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應(yīng)急重力滑行裝置在副井提升機(jī)的應(yīng)用

發(fā)布時間：

2023-05-09

來源：

http://www.99-app-b.com/

針對煤礦副井提升機(jī)因故障無法正常運(yùn)行、罐籠中途緊急停車、乘員被困的問題，提出了采用應(yīng)急重力滑行裝置進(jìn)行緊急救援的技術(shù)方案。介紹了應(yīng)急重力滑行裝置的研究背景，提出了3種應(yīng)急重力滑行裝置的技術(shù)方案，對比分析了3種方案與原電控系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度以及各自的特點。以單相備用電源+應(yīng)急液壓站+應(yīng)急操控臺的技術(shù)方案為例，闡述了其工作原理及雙閉環(huán)控制策略；針對備用電源的選型，結(jié)合各方案的設(shè)備配置情況，給出了指導(dǎo)性意見。

導(dǎo)讀

針對煤礦副井提升機(jī)因故障無法 正常運(yùn)行、罐籠中途緊急停車、乘員被困的問題，提出了采用應(yīng)急重力滑行裝置進(jìn)行緊急救援的技術(shù)方案。介紹了應(yīng)急重力滑行裝置的研究背景，提出了3種應(yīng)急重力滑行裝置的技術(shù)方案，對比分析了3種方案與原電控系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度以及各自的特點。以單相備用電源+應(yīng)急液壓站+應(yīng)急操控臺的技術(shù)方案為例，闡述了其工作原理及雙閉環(huán)控制策略；針對備用電源的選型，結(jié)合各方案的設(shè)備配置情況，給出了指導(dǎo)性意見。

副井提升機(jī)用于升降人員和物料。在運(yùn)行過程中，一旦出現(xiàn)供電失敗，或者電動機(jī)、減速器、調(diào)速器(變頻器)等關(guān)鍵部件出現(xiàn)重大故障，提升機(jī)被迫中途停車，提升容器中的乘員被困井筒。副井提升機(jī)如果不能在短時內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行，被困人員可能出現(xiàn)急躁、焦慮等不良情緒，安 全隱患則隨停機(jī)時長的增加而增加。出現(xiàn)上述故障后，要在盡可能短的時間內(nèi)恢復(fù)副井提升機(jī)的運(yùn)行，哪怕是低速運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行應(yīng)急提升。在故障當(dāng)次恢復(fù)提升機(jī)運(yùn)行，將乘員撤離到井口或其他安 全處；也可根據(jù)實際需要，繼續(xù)應(yīng)急提升，直至完成應(yīng)急救援任務(wù)。

《煤礦安 全規(guī)程》第四百零一條規(guī)定：檢修時，提升容器的速度一般為0.3～0.5 m/s，zui大不得超過2 m/s。

1應(yīng)急重力滑行裝置

靈東煤礦副井采用JKM 4×4(Ⅲ)型提升機(jī)，其直流電動機(jī)的功率為1 500 kW，系統(tǒng)供電電壓為10 kV。若提升機(jī)因停電等故障無法 正常運(yùn)行，簡單做法是利用1臺備用柴油發(fā)電機(jī)作為電源。按照提升負(fù)荷的需要，發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量至少為額定容量的1.6倍；此外，至少需要增設(shè)1套2 400 kW/10 kV三相高壓發(fā)電機(jī)組、1臺10 kV高壓開關(guān)柜、1組安裝上述設(shè)備的機(jī)房(包括油料庫)。

上述裝備和相應(yīng)的基建費用相對較多，日常管理和維護(hù)也需要一定的成本；但全礦停電事故發(fā)生的概率較小，大型設(shè)備常備而不常用，造成資源的浪費。

在應(yīng)急救援中，提升機(jī)也需要提升或下放重物。在下放重物的過程中，提升機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，促使網(wǎng)側(cè)電壓(靈東礦為10 kV)泵升，電壓泵升至一定值，可能損害包括三相高壓發(fā)電機(jī)組在內(nèi)的與該電網(wǎng)相關(guān)的設(shè)備和元件，這為應(yīng)急救援埋下了安 全隱患。在此情形下，較好的處理方式是通過液壓制動系統(tǒng)，借助提升鋼絲繩的張力差或乘員的重力，控制副井提升機(jī)在安 全速度下滑行，將被困人員應(yīng)急提升至安 全位置，如井口、井底或中段水平馬頭門處，安 全撤離。

