礦井箕斗定重自動裝載系統(tǒng)

吳遠青

摘 要：為了解決傳統(tǒng)的礦井提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，開鑿硐室面積大，投資大，運行不可靠等缺點，設(shè)計了礦井箕斗定重自動裝載系統(tǒng)。詳細介紹了系統(tǒng)組成、運行過程和校正系統(tǒng)的工作原理。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)的使用提高了運行可靠性，節(jié)省投資，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：箕斗；定重裝載；PLC

引言：傳統(tǒng)的提升式裝載系統(tǒng)采用定量稱進行稱量，這種稱量結(jié)構(gòu)具有以下一些弊端：（1）結(jié)構(gòu)復雜，易出故障；（2）水分含量大的原煤滯留定量斗的情況較為突出，增加空氣炮進行疏通增加了成本和復雜度[1]。針對以上情況本文提出了一種非接觸稱量技術(shù)的礦井箕斗定重自動裝載系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，運行經(jīng)濟可靠。該系統(tǒng)的使用減少了硐室開鑿面積和鑿井深度，降低了提升高度和排水高度，節(jié)省投資。

一、傳統(tǒng)的箕斗提升式定量裝載系統(tǒng)

傳統(tǒng)的箕斗提升式定量裝載系統(tǒng)在實際的使用過程中，定量斗箱式裝載設(shè)備的箕斗滯煤嚴重，且滯煤量極具不確定性[2]。如圖1所示，對于這些煤礦因為煤質(zhì)粘度大，原煤因為潮濕而滯留定量斗的問題，工程技術(shù)人員往往會通過在定量斗4中裝載空氣炮的方法迫使定量斗中原煤進入提升箕斗。而且，在這種情況下，微電子元件受井簡涌水嚴重、硐室濕度大等惡劣條件影響，很容易損壞，進而導致控制設(shè)備出現(xiàn)故障而停運。在這種煤質(zhì)的煤礦的生產(chǎn)過程中，通常將主井箕斗提升改為手動操作。操作時憑經(jīng)驗及感覺，估計滯煤量，采用打點計數(shù)（27～55s）裝載，很不準確，常出現(xiàn)半罐提升和溢出，撒煤量大，提升能力受到極大的限制。

1-煤倉；2-給煤機；3-皮帶機；4-定量斗；5-提升箕斗

圖1 傳統(tǒng)的提升式裝載系統(tǒng)

二、箕斗定重自動裝載系統(tǒng)

礦井箕斗定重自動裝載系統(tǒng)，有效地實現(xiàn)了主提升自動定量裝載，結(jié)構(gòu)簡單，使用安全可靠，經(jīng)濟、合理。改進了原系統(tǒng)的硐室結(jié)構(gòu)，取消定量斗，采用原煤經(jīng)皮帶直接進入箕斗的裝載結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)造價低，平均為6000元/套，投資不到定量斗箱式裝載設(shè)施0.3-0.4%，一方面降低了裝載系統(tǒng)的復雜程度，減少了投入成本，避免了不必要的故障隱患；另一方面使用經(jīng)濟效益好，減小了硐室體積（開挖硐室2500m3左右），對新建礦井可減少建井深度10m左右，每次提升減少提升距離10m，排水高度減少10m，節(jié)約了主井建設(shè)成本。

本文所介紹的礦井箕斗定重自動裝載系統(tǒng)，包括給煤機，箕斗提升系統(tǒng)，定量稱重裝置，程序控制器，皮帶運輸機，所述給煤機輸送物料到皮帶運輸機，皮帶運輸機喂料口的設(shè)置和加料狀態(tài)下提升箕斗的加料口對應(yīng)。所述定量稱重裝置的一次檢測元件采用霍爾傳感器[3]，所述定量稱重裝置包括磁鐵和一組或并列的兩組霍爾傳感器，所述霍爾傳感器組中的每一個霍爾傳感器依次安裝在井筒一側(cè)，磁鐵和霍爾傳感器對應(yīng)安裝在提升箕斗上，所述霍爾傳感器輸出信號連接程序控制器；程序控制器輸出信號控制連接給煤機，并向提升控制室發(fā)出停車和運行信號。

自動裝載系統(tǒng)在提升控制室設(shè)有微機控制系統(tǒng)，所述程序控制器和微機控制系統(tǒng)交互連接，程序控制器輸出信號控制連接給煤機和提升箕斗提升系統(tǒng)，微機控制系統(tǒng)包括人機界面[4]。

