副井提升系统

副井提升系统（共6篇）

副井提升系统 篇1

1 概述

淮南矿业集团朱集矿井, 设计生产能力400万t/a, 目前有主井、副井、矸石井三套永久提升系统, 副井主要担负整个矿井人员上下及物料的打运工作。目前副井提升系统布置1套1.5t双罐四车双罐笼和1套1.5t双层四车单罐笼带平衡锤, 采用JKMD-5×4、JK-MD-4×4型落地式多绳摩擦式提升机, 提升机直径分别为5M、4M, 下天轮布置在标高为+44.0m的位置, 上天轮布置在标高为+51.0m的位置。最大设计提升速度11.5m/s, 副井一水平标高在-906m。绞车提升电控系统采用上海华菱厂家的西门子S7-400 PLC可编程控制器控制, 提升信号系统采用唐山开城厂家的西门子S7-300 PLC可编程控制器控制。

2 工艺改进背景

副井信号操车系统采用唐山开诚PXK-2 PLC可编程副井信号操车系统。信号系统主要由车房信号显示面板、上井口操车控制台、下井口操车控制台、上井口防爆箱、下井口防爆箱、语言告警箱、采集信号传感器、扩音通讯系统、呼叫系统、简易备用信号系统等主要部分组成。煤矿安全规程第三百九十三条规定:

每一提升装置, 必须装有从井底信号工发给井口信号工和从井口信号工发给绞车司机的信号装置。井口信号装置必须与绞车的控制回路相闭锁, 只有在井口信号工发出信号后, 绞车才能启动。除常用的信号装置外, 还必须有备用信号装置。井底车场与井口之间, 井口与绞车司机台之间, 除有上述信号装置外, 还必须装设直通电话。

1套提升装置服务几个水平使用时, 从各水平发出的信号必须有区别

副井信号传输路径如图1-1工艺流程图所示:以信号2为例 (其它指令同理) 日常生产过程中, -906水平所有闭锁条件都到位 (例:安全门关闭、摇台起、前阻阻) 并且闭锁指示灯全亮, 信号工在操作台上按上“信号2”按钮发出快上指令, -906下井口水平显示屏显示“快上2”同时“快上2”指令传输至上井口同步自动音响响2声, 上井口操作台显示屏显示-906水平发出的信号指示, 上井口操作工等待井口闭锁条件都到位按下信号2按钮, 转发“快上2”指令, 上井口显示屏显示“快上2”同时“快上2”指令传至车房, 同步音响响2声, 井口传来“快上2”指令车房显示屏显示“快上2”指令同步自动音响2声, 车房“快上2”信号指令脉冲吸合2次传输至西门子S7-400 PLC输入模块U2内等待绞车提升。

3 工艺改进前存在的问题

经过现场的经验教训积累, 发现原有的信号系统信号传输上存在如下一些安全隐患问题:

3.1 原信号系统电源由提升绞车房电控柜内T2变压器380V AC变AC 127V给信号系统供电, 一旦车房控制柜内T2变压器损坏将严重影响提升信号电源系统, 造成提升通讯系统信号电源中断。

3.2-906水平信号系统PLC模块、井口信号系统PLC模块、车房信号系统PLC模块各种偶然因素导致PLC模块出现故障时, -906水平信号、井口信号和车房信号将无法传输至绞车房提升主控PLC柜内西门子S7-400 PLC输入模块。

3.3 上、下井口信号传输电缆一旦被井筒矸石等坠物砸坏, 上、下口通讯系统将出现通讯信号传输中断, 导致上、下口无法实现信号通讯传输。

3.4 井下-906水平、井口、车房信号继电器损坏时, 信号无法传输至提升绞车车房西门子S7-400 PLC输入模块内, 绞车将无法开启。

4 工艺改进后

针对原信号系统存在的安全隐患问题, 我们在提升绞车房控制柜内增加一套应急信号装置以此来增加副井绞车提升信号的安全可靠性。应急信号系统装置采用4个空气开关Q1、Q2、Q3、Q4组成, 其输出端分别接入提升绞车主控西门子S7-400PLC输入模块U2的I6.0、I6.1、I6.2、I6.3分别代表提升信号2、提升信号3、提升信号4、提升信号5 (其现场接线原理图如图1-1所示) , 应急信号装置系统输入电源取自提升车房PLC控制柜G1模块输出的+24V电源。在因为信号系统出现故障导致提升绞车房无法开车的情况下, 操作人员首先确定副井-906水平、副井上口井口操车状态指示灯处于完成状态后, 然后人工选择提升信号对应的空气开关, 待空气开关合闸后其信号脉冲直接传输进入提升绞车房主控西门子S7-400 PLC输入模块U2内。

