副立井操車及信號系統(tǒng)優(yōu)化

趙軍

前言

煤礦信號把鉤工在信號室進行打點和操車作業(yè)時，由于視覺局限性及個別員工責(zé)任心不強，導(dǎo)致其不了解現(xiàn)場情況就進行操作，存在很大的安全隱患，系統(tǒng)優(yōu)化創(chuàng)新就是在原有控制程序的基礎(chǔ)上，引入了就近操作的理念，實現(xiàn)就近急停罐籠、就近打點、就近操車、增加就地安全閉鎖，并設(shè)計了相應(yīng)的指示信號，最大程度的提高人員操作的安全性、流暢性和高效性。

黃玉川煤礦是采用主斜井、副立井方式開拓的特大型礦井，其設(shè)計生產(chǎn)能力為10.0Mt/a。副立井提升高度346m，井下兩個水平，井筒直徑Φ9.2m。裝備1個特制雙層罐籠+1個平衡錘和1個特制交通罐籠+1個平衡錘。全系統(tǒng)采用無軌運輸，減少了井下?lián)Q裝環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了一條龍運輸?？紤]整體運送液壓支架等大型設(shè)備，設(shè)計最大載荷（液壓支架+平板車）為45t。經(jīng)過遠赴歐洲進行調(diào)研考察和國內(nèi)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，相關(guān)裝備最終研制成功，于2010年1月10日投入使用，并取得圓滿成功。開創(chuàng)了國內(nèi)煤炭行業(yè)副立井立井大罐籠全無軌運輸?shù)南群?，其中融入了多項?chuàng)新設(shè)計。

特制大罐籠提升設(shè)備參數(shù)如下：摩擦輪直徑4.6m;導(dǎo)向輪直徑 4.6m;提升繩根數(shù)6;鋼絲繩間距300mm;鋼絲繩直徑48mm;最大靜張力1500kN;最大靜張力差320kN;襯墊摩擦系數(shù)≥0.25;繩襯比壓≥2N/mm2;最大提升速度：8.2m/s。特制交通罐提升機參數(shù)為：摩擦輪直徑2.4m;提升繩根數(shù)2;鋼絲繩間距300mm，鋼絲繩直徑28mm;最大靜張力150kN，最大靜張力差30kN;襯墊摩擦系數(shù)≥0.25，繩襯比壓≥2N/mm2;最大提升速度：7.7m/s。

特大型罐籠：外形尺寸長×寬×高：7700×3800×11100mm，雙層，自重50.3t，載重45t。罐體為柔性，可有效減輕罐籠質(zhì)量，減小罐籠內(nèi)載荷偏裝對罐道的側(cè)向力，罐內(nèi)設(shè)梭形無軌膠輪車導(dǎo)向裝置及車輛定位裝置，為國內(nèi)首創(chuàng)。

特大型罐籠可整體提升液壓支架;罐籠鎖緊、承接裝置具有鎖罐、托罐（最大托起量為提升系統(tǒng)的垂直載荷之差值，實際上基本消除了鋼絲繩彈性伸長）、承接的功能，保證空重車置換時不會因載荷差過大出現(xiàn)罐籠跳動，也不會因重載時鋼絲繩彈性伸長過大而影響罐籠正確定位，為國內(nèi)首此使用。

黃玉川煤礦副立井操車系統(tǒng)在國內(nèi)率先采用了德國西馬格公司的罐籠鎖緊、承接裝置，該設(shè)備在歐洲及南非的礦井中使用較多，且實用效果較好，可整體提升、下放液壓支架等現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)所必須的大型設(shè)備：具有鎖罐、托罐（最大托起量為提升系統(tǒng)的垂直載荷之差值，實際上基本消除了鋼絲繩彈性伸長）、承接的功能，。罐籠到位后，鎖緊裝置通過液動的上下鎖片鎖住罐籠，控制罐籠裝卸載時由于鋼絲繩彈性變形引起的垂直上下跳動不超過±40mm，保證空重車置換時不會因載荷差過大出現(xiàn)罐籠跳動，也不會因重載時鋼絲繩彈性伸長過大而影響罐籠正確定位，避免提升鋼絲繩因失重而打滑，也避免了因上下跳動導(dǎo)致的鋼絲繩損傷，為國內(nèi)首此使用。擺動平臺搭在罐籠特制的凹槽內(nèi)，實現(xiàn)與罐籠的承接后罐籠內(nèi)外對齊，無臺階，保證車輛進出罐籠順暢。其動作順序為：罐籠運行到位正常停車后，操車系統(tǒng)逐步完成“鎖舌鎖定罐籠、搖臺側(cè)鎖油缸解鎖、搖臺下放、安全門開啟”等一系列操車動作，待罐籠裝、卸載完成后，操車系統(tǒng)在程序的控制下自動完成“安全門關(guān)閉、收起搖臺、側(cè)鎖油缸鎖定、收回鎖舌“等操車工序。在該系統(tǒng)設(shè)計的極限載荷差變化范圍內(nèi)，操車設(shè)備都能做到準(zhǔn)確固定、平穩(wěn)完成裝卸載作業(yè)。該系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)操車系統(tǒng)在罐籠裝卸載過程中載荷變化對對提升容器、鋼絲繩的沖擊，延長了提升容器、鋼絲繩的使用壽命。

