趙軍

前言

煤礦信號(hào)把鉤工在信號(hào)室進(jìn)行打點(diǎn)和操車(chē)作業(yè)時(shí)，由于視覺(jué)局限性及個(gè)別員工責(zé)任心不強(qiáng)，導(dǎo)致其不了解現(xiàn)場(chǎng)情況就進(jìn)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(shí)現(xiàn)就近急停罐籠、就近打點(diǎn)、就近操車(chē)、增加就地安全閉鎖，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的指示信號(hào)，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(kāi)拓的特大型礦井，其設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為10.0Mt/a。副立井提升高度346m，井下兩個(gè)水平，井筒直徑Φ9.2m。裝備1個(gè)特制雙層罐籠+1個(gè)平衡錘和1個(gè)特制交通罐籠+1個(gè)平衡錘。全系統(tǒng)采用無(wú)軌運(yùn)輸，減少了井下?lián)Q裝環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了一條龍運(yùn)輸。考慮整體運(yùn)送液壓支架等大型設(shè)備，設(shè)計(jì)最大載荷（液壓支架+平板車(chē)）為45t。經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)赴歐洲進(jìn)行調(diào)研考察和國(guó)內(nèi)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，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(mǎn)成功。開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)副立井立井大罐籠全無(wú)軌運(yùn)輸?shù)南群?，其中融入了多?xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

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(jī)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(zhǎng)×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(duì)罐道的側(cè)向力，罐內(nèi)設(shè)梭形無(wú)軌膠輪車(chē)導(dǎo)向裝置及車(chē)輛定位裝置，為國(guó)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(shí)際上基本消除了鋼絲繩彈性伸長(zhǎng)）、承接的功能，保證空重車(chē)置換時(shí)不會(huì)因載荷差過(guò)大出現(xiàn)罐籠跳動(dòng)，也不會(huì)因重載時(shí)鋼絲繩彈性伸長(zhǎng)過(guò)大而影響罐籠正確定位，為國(guó)內(nèi)首此使用。

黃玉川煤礦副立井操車(chē)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)率先采用了德國(guó)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(shí)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(shí)際上基本消除了鋼絲繩彈性伸長(zhǎng)）、承接的功能，。罐籠到位后，鎖緊裝置通過(guò)液動(dòng)的上下鎖片鎖住罐籠，控制罐籠裝卸載時(shí)由于鋼絲繩彈性變形引起的垂直上下跳動(dòng)不超過(guò)±40mm，保證空重車(chē)置換時(shí)不會(huì)因載荷差過(guò)大出現(xiàn)罐籠跳動(dòng)，也不會(huì)因重載時(shí)鋼絲繩彈性伸長(zhǎng)過(guò)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(dòng)導(dǎo)致的鋼絲繩損傷，為國(guó)內(nèi)首此使用。擺動(dòng)平臺(tái)搭在罐籠特制的凹槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)與罐籠的承接后罐籠內(nèi)外對(duì)齊，無(wú)臺(tái)階，保證車(chē)輛進(jìn)出罐籠順暢。其動(dòng)作順序?yàn)椋汗藁\運(yùn)行到位正常停車(chē)后，操車(chē)系統(tǒng)逐步完成“鎖舌鎖定罐籠、搖臺(tái)側(cè)鎖油缸解鎖、搖臺(tái)下放、安全門(mén)開(kāi)啟”等一系列操車(chē)動(dòng)作，待罐籠裝、卸載完成后，操車(chē)系統(tǒng)在程序的控制下自動(dòng)完成“安全門(mén)關(guān)閉、收起搖臺(tái)、側(cè)鎖油缸鎖定、收回鎖舌“等操車(chē)工序。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的極限載荷差變化范圍內(nèi)，操車(chē)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(chē)系統(tǒng)在罐籠裝卸載過(guò)程中載荷變化對(duì)對(duì)提升容器、鋼絲繩的沖擊，延長(zhǎng)了提升容器、鋼絲繩的使用壽命。