工艺改进后流程图1-3所示:以煤矿提升信号2为例

5 工艺应用效果

副井提升应急信号装置投入设计使用后, 人员使用简单操作便捷, 装置系统采用材料简单, 能够满足现场安全的要求。在煤矿提升信号系统出现故障导致信号传输出现故障, 绞车无法启动情况下。操作人员投入使用信号应急装置选择正确提升信号对应的应急装置空气开关, 这样信号直接传入提升绞车房西门子PLC输入模块内保证了副井安全提升同时杜绝了副井提升卡罐现象发生时候。应急信号系统装置在实际生产的运用中, 在应急情况下为机电检修工查找信号故障原因提供了宝贵的时间。

结语

煤矿企业以安全生产为主体, 副井信号应急装置在原有信号系统上增加了一套煤矿系统提升信号的安全装置, 在很大程度上解决了各种偶然因素导致的提升信号系统瘫痪引起副井提升卡罐现象的发生, 保证了副井提升人员的生命安全性, 杜绝了集团公司重大非死亡事故的发生, 同时也为集团公司创造了良好的安全和生产效益。

摘要：通过对副井原有的信号系统增加应急信号装置系统的设计, 使得煤矿提升信号系统更加安全可靠, 确保了副井井筒提升人员的安全可靠性, 同时也给检修人员提供查找信号系统故障原因提供了宝贵时间。

关键词：煤矿提升,信号系统,西门子PLC,应急信号装置

参考文献

[1]程善鹏.煤矿副井多水平提升信号系统[J].山东煤炭科技, 2010.

[2]邓全科.一种多水平副井提升信号系统的应用, 1990.

副井提升系统 篇2

安全回路是矿井提升系统的生命线, 其是否完善、灵敏、可靠, 对于提升系统的正常运行, 尤其是乘罐人员的生命安全起着至关重要的作用。鉴于提升人员系统事故会对矿井造成颠覆性影响, 淮南矿业 (集团) 有限责任公司制定了《关于进一步加强提升人员系统管理的规定》, 其中第11条明确要求:各种安全保护必须齐全可靠。

笔者以现场为基础, 通过对主控Allen-BradleyPLC编程软件RSLogix5000[1-2]、传动控制系统INGESYS IC3编程软件Codesys以及上位机监控软件RSView32[3]的深入分析, 对副井提升系统安全回路硬件进行了优化整改, 并成功将安全回路引入上位机。通过友好的人机界面迅速定位安全回路各节点的实时状态, 直观而鲜明, 同时完善了主控、传动及闸控与上位机的通信, 增加并调整了故障代码及故障显示, 方便检修人员及时掌握提升系统状况。检修人员通过比照现场与上位机界面, 可方便地实现软硬件互查, 在很大程度上提高了检修质量, 缩短了故障排查时间。

1 安全回路硬件改造

副井提升系统安全回路采用硬件继电安全回路与主控PLC软件安全回路并行的双线制冗余结构。基本的继电安全回路串联了提升系统最重要的几个保护:下井口紧停、上井口紧停、车房紧停、高压开关合、变压器过温、电动机过温、闸系统紧停、传动系统正常、PLC安全回路、简易运行、启/停正常 (松闸/紧闸) 、快开、过卷、复位、过卷复位、安全回路总继电器。