2應(yīng)急重力滑行裝置技術(shù)方案

2.1方案內(nèi)容

針對副井提升機(jī)應(yīng)急重力滑行裝置的選擇，筆者提出了3種技術(shù)方案，具體方案內(nèi)容如表1所列。

3種方案中，方案1相對獨立于原控制系統(tǒng)及液壓站；方案2應(yīng)急時使用原操作臺對提升機(jī)重力滑行進(jìn)行啟停和速度控制；方案3增設(shè)三相備用電源為控制系統(tǒng)及液壓制動系統(tǒng)供電。液壓站中油泵電動機(jī)為AC 380 V三相交流電動機(jī)，考慮此電動機(jī)啟動時的沖擊電流，三相備用電源的容量要大于方案1和方案2中的單相備用電源容量。

2.2原理分析

以方案1為例，其原理框圖如圖1所示。圖1中虛框內(nèi)為原電控設(shè)備和液壓站，其中：a為輔助電源(AC 380 V)，雙回路進(jìn)線，為電控設(shè)備和液壓站供電；b為網(wǎng) 絡(luò)化操作臺；c為PLC控制柜；d為液壓站。

1.單相備用電源2.應(yīng)急操控臺3.應(yīng)急液壓站4.手動單向閥5.測速元件6.提升機(jī)主井設(shè)備7.制動器

圖1中，應(yīng)急操控臺2作為重力滑行應(yīng)急提升的控制設(shè)備，由單相備用電源1(AC 220 V)供電，并對應(yīng)急液壓站3進(jìn)行控制；應(yīng)急液壓站中的油泵電動機(jī)為單相交流電動機(jī)或直流電動機(jī)，轉(zhuǎn)速和容量與油泵相匹配。如同原液壓站，應(yīng)急液壓站輸出油管也設(shè)有2只手動截止閥4.1，通過三通分別接入液壓制動系統(tǒng)油路的A管和B管。正常情況下，關(guān)閉手動截止閥4.1，液壓制動系統(tǒng)的油壓由原液壓站控制；應(yīng)急提升情況下，打開手動截止閥4.1、關(guān)閉4.2，液壓制動系統(tǒng)的油壓由應(yīng)急液壓站控制；通過切換手動截止閥4.1和4.2的狀態(tài)，進(jìn)行日常提升或應(yīng)急提升。

3應(yīng)急液壓站及其雙閉環(huán)控制

3.1工作原理

重力滑行是利用提升系統(tǒng)的不平衡力來移動提升容器，速度由液壓站通過松閘和合閘進(jìn)行控制。本應(yīng)急系統(tǒng)不設(shè)驅(qū)動動力，松閘的情況下，較重一側(cè)的罐籠下降，較輕一側(cè)上升。應(yīng)急液壓站是應(yīng)急重力滑行裝置的重要部件，其原理如圖2所示。應(yīng)急液壓站安裝時，油路通過三通閥分別與原油路的A管、B管連接。使用應(yīng)急液壓站前，當(dāng)盤式制動器處于全制動的狀態(tài)下，將2個手動截止閥打開，同時關(guān)閉原液壓站的手動截止閥。

圖2中，應(yīng)急液壓站的油泵電動機(jī)4要優(yōu)先選擇直流電動機(jī)或單相交流電動機(jī)，方便由直流備用電源或單相交流電源供電，并要求具有一定的續(xù)航能力；比例溢流閥2可設(shè)定應(yīng)急液壓站的額定工作油壓，通常與原液壓站的額定工作油壓相匹配；比例溢流閥受應(yīng)急操控臺上速度操縱桿控制，從而控制應(yīng)急液壓站的實際壓力，達(dá)到控制重力滑行速度的目的。參考《煤礦安 全規(guī)程》第四百零一條規(guī)定，重力滑行速度通常限制在1 m/s以內(nèi)。