信號(hào)系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(chē)系統(tǒng)操作完成后，信號(hào)工通過(guò)信號(hào)系實(shí)現(xiàn)各水平之間及各水平與提升機(jī)司機(jī)的聯(lián)系，或者在自動(dòng)狀態(tài)下向提升機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)車(chē)信號(hào)。根據(jù)提升物料和作業(yè)要求的不同，提升信號(hào)包括開(kāi)車(chē)信號(hào)2點(diǎn)上提、3點(diǎn)下放和換層信號(hào)4點(diǎn)慢上、5點(diǎn)慢下，及停車(chē)、消點(diǎn)等。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第三百九十四條規(guī)定，“井底車(chē)場(chǎng)的信號(hào)必須經(jīng)由井口信號(hào)工轉(zhuǎn)發(fā)，不得越過(guò)井口信號(hào)工直接向絞車(chē)司機(jī)發(fā)信號(hào)”因此，原系統(tǒng)設(shè)計(jì)的信號(hào)系統(tǒng)換層流程中，當(dāng)罐籠在井口時(shí)，在動(dòng)罐前必須聯(lián)系井下信號(hào)工打點(diǎn)，而當(dāng)罐籠在井下時(shí)，換層前，井下信號(hào)工必須通過(guò)喊話(huà)器聯(lián)系井口信號(hào)工選擇換層后才能進(jìn)行換層作業(yè)，整個(gè)作業(yè)過(guò)程中上下聯(lián)系的過(guò)程需要較長(zhǎng)的時(shí)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(hào)連鎖的自動(dòng)化提升系統(tǒng)不受此限”，同時(shí)，考慮到大罐籠換過(guò)程中不涉及其他水平及井口安全，為了進(jìn)一步提高設(shè)備運(yùn)行效率，在確保系統(tǒng)安全、可靠的前提下，對(duì)換層信號(hào)的傳遞和執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化改造：即換層信號(hào)不再經(jīng)由井口信號(hào)工傳遞，而是在操車(chē)完成后有罐籠所在水平的信號(hào)工自主選擇換層模式后直接向車(chē)房發(fā)送換層信號(hào)，減少了聯(lián)系和信號(hào)傳遞的時(shí)間，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。

為此此，我們?cè)谠行盘?hào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將井下?lián)Q層直接發(fā)至車(chē)房，節(jié)省了井口信號(hào)傳達(dá)的時(shí)間，程序調(diào)整如下：

由以上程序可知，罐籠所在水平的信號(hào)工將提升模式轉(zhuǎn)換為“換層”即I0.3得電，通過(guò)延時(shí)繼電器T13延時(shí)后，換層信號(hào)被發(fā)送至提升機(jī)控制系統(tǒng)程序DB101.DBX36.4種。提升機(jī)司機(jī)通過(guò)監(jiān)控確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)裝卸載完成，且操車(chē)系統(tǒng)動(dòng)作到位后確認(rèn)提升機(jī)運(yùn)行，提升機(jī)開(kāi)始換層。

同時(shí)，在日常管理中發(fā)現(xiàn)因各水平的信號(hào)室都是設(shè)在罐籠的一側(cè)，對(duì)于另一側(cè)的設(shè)備操車(chē)設(shè)備動(dòng)作情況和人員進(jìn)出情況操作人員存在視覺(jué)盲區(qū)，包括把鉤工的站位情況信號(hào)工都不能及時(shí)了解，兩側(cè)把鉤工需通過(guò)喊話(huà)進(jìn)行溝通，存在很大的安全隱患。例如：乘罐人員正在進(jìn)出罐籠，或把鉤工還未撤至安全站位，操車(chē)系統(tǒng)已開(kāi)始動(dòng)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(duì)信號(hào)及操車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，在馬頭門(mén)兩側(cè)各增設(shè)一個(gè)控制箱，控制箱結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖：

東側(cè)信號(hào)箱 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?西側(cè)信號(hào)箱