信號系統(tǒng)為國內(nèi)市場份額較大且技術(shù)很成熟的北京冠宇偉業(yè)科貿(mào)有限責(zé)任公司產(chǎn)品，在操車系統(tǒng)操作完成后，信號工通過信號系實現(xiàn)各水平之間及各水平與提升機司機的聯(lián)系，或者在自動狀態(tài)下向提升機控制系統(tǒng)發(fā)出動車信號。根據(jù)提升物料和作業(yè)要求的不同，提升信號包括開車信號2點上提、3點下放和換層信號4點慢上、5點慢下，及停車、消點等。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第三百九十四條規(guī)定，“井底車場的信號必須經(jīng)由井口信號工轉(zhuǎn)發(fā)，不得越過井口信號工直接向絞車司機發(fā)信號”因此，原系統(tǒng)設(shè)計的信號系統(tǒng)換層流程中，當(dāng)罐籠在井口時，在動罐前必須聯(lián)系井下信號工打點，而當(dāng)罐籠在井下時，換層前，井下信號工必須通過喊話器聯(lián)系井口信號工選擇換層后才能進行換層作業(yè)，整個作業(yè)過程中上下聯(lián)系的過程需要較長的時間。

由于《煤礦安全規(guī)程》第三百九十四條規(guī)定中明確“但容器提升、井上下信號連鎖的自動化提升系統(tǒng)不受此限”，同時，考慮到大罐籠換過程中不涉及其他水平及井口安全，為了進一步提高設(shè)備運行效率，在確保系統(tǒng)安全、可靠的前提下，對換層信號的傳遞和執(zhí)行過程進行了優(yōu)化改造：即換層信號不再經(jīng)由井口信號工傳遞，而是在操車完成后有罐籠所在水平的信號工自主選擇換層模式后直接向車房發(fā)送換層信號，減少了聯(lián)系和信號傳遞的時間，提高了系統(tǒng)運行效率。

為此此，我們在原有信號系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將井下?lián)Q層直接發(fā)至車房，節(jié)省了井口信號傳達的時間，程序調(diào)整如下：

由以上程序可知，罐籠所在水平的信號工將提升模式轉(zhuǎn)換為“換層”即I0.3得電，通過延時繼電器T13延時后，換層信號被發(fā)送至提升機控制系統(tǒng)程序DB101.DBX36.4種。提升機司機通過監(jiān)控確認(rèn)現(xiàn)場裝卸載完成，且操車系統(tǒng)動作到位后確認(rèn)提升機運行，提升機開始換層。

同時，在日常管理中發(fā)現(xiàn)因各水平的信號室都是設(shè)在罐籠的一側(cè)，對于另一側(cè)的設(shè)備操車設(shè)備動作情況和人員進出情況操作人員存在視覺盲區(qū)，包括把鉤工的站位情況信號工都不能及時了解，兩側(cè)把鉤工需通過喊話進行溝通，存在很大的安全隱患。例如：乘罐人員正在進出罐籠，或把鉤工還未撤至安全站位，操車系統(tǒng)已開始動作，極易出現(xiàn)設(shè)備傷人甚至人員墜落事故。為提高系統(tǒng)的安全和可靠性，消除隱患，我們對信號及操車系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造，在馬頭門兩側(cè)各增設(shè)一個控制箱，控制箱結(jié)構(gòu)見下圖：