應(yīng)急液壓站的工作過程：安 全電磁閥G1得電、G2斷電，油泵電動機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)，比例溢流閥KT2處于卸油狀態(tài)，等待應(yīng)急操控臺的指令；當(dāng)比例溢流閥2收到開閘信號，應(yīng)急液壓站開始升壓，油壓根據(jù)開閘信號大小可以連續(xù)線性控制，隨著壓力上升，盤式制動器逐漸松閘，在兩側(cè)罐籠不平衡力的作用下，提升機(jī)往較重的一側(cè)低速滑行。配套的應(yīng)急操控臺具有保護(hù)措施，當(dāng)發(fā)生超速、閘盤超溫、壓力過壓等故障時，應(yīng)急操控臺可聲光報警；同時，比例溢流閥2和安 全電磁閥G1斷電、G2得電，應(yīng)急液壓站卸壓，使提升機(jī)安 全制動，重力滑行停止。應(yīng)急液壓站的聯(lián)鎖基本要求如表2所列。表中，“-”代表斷電，“+”代表得電。

3.2雙閉環(huán)控制

利用應(yīng)急操控臺上操縱桿控制應(yīng)急液壓站的松閘或合閘，從而控制重力滑行速度，通過油壓和滑行速度的雙閉環(huán)控制，達(dá)到穩(wěn)定滑行速度的目的。雙閉環(huán)控制原理如圖3所示。

圖3中，雙閉環(huán)的內(nèi)環(huán)為油壓閉環(huán)，設(shè)有油壓調(diào)節(jié)器5、油壓斜率限制器4和功率放大器3。功率放大器的輸出直接控制比例溢流閥2.2的線圈，使得應(yīng)急液壓站的油壓隨電信號作線性變化；油壓斜率限制器對油壓的變化速率進(jìn)行限制，以免油壓變化太快，影響滑行速度的平穩(wěn)性。經(jīng)過一定時間的重力滑行，閘盤可能過熱，當(dāng)非接觸式溫度傳感器1檢測到過熱情況，發(fā)出指令使應(yīng)急液壓站實施安 全制動，在油壓斜率限制器的作用下，更平穩(wěn)地緊急停車。壓力閉環(huán)的反饋信號取自壓力傳感器2.1。Ug為滑行速度給定信號，由應(yīng)急操控臺上操縱桿控制，速度閉環(huán)的反饋信號取自安裝于提升機(jī)主軸的測速機(jī)或光電編碼器。根據(jù)速度和壓力的跟隨情況，雙閉環(huán)的滑行速度調(diào)節(jié)器6和油壓調(diào)節(jié)器5可設(shè)置為PI或P調(diào)節(jié)器。

4備用電源的選型

4.1選型原則

首先，備用電源的選型主要以重力滑行所用液壓站中油泵電動機(jī)的額定容量(電流)和電壓作為基礎(chǔ)參數(shù)?？紤]油泵電動機(jī)在直接啟動瞬間，zui大電流可能是其額定電流的5～7倍；加之應(yīng)急重力滑行裝置還有其他負(fù)荷，備用電源的額定容量通常不小于應(yīng)急液壓站(方案1和方案2)或原配液壓站(方案3)中油泵電動機(jī)額定容量的10倍。如果采用方案1和方案2，其油泵電動機(jī)的額定容量為1.0 kW/單相AC 220 V，則備用電源的額定容量通常不小于10 kW/單相AC 220 V；如果采用方案3，其油泵電動機(jī)的額定容量為3.0 kW/三相AC 380 V，則備用電源的額定容量通常不小于30 kW/三相AC 380 V。

其次，備用電源的續(xù)航能力是個重要的參數(shù)，必須在設(shè)計選型中予以體現(xiàn)。以重力滑行的平均速度0.5 m/s計，備用電源的續(xù)航時間至少為H/0.5(H為提升高度，m)，并留有充分的裕量。例如，提升高度H為500 m，按平均速度0.5 m/s重力滑行一個行程，至少則需17 min，考慮一定的裕量，備用電源的續(xù)航能力通常為不低于30 min。

