萬福煤礦主井提升機提人模式改造

韋節明 顏新房 張紀飛

（兗煤萬福能源有限公司，山東 菏澤 274922）

兗煤萬福能源有限公司位于山東省菏澤市，設計年產180 萬t。礦井主、副井均選用一部JKMD-4.5×4(Ⅲ)型落地式多繩摩擦式提升機。其中主井提升容器為側卸式箕斗，箕斗上部裝載口設計有乘人空間蓋板，當蓋板拉起時下方箕斗本體可裝煤，蓋板放下后蓋板上部空間可作為臨時乘人空間使用。

與其他礦井不同，由于萬福能源有限公司主副井僅設置一部提升機，當副井提升機系統出現故障或進行大型檢修，導致副井無法正常工作時，人員升降只能通過主井提升系統。主井提人工況的安全可靠性直接影響到人員升降的安全。因此，對主井提人工況的可靠性研究和設備改造對主井臨時升降人員和井下人員應急逃生具有重要意義。

1 主井提人模式改造背景

萬福能源主井提升系統在提人運行工況下存在很多問題，提升機控制程序無法根據提升高度自動控制加減速度和到位位置，箕斗接近上下人位置后無法進行自動減速及停車動作，提升機保護裝置的位置和參數設計與提人工況不同，人員進出箕斗乘人空間時操作繁瑣，人員在井筒附近操作危險性及事故風險大。因此，為保障主井提升系統提人工況下的安全可靠運行，確保人員升降安全，需要對主井提人模式進行技術改造。

2 主井提升改造方案設計

2.1 提升容器位置的確定

以主井箕斗卸載點位置提升高度記為0 m，裝載點提升高度-873 m，主井上井口高度-28 m，主井下井口高度為-857 m，提煤運行區段長于提人運行區段，且上下井口人員進出箕斗乘人空間位置與箕斗裝卸載位置均不統一。根據前期設備運行實際觀察測算，下井口人員進出箕斗位置較為狹小，如使用B 箕斗進出人員，距離裝載機頭護罩間距不足1 m，人員操作空間較少，作業難度較大。在雙箕斗升降人員時，兩部箕斗在上下井口不具備同時進出乘人空間的條件，且一部箕斗人員進出時，另一部箕斗內人員需要長時間吊在井筒內。如采用單箕斗升降人員，相比于雙箕斗提升，僅需要對一部箕斗對應的上下井口設備進行操作，停車位置相對固定，且不再需要調平對位，減少了人員吊在井筒內的時間，提升周期明顯縮短，提升效率顯著提高。故本次提人模式改造采用A 箕斗單箕斗升降人員方式進行改造。

2.2 提升裝置井筒開關位置確定和作用方式選擇

為實現提升裝置各類安全保護功能，井筒內需要安裝多組井筒位置開關作為保護功能檢查試驗點，包括容器到位點、過卷保護點、位置同步點等。其中，箕斗在上下井口的到位點可兼作位置同步點使用。

由于萬福礦主井采用鋼絲繩罐道設計，箕斗在井筒內運行軌跡擺動較大，若在井筒內布置機械式磁開關，在提煤工況下開關容易被擺動的箕斗碰撞損壞，故采用磁感應開關作為箕斗到位點和過卷點的感應開關，可有效增加位置開關和箕斗本體的間距，同時也能確保磁感應開關與箕斗間的安全距離。井筒[1]內提升減速點根據提升速度圖計算減速距離后，通過提升機PLC 程序內編碼器位置計算設定計算點。

由于主井井口房內井筒開關接線備用芯線不足，重新放置新線施工難度較大，故采用通過裝載站、卸載站井口就地接線箱接收新增的井筒開關位置點，并通過PLC 通信的方式傳輸至提升機房內，從而實現提升機PLC 對箕斗到位狀態的傳輸。

2.3 提升模式切換設計

提人模式下，上下井口信號聯系由原有的裝卸載站更改為井口就地箱，存在多點聯系導致誤操作的可能性。為增加安全功能，在主井提人模式下，裝卸載信號系統和提升機控制系統需要獨立進行調整，模式切換采用兩系統各自獨立切換、相互結合工作的形式。主井提升機提升系統由操作臺旋鈕調整“提人/提煤”兩工況模式，信號系統由裝載站、卸載站、車房總站三個信號就地操作臺共同進行切換。在提升機和信號系統均已切換至提人模式后，在提升機房內通過新增的“提人模式確認”按鈕確認后提升模式轉換為提人模式。當任意一套系統未完成切換時，“模式確認按鈕”無法正常使用，提人模式無法正常使用，提升機安全回路無法合閘。