礦井箕斗定重自動裝載系統(tǒng)的使用有效地實現(xiàn)了主提升自動定量裝載，結(jié)構(gòu)簡單，使用安全可靠，經(jīng)濟、合理。改進了原系統(tǒng)的硐室結(jié)構(gòu)，取消定量斗，采用原煤經(jīng)皮帶直接進入箕斗的裝載結(jié)構(gòu)。

三、箕斗定重自動裝載系統(tǒng)的實現(xiàn)

箕斗定重自動裝載系統(tǒng)，采用霍爾探測傳感器感知箕斗位置，控制精度高、電氣隔離性能好，能有效避免強電部分竄入弱電部分，故障率基本為零。在井筒一側(cè)安裝霍爾傳感器一組，在箕斗上安裝磁鐵一個，根據(jù)原煤重量和鋼絲繩長度成正比的原理進行原煤稱量。當箕斗下放到指定深度后，系統(tǒng)通霍爾傳感器的反饋獲取箕斗在裝載過程中的下移量（即鋼絲繩的拉伸長度）。當鋼絲繩拉伸達到指定長度，即表示裝載到設(shè)定重量。于是系統(tǒng)停止裝載，發(fā)出提升信號。

礦井箕斗定重自動裝載系統(tǒng)的控制原理圖如圖2所示。該系統(tǒng)包括煤倉1，給煤機2，箕斗提升系統(tǒng)，定量稱重裝置，程序控制器，所述定量稱重裝置的一次檢測元件采用霍爾傳感器，所述定量稱重裝置包括磁鐵4和一組或并列的兩組霍爾傳感器6，所述霍爾傳感器組中的每一個霍爾傳感器依次安裝在井筒一側(cè)，所述磁鐵4和霍爾傳感器6對應(yīng)安裝在提升箕斗5上，所述霍爾傳感器輸出信號連接程序控制器；程序控制器輸出信號控制連接給煤機2，并向提升控制室發(fā)出停車和運行信號。所述的礦井箕斗定重自動裝載系統(tǒng)，包括皮帶機3，所述給煤機2輸送物料到皮帶機3，所述皮帶機的喂料口設(shè)置與加料狀態(tài)下提升箕斗5的加料口對應(yīng)。

1-煤倉；2-給煤機；3-皮帶機；4-磁鐵；5-提升箕斗；6-霍爾傳感器；7-電子稱

圖2 系統(tǒng)的控制原理圖

四、箕斗定重自動裝載系統(tǒng)的校稱系統(tǒng)

礦井箕斗定重自動裝載系統(tǒng)在實際的使用情況下，硐室設(shè)計比較容易完成。在原定量斗上方加裝封閉地板，皮帶機進行加長前移，主井箕斗底部重定位鋼梁位置，即可完成硐室設(shè)計。但由于著塑性變形、氣候會引起鋼絲繩的蠕變等原因，因此需要設(shè)計行之有效的校稱系統(tǒng)，針對鋼絲彈性拉長引起的誤差進行校正。

箕斗定重自動裝載校稱設(shè)計原理如圖3所示：圖3（a）中，在提升箕斗下方安裝一個煤安電子秤7，作為校稱的依據(jù)。圖3（b）是校稱原理圖，圖中，實線是深度和時間的曲線、長虛線是電子秤讀數(shù)和時間的曲線。假設(shè)當提升箕斗5的下放深度達到460m時，電子秤開始有讀數(shù)。隨著時間的推移，皮帶機3開始向提升箕斗中加煤，電子秤7的讀數(shù)也隨之變大。當讀數(shù)達到額定稱量值時，停止皮帶裝載。隨后，絞車開始提升箕斗。而由于箕斗中已經(jīng)裝載了煤，所以在電子稱讀數(shù)回到0之前，箕斗并沒有提升，而絞車房的深度指示（該值由天輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生）發(fā)生了變化。下放深度和箕斗離開電子秤的深度之間的差值及為調(diào)整值。該調(diào)整值通過選擇不同的霍爾檢測探頭來進行校正。

（a）為電子秤安裝圖；（b）校稱原理圖

圖3 校稱系統(tǒng)設(shè)計原理圖

五、結(jié)語

礦井箕斗定重自動裝載系統(tǒng)是基于PLC控制裝置，采用微機技術(shù)對各霍爾傳感器的信號進行采集，并根據(jù)設(shè)定進行自動裝載，裝載完畢后向提升控制室發(fā)出停車和運行信號，有效地實現(xiàn)了主提升自動定量裝載，結(jié)構(gòu)簡單，使用安全可靠，經(jīng)濟、合理。

參考文獻：

[1] 李海波.對煤礦立井提升箕斗的發(fā)展c