將操車(chē)系統(tǒng)的啟動(dòng)確認(rèn)信號(hào)前移到兩側(cè)馬頭門(mén)把鉤工的安全站位區(qū)，以消除另一側(cè)把鉤工的視覺(jué)盲區(qū)，也改變了原來(lái)兩側(cè)把鉤工靠喊話(huà)相互通知設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的情況，通過(guò)新增的信號(hào)箱，可以實(shí)現(xiàn)如下改進(jìn)：1、因罐籠運(yùn)行停車(chē)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(shí)現(xiàn)罐籠運(yùn)行到位后，在信號(hào)室、兩側(cè)馬頭門(mén)任意一處均可啟動(dòng)操車(chē)系統(tǒng)（即鎖舌鎖定、搖臺(tái)側(cè)鎖解鎖、搖臺(tái)落下及安全門(mén)打開(kāi)等鎖定罐籠的動(dòng)作），與之前只能在信號(hào)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(wú)其他人員在操車(chē)系統(tǒng)動(dòng)作范圍內(nèi)停留，方可進(jìn)行操車(chē)。因此，完成裝卸載后，需馬頭門(mén)兩側(cè)的信號(hào)工都確認(rèn)可以操車(chē)后，操車(chē)系統(tǒng)才開(kāi)始進(jìn)行操車(chē)作業(yè)，避免視覺(jué)盲區(qū)造成誤操作，以致引發(fā)事故。同時(shí)，為保障安全，我們?cè)谙到y(tǒng)中加入動(dòng)作時(shí)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(hào)自動(dòng)消點(diǎn)。3、操車(chē)設(shè)備啟動(dòng)后，如遇緊急情況需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行急停，通過(guò)就地增加的急停按鈕，在信號(hào)操作臺(tái)、罐籠西側(cè)、罐籠東側(cè)任意一處均可實(shí)現(xiàn)設(shè)備急停，確保緊急情況下可以第一時(shí)間停止設(shè)備運(yùn)行。4、為減少設(shè)備休止時(shí)間，操車(chē)系統(tǒng)完成操車(chē)動(dòng)作后，信號(hào)工可通過(guò)馬頭門(mén)兩側(cè)任意一處均信號(hào)箱發(fā)出換層信號(hào)，不再需要返回信號(hào)室進(jìn)行打點(diǎn)，節(jié)省了罐籠換層時(shí)間。5、為保證檢修時(shí)人員和設(shè)備安全，在兩側(cè)信號(hào)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(hào)箱上的“罐籠閉鎖”旋鈕旋至閉鎖位置，就可以將提升機(jī)主控系統(tǒng)閉鎖回路分?jǐn)?，閉鎖提升機(jī)運(yùn)行，保障檢修作業(yè)過(guò)程的安全。6、為減少各水平信號(hào)工在發(fā)現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行故障后急停系統(tǒng)的時(shí)間，在信號(hào)箱上設(shè)置有提升機(jī)急停按鈕，信號(hào)工在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行隱患需要對(duì)提升機(jī)進(jìn)行急停操作時(shí)可在馬頭門(mén)兩側(cè)的任一信號(hào)箱上按下“急?！卑粹o，即可在緊急情況下分?jǐn)喟踩芈?，?shí)現(xiàn)就地急停，提高安全系數(shù)。7、罐籠運(yùn)行狀態(tài)及操車(chē)設(shè)備動(dòng)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(shuō)明

罐籠運(yùn)行——當(dāng)罐籠運(yùn)行時(shí)，該指示燈點(diǎn)亮;罐籠停止時(shí)指示燈熄滅。在指示燈點(diǎn)亮的狀態(tài)下，操車(chē)系統(tǒng)閉鎖。

罐籠停止——當(dāng)罐籠停止時(shí)，該指示燈點(diǎn)亮;當(dāng)“罐籠閉鎖” 旋鈕打到閉鎖位置時(shí)，該指示燈閃亮，提示提升機(jī)已經(jīng)閉鎖，制動(dòng)閘無(wú)法打開(kāi)，用于檢修期間閉鎖罐籠，防止司機(jī)誤開(kāi)車(chē)，造成人身傷亡事故。操車(chē)狀態(tài)——當(dāng)罐籠到位時(shí)，該指示燈閃爍，提示信號(hào)把鉤工可以進(jìn)行操車(chē)。當(dāng)操車(chē)“自動(dòng)開(kāi)始”按鈕按下后，該指示燈變?yōu)槌Ａ翣顟B(tài)，指示操車(chē)系統(tǒng)已經(jīng)啟動(dòng);當(dāng)操車(chē)系統(tǒng)全部收回，該指示燈閃爍，提示可以打點(diǎn)動(dòng)罐，罐籠離開(kāi)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(jī)安全回路斷開(kāi)，制動(dòng)系統(tǒng)立即施閘，罐籠停止運(yùn)行，為避免誤操作，該按鈕外加有護(hù)罩。上換層/下?lián)Q層——罐籠上層或下層裝車(chē)完畢，搖臺(tái)、鎖舌等收回后，按下此按鈕，即可對(duì)罐籠進(jìn)行換層操作，只有在操車(chē)完成后，操車(chē)狀態(tài)指示燈閃爍的狀態(tài)下該按鈕有效。自動(dòng)開(kāi)始——罐籠到位停車(chē)后，操車(chē)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(dòng)自動(dòng)操車(chē)程序，即打開(kāi)安全門(mén)、放下?lián)u臺(tái)等。自動(dòng)結(jié)束——在操車(chē)系統(tǒng)動(dòng)作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，信號(hào)工可按下此按鈕，此時(shí)所有油缸停止動(dòng)作，但操車(chē)液壓站油泵不停止;待故障解除后可在操作臺(tái)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(kāi)始啟動(dòng)操車(chē)程序，同時(shí)，為確保操車(chē)前兩側(cè)馬頭門(mén)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(dòng)自操車(chē)程序：安全門(mén)落下，搖臺(tái)收起，鎖舌解鎖，操車(chē)完畢。