3 主井提人模式技術改造方案

3.1 提升曲線設計

主井提人模式時上井口出罐位置深度指示為-28 m，下井口出罐位置深度指示為-857 m，提升高度829 m，運行速度給定如圖1。

圖1 主井提人模式速度圖

箕斗初始加速度為0.2 m/s2，當箕斗加速至0.7 m/s 后，加速度增加至0.7 m/s2，箕斗以5 m/s 的速度運行780 m 左右開始減速，減速度為0.7 m/s2，減速至0.5 m/s 運行12.7 m 后進入低速爬行段，運行2.1 m 左右到達停車開關后提升機停止運行。

3.2 輔助設備

3.2.1 井筒開關安裝

上下井口到位及過卷開關選用磁感應開關，在箕斗外側安裝磁鐵，磁鐵和開關相互配合使用。

箕斗在上井口到位停車時，箕斗頂部與井口內套架橫梁位置保持同一水平，故提人模式到位磁鐵安裝在箕斗頂部，與套架梁平齊，并和提煤位置磁鐵保持足夠間距，確保磁鐵附近箕斗裝備磁化后依然不會相互產生干擾。

上井口到位磁開關安裝在井口內套架橫梁處，焊接固定；下井口磁開關安裝在加工好的開關架上，開關架采用角鋼焊接，使用膨脹螺栓固定在井壁上，確保到位、過卷開關間距在0.5 m；上下井口到位位置以磁鐵位置為準，安裝時與箕斗本體保證50 mm 以上間距，以免箕斗在鋼絲繩罐道范圍內運行時發生擺動，碰撞開關。

3.2.2 行人過橋改造

上下井口安裝翻板式行人過橋和護欄，替代原有移動式行人過橋。提煤運行期間，行人過橋及護欄翻折出井口范圍，并限位固定，防止影響箕斗運行；在提人運行期間，箕斗運行至到位位置后，蓋板放下。具體位置和運行情況如圖2。

圖2 翻板式過橋兩種工作狀態（正視圖、左視圖）

3.3 程序優化

根據提人模式工況要求和提升設備的功能實現情況，對主井提升機和裝卸載信號系統進行優化改造，具體內容如下：

3.3.1 模式切換程序

在提升機PLC 控制程序中，新增提人模式確認和切換程序，對裝卸載信號系統提升模式狀態量進行讀取，并通過提升機操作臺增加的“提人模式確認”按鈕和旋鈕完成模式切換功能。

卸載站和提升機增加模式切換旋鈕，提升機操作臺增加“提人模式確認”按鈕。當需要對提升模式進行切換時，由卸載站人員和提升機司機分別將操作臺提升模式切換為“提人”模式。切換完畢后，由司機在提升機房將提升機切換為“提人”模式。確認信號和提升機均切換完畢后，司機按下新增的“提人模式確認”按鈕完成提人模式切換。修改后的程序畫面會將當前提升模式在組態畫面上高亮顯示，起到警示作用。

模式切換后，裝載站、卸載站、提升機房三地點需要按下操作臺上的“提人信號允許”按鈕，此時提升信號方可由上下井口就地檢修箱發出，同時裝載站和卸載站操作臺處信號點被閉鎖無法發出。至此，提升模式和信號轉發模式均切換完畢，提升機按照提人工況運行。

3.3.2 主要安全保護功能設置

通過模式切換，在提人模式下，提升機的各類安全保護功能使用提人模式下對應的箕斗位置和保護速度要求，同時將提升速度曲線切換為提人模式下的提升速度曲線[2]。具體安全保護功能實現方式如下：

1）過卷過放保護：通過井筒內過卷開關實現，過卷開關與到位位置相距0.5 m。當箕斗運行至該位置時，提升機保護動作停機。

2）超速保護：煤礦安全規程規定超速保護限幅為15%，提人模式下速度包絡線調整為5.5 m/s，超過提人模式下最大提升速度的10%。當提升機全速運行超過該速度時，保護動作停機。