東側(cè)信號箱 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?西側(cè)信號箱

將操車系統(tǒng)的啟動確認(rèn)信號前移到兩側(cè)馬頭門把鉤工的安全站位區(qū)，以消除另一側(cè)把鉤工的視覺盲區(qū)，也改變了原來兩側(cè)把鉤工靠喊話相互通知設(shè)備運行狀態(tài)的情況，通過新增的信號箱，可以實現(xiàn)如下改進：1、因罐籠運行停車到位后，在罐外不存在與系統(tǒng)安全關(guān)聯(lián)的因素，因此，實現(xiàn)罐籠運行到位后，在信號室、兩側(cè)馬頭門任意一處均可啟動操車系統(tǒng)（即鎖舌鎖定、搖臺側(cè)鎖解鎖、搖臺落下及安全門打開等鎖定罐籠的動作），與之前只能在信號室操作相比更加安全、高效。2、在罐籠完成裝卸載后，必須確保所有作業(yè)的把鉤工都撤出罐外，無其他人員在操車系統(tǒng)動作范圍內(nèi)停留，方可進行操車。因此，完成裝卸載后，需馬頭門兩側(cè)的信號工都確認(rèn)可以操車后，操車系統(tǒng)才開始進行操車作業(yè)，避免視覺盲區(qū)造成誤操作，以致引發(fā)事故。同時，為保障安全，我們在系統(tǒng)中加入動作時限，如一側(cè)確認(rèn)后10S內(nèi)另一側(cè)未確認(rèn)，則此前的確認(rèn)信號自動消點。3、操車設(shè)備啟動后，如遇緊急情況需要對設(shè)備進行急停，通過就地增加的急停按鈕，在信號操作臺、罐籠西側(cè)、罐籠東側(cè)任意一處均可實現(xiàn)設(shè)備急停，確保緊急情況下可以第一時間停止設(shè)備運行。4、為減少設(shè)備休止時間，操車系統(tǒng)完成操車動作后，信號工可通過馬頭門兩側(cè)任意一處均信號箱發(fā)出換層信號，不再需要返回信號室進行打點，節(jié)省了罐籠換層時間。5、為保證檢修時人員和設(shè)備安全，在兩側(cè)信號箱上均增設(shè)閉鎖旋鈕。檢修作業(yè)前，檢修工只需在就地將信號箱上的“罐籠閉鎖”旋鈕旋至閉鎖位置，就可以將提升機主控系統(tǒng)閉鎖回路分?jǐn)?，閉鎖提升機運行，保障檢修作業(yè)過程的安全。6、為減少各水平信號工在發(fā)現(xiàn)提升機運行故障后急停系統(tǒng)的時間，在信號箱上設(shè)置有提升機急停按鈕，信號工在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行隱患需要對提升機進行急停操作時可在馬頭門兩側(cè)的任一信號箱上按下“急停”按鈕，即可在緊急情況下分?jǐn)喟踩芈?，實現(xiàn)就地急停，提高安全系數(shù)。7、罐籠運行狀態(tài)及操車設(shè)備動作情況均有相應(yīng)指示燈顯示。

一、控制箱上各按鈕和指示燈的功能說明

罐籠運行——當(dāng)罐籠運行時，該指示燈點亮;罐籠停止時指示燈熄滅。在指示燈點亮的狀態(tài)下，操車系統(tǒng)閉鎖。

罐籠停止——當(dāng)罐籠停止時，該指示燈點亮;當(dāng)“罐籠閉鎖” 旋鈕打到閉鎖位置時，該指示燈閃亮，提示提升機已經(jīng)閉鎖，制動閘無法打開，用于檢修期間閉鎖罐籠，防止司機誤開車，造成人身傷亡事故。操車狀態(tài)——當(dāng)罐籠到位時，該指示燈閃爍，提示信號把鉤工可以進行操車。當(dāng)操車“自動開始”按鈕按下后，該指示燈變?yōu)槌Ａ翣顟B(tài)，指示操車系統(tǒng)已經(jīng)啟動;當(dāng)操車系統(tǒng)全部收回，該指示燈閃爍，提示可以打點動罐，罐籠離開后，該指示燈熄滅。罐籠急?！糜诰o急情況下，拍下此按鈕（東西兩側(cè)任一側(cè)拍下均有效），提升機安全回路斷開，制動系統(tǒng)立即施閘，罐籠停止運行，為避免誤操作，該按鈕外加有護罩。上換層/下?lián)Q層——罐籠上層或下層裝車完畢，搖臺、鎖舌等收回后，按下此按鈕，即可對罐籠進行換層操作，只有在操車完成后，操車狀態(tài)指示燈閃爍的狀態(tài)下該按鈕有效。自動開始——罐籠到位停車后，操車狀態(tài)指示燈閃爍狀態(tài)下，東西任意一側(cè)按下此按鈕即可啟動自動操車程序，即打開安全門、放下?lián)u臺等。自動結(jié)束——在操車系統(tǒng)動作過程中發(fā)現(xiàn)異常情況時，信號工可按下此按鈕，此時所有油缸停止動作，但操車液壓站油泵不停止;待故障解除后可在操作臺上用檢修方式恢復(fù)正常即可。程序已好——當(dāng)罐籠裝載完成，把鉤工退出至安全站位后按下此按鈕開始啟動操車程序，同時，為確保操車前兩側(cè)馬頭門的安全，需兩側(cè)把鉤工在10秒內(nèi)分別都按下該按鈕才可啟動自操車程序：安全門落下，搖臺收起，鎖舌解鎖，操車完畢。