针对现有安全回路的不足进行了优化整改, 改进了过卷保护试验方式, 将闸系统紧停信号引入主控PLC数字量输入 (Digital Input, DI) 模块。

1.1 过卷信号调整

设计副井提升系统时, 在井口过卷开关下方增加了1个停车点井筒开关, 作为下层罐笼的自动停车点, 称之为“停车点2”。从实际提升效果来看, “停车点2”的存在等于又增加了一道罐笼位置保护, 但对过卷试验的进行却带来很大不便。在“提物”模式下, 罐笼到达“停车点2”位置时会自动停车, 此后即使发慢点信号进行调罐, 也无法继续上提或下放。

以前, 过卷试验通常采取以下2种方法:

(1) 软件屏蔽“停车点2”, 即在传动Codesys和主控RSLogix5000中同时进行屏蔽, 使“提物”模式下罐笼位置可以到达硬件过卷点。但该方法技术要求高, 操作繁琐, 不易被现场人员所掌握, 而且极易由于误操作造成程序错误下载, 甚至引发提升事故;在程序修改后下载到CPU的过程中, 提升系统不能进行任何操作。

(2) 硬件屏蔽“停车点2”, 即在车房电控室的继电柜里, 将“停车点2”继电器的+110V电源线从端子排断开, 使继电器不动作。但过于频繁地松、紧端子, 显然也是不可取的。

笔者利用司机操作台上的2个备用切换开关分别控制罐笼1及罐笼2的“停车点2”继电器, 当切换开关选择“工作”模式时, “停车点2”继电器正常投入;切换至“试验”模式时, “停车点2”继电器被断开, 此时可在“提物”模式下试验过卷。该方法十分简单、快捷, 极大方便了每班过卷试验的进行。

1.2 闸系统紧停信号引入

闸系统紧停信号由ABB闸控柜的X50.X2-121、X50.X2-124端子直接串入安全回路, 与继电柜X4-9、X4-10端子相连。当出现闸系统紧停故障如闸偏摆、闸间隙故障、油温跳闸故障、紧停按钮动作等导致闸控安全回路断开时, ABB闸控柜会发出紧停信号, X50.X2-121、X50.X2-124输出低电平, 从而断开安全回路。

由于副井ABB闸控只与操作台西门子触摸屏通信, 当闸控安全回路断开时, 上位机仅显示“紧急停车”, 报警记录里也没有任何与闸控相关的信息, 这对于排查故障很不利, 故将闸系统紧停信号引入安全回路显得十分必要。具体实现方法:取闸控安全回路继电器+B101.83的常开触点, 将信号引入主控PLC的备用DI点Local:5:I.Data.28, 在RSLogix5000中对该点进行定义 (图1) , 同时将闸系统紧停信号并入PLC安全回路。最后与上位机RSView32通信, 在PLC安全回路与本次优化改造的安全回路界面 (图2) 中实现人机对话, 同步增加了闸系统紧停的报警信息。

2 安全回路的上位机组态实现

RSView32是一款高度集成、基于组件并用于监视和控制自动化设备的人机界面监控软件。笔者创新性地将安全回路各节点状态信号引入RSView32, 经过多次调试, 成功将安全回路图形化, 并与原上位机组态风格统一, 完美嵌入, 达到友好的人机交互。将“安全回路”功能按钮嵌入至主监控画面中, 如图3所示, 点击按钮即可进入安全回路界面。

在安全回路界面中特别设计了“PLC安全回路”按钮, 点击可直接进入“紧急停车”界面, 极大方便了故障排查。

按下操作台“闸系统紧停”按钮模拟闸系统紧停故障, 当出现“闸系统紧停”故障时, 闸控安全回路断开、IC3_OK (传动系统正常) 信号输出为低电平、安全回路总继电器失电, 其常开辅助触点K1M断开, 从而提升系统安全回路断开, 同时PLC安全回路同步作用断开, 在显示界面中都以醒目的红色状态警示。

此次安全回路优化改造将一些重要的传动系统信号, 如IC3_OK、简易运行、松闸/紧闸、行程偏差大等利用INGESYS IC3编程软件Codesys传入主控PLC, 然后利用RS485接口与上位机实现通信。其中, IC3_OK对应传动控制系统INGESYS IC3数字量输出模块IC3331的输出信号C30_SysOK;简易运行对应IC3331的输出信号SimRunO;启/停正常 (松闸/紧闸) 对应IC3331 的输出信号OpenBrake;行程偏差大对应传动程序中的DepthBias_Alarm。