4.2方案選擇

備用電源有兩種選擇：一是不間斷電源UPS；一是交流發(fā)電機(jī)組。

(1)UPS主要由整流器、逆變器和電池組等組成。UPS額定容量取決于其整流器和逆變器容量，輸出的額定電流與其容量成正比；UPS的續(xù)航能力取決于電池組的容量，電池組的容量越大、續(xù)航能力越強(qiáng)，如果要求UPS輸出容量大且續(xù)航時間長，則需配置相當(dāng)多數(shù)量的電池。UPS的優(yōu)點在于靜音；缺點在于需要定期或經(jīng)常處于在線充電狀態(tài)，一旦長時間不在線，電池組的能量可能耗凈或大為減少，應(yīng)急時UPS不能發(fā)揮作用或續(xù)航能力不夠。市場上UPS的輸出多為單相，如果采用方案1和方案2，可選用；UPS也有三相輸出，但是三相大容量的UPS，在設(shè)備體積、價格、日常維護(hù)保養(yǎng)方面不具有優(yōu)勢，如果采用方案3，通常不選用UPS作為備用電源。

(2)交流發(fā)電機(jī)組可分為單相發(fā)電機(jī)和三相發(fā)電機(jī)兩種。單相發(fā)電機(jī)輸出電壓為AC 220 V，方案1和方案2可選用；三相發(fā)電機(jī)輸出電壓為AC 380 V，方案3可選用。燃油發(fā)電機(jī)是依靠柴油或汽油燃燒產(chǎn)生動力帶動發(fā)電機(jī)組的，相較于UPS，其優(yōu)點在于耐用，續(xù)航能力取決于備用油料量；缺點在于有噪聲和尾氣排放，對小環(huán)境有一定的不利影響。

5干預(yù)重力平衡

在兩邊罐籠交鋒的區(qū)域內(nèi)，且兩邊罐籠載重相差無幾的情況下，鋼絲繩張力差接近于零或較小，即張力處于平衡狀態(tài)。此時，制動閘即使全部松開，罐籠也可能處于靜止?fàn)顟B(tài)，無法滑行。打破張力平衡狀態(tài)zui簡單的做法是人為干預(yù)，推動卷筒轉(zhuǎn)動。在張力平衡狀態(tài)下，人為干預(yù)使卷筒轉(zhuǎn)動并不困難。在有條件的煤礦，可設(shè)置重力平衡破壞裝置，如在卷筒的內(nèi)側(cè)增設(shè)內(nèi)齒圈，以及與內(nèi)齒圈配套的齒輪，通過小型電動機(jī)驅(qū)動齒輪帶動卷筒轉(zhuǎn)動，達(dá)到破壞重力平衡的目的；也可以在提升機(jī)的主軸上、減速器的輸出軸或主電動機(jī)的輸出軸上增設(shè)小型驅(qū)動裝置，也能達(dá)到破壞重力平衡的目的。

需要注意的是，重力平衡破壞裝置所使用的電源要與備用電源相匹配，包括電壓等級和容量等。

6結(jié)語

靈東煤礦副井應(yīng)急重力滑行裝置采用技術(shù)方案1，即單相備用電源+應(yīng)急液壓站+應(yīng)急操控臺的方案，單相備用電源采用小型單相柴油發(fā)電機(jī)組。安裝后，經(jīng)輕載、半載和全載的調(diào)試和試驗，重力滑行速度平穩(wěn)，閘盤溫度控制在容許的范圍內(nèi)。礦方制定了相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)維管理措施，做到平急結(jié)合，確保在應(yīng)急過程中，設(shè)備安 全可靠，乘罐人員能夠撤離到安 全地點，這為乘罐人員的應(yīng)急救援增添了一個新的方案。

引文格式：

[1]王增仁，陳 國 峰.應(yīng)急重力滑行裝置在副井提升機(jī)的應(yīng)用.[J].礦山機(jī)械,2023,51(4):21-24.

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