二、PLC輸入/輸出信號(hào)

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(hào)。

三、信號(hào)系統(tǒng)優(yōu)化程序設(shè)計(jì)

此優(yōu)化設(shè)計(jì)只需要在信號(hào)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(hào)均為原程序中完成該功能所必須的信號(hào)，無(wú)需增設(shè)傳感器和新的信號(hào)采集設(shè)備，程序改動(dòng)如下：

1）增加兩個(gè)輸入點(diǎn)，分別為I7.0和I7.1，用作新增的換層信號(hào)。

將新增加的換層信號(hào)信號(hào)，與4點(diǎn)/5點(diǎn)（信號(hào)控制臺(tái)上的換層信號(hào)）相或。實(shí)現(xiàn)在就地信號(hào)箱進(jìn)行換層打點(diǎn)，僅僅增加一處輸入，并不改變系統(tǒng)原有程序機(jī)構(gòu)。

2）新增提升機(jī)閉鎖輸入點(diǎn)為I7.2，使之與原程序的I0.7（不允許開(kāi)車(chē)）相或，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)閉鎖功能。

3）將兩側(cè)馬頭門(mén)新增的“信號(hào)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(hào)相或，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)急停功能，保障在馬頭門(mén)任意一側(cè)均可就近實(shí)現(xiàn)設(shè)備急停。程序如下：

4）“罐籠運(yùn)行”指示燈利用原有指示燈接線(xiàn)端子，無(wú)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(xiàn)端子，為提示檢修人員在完成作業(yè)后及時(shí)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(chē)系統(tǒng)程序優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）“自動(dòng)開(kāi)始”信號(hào)（I12.2）

2）“自動(dòng)結(jié)束”信號(hào)（I12.3）;緊急情況下對(duì)操車(chē)設(shè)備進(jìn)行緊急停止，但操車(chē)液壓站不停止。自動(dòng)開(kāi)始和自動(dòng)結(jié)束同樣采用了在原程序同功能的輸入點(diǎn)并接輸入型號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)，最大限度減少對(duì)原程序改動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3）“程序已好”信號(hào)I12.4和I12.5

程序已好信號(hào)是實(shí)現(xiàn)本次改造主要目的、消除安全隱患的關(guān)鍵程序，除實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作功能外，同時(shí)加入了兩邊“同時(shí)確認(rèn)”和“延時(shí)消除”的功能，及只有在兩邊均確認(rèn)安全的狀態(tài)下操車(chē)系統(tǒng)方可啟動(dòng)，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(hào)自動(dòng)消點(diǎn)，需把鉤工重新進(jìn)行確認(rèn)操作。最大限度減少因把鉤工對(duì)另一側(cè)視覺(jué)盲區(qū)無(wú)法確認(rèn)人員設(shè)備狀態(tài)時(shí)誤操作造成安全隱患。

4）操車(chē)狀態(tài)指示燈（黃燈）常亮及閃爍功能：

在操車(chē)系統(tǒng)開(kāi)始動(dòng)作后，為方便作業(yè)人員可以就地直觀的看到操車(chē)完成狀況，在操車(chē)完成后及時(shí)打點(diǎn)動(dòng)罐，減少設(shè)備休止時(shí)間，并且在操車(chē)設(shè)備動(dòng)作超時(shí)時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，增加了該指示功能。當(dāng)操車(chē)系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)，指示燈閃爍提示，完成操車(chē)后指示燈轉(zhuǎn)為常亮。

改造后的系統(tǒng)，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行論證，完全達(dá)到了改造的初衷，消除了安全隱患，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。完全實(shí)現(xiàn)了消除信號(hào)工視覺(jué)盲區(qū)、馬頭門(mén)兩側(cè)進(jìn)行安全確認(rèn)、就地實(shí)現(xiàn)設(shè)備閉鎖和急停及提高設(shè)備運(yùn)行效率的改造目的。由于在改造前進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)論證，在實(shí)施過(guò)程中嚴(yán)格控制改造風(fēng)險(xiǎn)，改造后的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。