3）減速功能保護：在提人模式下，減速功能保護通過編碼器計算位置實現。當提升機到達設計減速點時，提升機發出聲光報警信號。

4）限速保護：限速點設置在距離到位點6 m 處，使用程序內讀取的編碼器深度指示模擬點為準，如箕斗到達該位置時速度超過2 m/s，保護功能動作，提升機制動停機。

PLC 中提人模式和提煤模式的保護功能相類似，但采用相互獨立的程序段，根據模式切換狀況分別工作。

3.3.3 其他設備改造

1）增加井口護欄和翻板式安全門并增加閉鎖功能

由于箕斗和井壁存在間隙，人員進出箕斗時需要跨越一段井筒空間，十分危險。根據人員上下井位置處箕斗與井壁的間距，設計并制作了翻板式過橋和安全門，并在安全門和過橋轉軸位置安裝了磁感應開關，對應開/閉兩位置。通過磁開關對位置進行監控，實現了過橋和安全門閉鎖。當上下井口人員操作行人過橋和安全門時，通過信號閉鎖點將信號系統閉鎖，使提升信號無法發出，確保了上下井口操作人員的安全，也提高了人員進出箕斗的安全系數。

2）乘人空間簾門改造

使用箕斗升降人員時，原A 箕斗乘人空間東側簾為臨時固定，每次上下人均需井筒維修工重新放置并固定，期間需要多次上下運行提升機進行高度調整，并且需要大筒工在箕斗內和平臺來回走動，每次切換時長在15 min 以上。通過改造，簾門更改為框架結構，頂部橫桿由固定式改為旋轉式，底部通過螺栓進行限位固定，站桿兩側與箕斗本體間距10 cm。當需要人員提升時，將底部限位螺栓拆除，人工將簾門框架拉起，后部通過掛鉤固定，為乘人蓋板預留空間。再用手拉葫蘆將乘人蓋板拉起后固定，可以實現單人5 min 內切換完畢，提高了模式切換時的工作效率。

4 使用后的改進措施

提人模式初步改造完畢后，前期使用期間仍發現有一些問題，影響人員和設備安全，需要進行進一步的改進。

4.1 提升機運行命令程序優化

由于提升機PLC 源程序無提升模式設計，使用時發現當提升模式未完全切換至提人或提煤模式時，提升機仍然會默認為改造前的模式，提升信號和提升機的提升模式不對應的情況下仍然可以進行提升，源程序內未對切換不完全的狀態進行閉鎖。在這種情況下，通過對提升機程序段內上下行命令介入提升模式命令字段[3]，當提升機在有明確的提升模式下，提升上下行命令才可以輸出，間接控制提升機的運行命令，實現了只有在提升機模式完全切換時，提升機才可以提升。

4.2 裝載皮帶系統閉鎖

改造過程中，前期未考慮裝載皮帶的閉鎖功能。當人員在裝載皮帶人行側等候升井時，往往會倚靠在皮帶架一旁，與皮帶間距較小，存在皮帶誤動人員卷入滾筒或托輥的風險。為保證提人工況下各功能的安全使用，將信號系統程序中皮帶的閉鎖方式進行了優化，在裝載站皮帶控制程序中增加前置條件，在“提人信號允許”按鈕拍下時，常閉點觸發，系統自動閉鎖裝載皮帶的啟動控制回路，皮帶無法開啟，實現了安全閉鎖。

5 改造效果

經過技術改造，主井提升系統提人模式具備以下技術優點：

1）升降人員一次循環時間縮短

主井提升機改造前，升降人員時由人工控制加減速度，為確保安全，箕斗到位前需經過較長時間的低速爬行，且由于上下井進出位置不同步，在單箕斗到位后另一箕斗在人員進出口上方，導致提升機需要多次提升對位，一次提升循環時間在25 min以上，且極不穩定。

改造后，提升機采用單箕斗升降人員提升模式，在計算機程序控制下按照設計提升曲線提升，單次提升時間在200 s，一次提升循環時間為462 s。目前礦井建設期間單班最大下井人員數量150 人左右，單次交接班時間由3 h 以上縮短為1.5 h 左右，每天能縮短5 h 提人時間，有效地控制了提升人員耗時，提高了人員提升效率。當井下出現險情，人員需要逃生時，主井可配合副井共同進行人員提升，加快人員逃生效率。

2）提升系統安全系數顯著增加

改造后增加了提升機提人模式下的保護功能，同時對上下井口翻板式過橋和安全門進行了改造，降低了操作人員的操作強度，減少了人員在井口附近作業時長，有效地提高了安全系數。

6 結論

萬福礦主井提升機提人模式技術改造項目，有效地解決了主井提升機在提人工況下操作繁瑣、保護不齊全、危險系數大、提升周期長等各類問題，從機械設備、控制程序、安全保護功能等多方面提高了礦井提升系統的安全可靠性。該項改造方案有較高借鑒意義。