二、PLC輸入/輸出信號

根據(jù)控制需要，在原系統(tǒng)的輸入/輸出模塊上增加或并入以下所需信號。

三、信號系統(tǒng)優(yōu)化程序設(shè)計

此優(yōu)化設(shè)計只需要在信號系統(tǒng)原程序基礎(chǔ)上做適當(dāng)修改，程序中使用的位置信號均為原程序中完成該功能所必須的信號，無需增設(shè)傳感器和新的信號采集設(shè)備，程序改動如下：

1）增加兩個輸入點，分別為I7.0和I7.1，用作新增的換層信號。

將新增加的換層信號信號，與4點/5點（信號控制臺上的換層信號）相或。實現(xiàn)在就地信號箱進行換層打點，僅僅增加一處輸入，并不改變系統(tǒng)原有程序機構(gòu)。

2）新增提升機閉鎖輸入點為I7.2，使之與原程序的I0.7（不允許開車）相或，實現(xiàn)提升機閉鎖功能。

3）將兩側(cè)馬頭門新增的“信號箱急?！卑粹o串聯(lián)后接入I7.3，并與原系統(tǒng)的I1.7（急停）信號相或，實現(xiàn)提升機急停功能，保障在馬頭門任意一側(cè)均可就近實現(xiàn)設(shè)備急停。程序如下：

4）“罐籠運行”指示燈利用原有指示燈接線端子，無需修改程序，增加一處指示燈即可。

5）“罐籠停止”指示燈利用原有指示燈接線端子，為提示檢修人員在完成作業(yè)后及時解除閉鎖，在原有指示功能的基礎(chǔ)上加了閃爍功能，用以指示“罐籠閉鎖”狀態(tài)，程序如下：

四、操車系統(tǒng)程序優(yōu)化設(shè)計

1）“自動開始”信號（I12.2）

2）“自動結(jié)束”信號（I12.3）;緊急情況下對操車設(shè)備進行緊急停止，但操車液壓站不停止。自動開始和自動結(jié)束同樣采用了在原程序同功能的輸入點并接輸入型號的方式實現(xiàn)，最大限度減少對原程序改動的風(fēng)險。

3）“程序已好”信號I12.4和I12.5

程序已好信號是實現(xiàn)本次改造主要目的、消除安全隱患的關(guān)鍵程序，除實現(xiàn)設(shè)備操作功能外，同時加入了兩邊“同時確認(rèn)”和“延時消除”的功能，及只有在兩邊均確認(rèn)安全的狀態(tài)下操車系統(tǒng)方可啟動，而且，當(dāng)一側(cè)確認(rèn)后10S內(nèi)另一側(cè)尚未確認(rèn)，則原確認(rèn)信號自動消點，需把鉤工重新進行確認(rèn)操作。最大限度減少因把鉤工對另一側(cè)視覺盲區(qū)無法確認(rèn)人員設(shè)備狀態(tài)時誤操作造成安全隱患。

4）操車狀態(tài)指示燈（黃燈）常亮及閃爍功能：

在操車系統(tǒng)開始動作后，為方便作業(yè)人員可以就地直觀的看到操車完成狀況，在操車完成后及時打點動罐，減少設(shè)備休止時間，并且在操車設(shè)備動作超時時及時發(fā)現(xiàn)，增加了該指示功能。當(dāng)操車系統(tǒng)動作時，指示燈閃爍提示，完成操車后指示燈轉(zhuǎn)為常亮。

改造后的系統(tǒng)，經(jīng)實際運行論證，完全達到了改造的初衷，消除了安全隱患，提高了系統(tǒng)運行效率。完全實現(xiàn)了消除信號工視覺盲區(qū)、馬頭門兩側(cè)進行安全確認(rèn)、就地實現(xiàn)設(shè)備閉鎖和急停及提高設(shè)備運行效率的改造目的。由于在改造前進行了詳細的設(shè)計論證，在實施過程中嚴(yán)格控制改造風(fēng)險，改造后的系統(tǒng)運行穩(wěn)定。