，也就是說，“自發(fā)電裝置”的輸出電能是間歇性工作，而提升容器內(nèi)安設(shè)的照明裝置耗能卻是連續(xù)性的。照明裝置如果不進行有序管控，那么蓄電裝置的耗能輸出將會大于蓄能輸入，這既不能完全滿足提升容器內(nèi)的照明使用，還會縮短蓄電裝置的使用壽命，提高成本。為了環(huán)保、節(jié)能，在提升容器頂部加裝1個紅外感應(yīng)控制器，與照明裝置串接，用以控制照明用電。當紅外感應(yīng)器感應(yīng)到乘罐人員進入罐籠后，感應(yīng)器會自動接通照明電源，照明燈具開始工作；當罐籠內(nèi)無人時，感應(yīng)器會自動切斷照明電源。

3 結(jié) 語

副立井提升容器自發(fā)電照明裝置具有造型輕便、維護簡單、經(jīng)濟實用、環(huán)保節(jié)能等特點，單就其實用價值來說，具有三大優(yōu)勢：

1) 解決了副立井提升容器無照明問題，極大地改善了礦工乘罐安全環(huán)境，提升了礦井質(zhì)量標準化建設(shè)水平，且因為使用無償動力資源，運行成本低。

2) 解決了副立井提升容器無永續(xù)電源問題，填補了國內(nèi)副立井提升容器照明“無法自動供給電能”的空白，加之配用蓄電裝置功能，實現(xiàn)了輸出電能的穩(wěn)定性，保證了不間斷電源的連續(xù)供電。

3) 副立井提升容器擁有了永續(xù)電源，不但能供照明使用，還能安設(shè)各類監(jiān)測監(jiān)控儀器和用以宣講事故案例和安全法規(guī)、安全技能等知識的媒體音響、影像設(shè)備等等，極具市場經(jīng)濟價值，推廣應(yīng)用前景廣闊。