3 其他重要创新改造

通过日常工作中现场检修人员反映的一些问题, 针对上位机的不足进行了优化。

3.1 复位显示

在日常提升及检修过程中, 常会出现无法复位的问题, 导致故障状态位不能清零。如果不及时查明原因, 将会影响提升系统正常运行, 造成生产停滞的不良后果。

复位脉冲无法使能常见于3种原因:① 司机台速度手柄不在零位;② 复位继电器不动作;③ 复位按钮失灵。检修人员提出可不可以找到一种方法, 在按下复位按钮的同时, 能够确定系统是否产生了复位脉冲。

笔者已在上位机实现了 “复位显示”功能 (图3) , 当按下复位按钮, 如果系统产生了有效的复位脉冲, “复位显示”将变成红色, 当复位脉冲解除或没有产生复位脉冲时, “复位显示”为灰色。

3.2 行程偏差大信号引入

在检修过程中, 有时需要在井口附近来回溜车, 如对主提升钢丝绳液压自动平衡悬挂装置进行打压后的试车。此时罐笼不经过同步校正点, 这就造成传动与主控PLC的行程差绝对值越来越大, 如果超过设定阈值, 就会造成事故停车。同样, 在正常提升过程中, 由于光电编码器的计数误差, 也会导致行程差超过阈值。但当此类故障出现时, 上位机却没有任何报警显示, 这给故障查找带来盲目性, 严重影响检修效率。

针对检修人员对此类问题反映较多, 笔者将行程偏差大信号引入主控PLC, 加入到“传动故障”显示中, 在RSLogix5000 中进行了定义, 其地址为Local:3:I.Data[35].12 (图4) 。当主控PLC与传动IC3行程差的绝对值超过阈值 (目前设定为5m) 时, 上位机以红色报警显示, 报警记录里会同时出现“行程偏差大”的信息。

4 结语

通过对安全回路及上位机的优化改造, 大幅提高了检修质量, 极大方便了故障排查、软硬件互查。目前, 该优化改造已在张集煤矿中央区副井的单罐、双罐操作室投入使用, 强化了提升系统的安全保障, 取得了很好的效果。

参考文献

[1]邓李.ControlLogix系统实用手册[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2]Rockwell Automation.Logix5000TM控制器通用编程手册[EB/OL].[2012-05-06].http://www.docin.com/p-149208403.html.

副井提升机变频改造设计研究 篇3

关键词：提升机,变频改造,设计

当前矿山交流提升系统一般选择“异步电机+转子串电阻加速+高压接触器换向+动力制动、减速+PLC逻辑操作”的控制模式。该模式不利于节能降耗,无法保证运作效率;且调速质量低,安全系数不高;控制模式有待创新、技术水平不先进。而针对副井提升机进行的变频改造,省去诸多繁琐流程,达到节能调速目的,提升系统安全性。

1 分析提升机技术参数

以某矿井为例,取单绳缠绕类副井提升机,型号为2JK-2.5×1.2;卷筒直径为2500mm;减速器速比值为1:30。其中,钢丝绳最大静拉力值90k N、直径为28mm、静拉力差值为55k N。提升斜长≤600m;提升速率为3.15m/s。

2 副井提升机变频改造设计规范

现阶段,国内矿山生产过程中副井提升机的变频改造设计,需要遵循以下七方面设计法则,即《煤矿安全规程》、《煤矿地面单绳缠绕式提升系统设计规格》、《矿山电力设计规范》、《交流传动矿井提升机电控设备技术条件》等。

3 系统构建

3.1 变频调速柜

变频调速,主要基于电源转变频率与电压两大参数项。变频器可以借助开闭环、编码器、矢量、总线和频率与力矩这些因素,进而生成多类控制模式。该系统所选择的变频调速柜,参考规范传动和变频器,取ACS80-04-0610-7-200KW-380V四象限能量回馈,特征如下:

第一,此变频器选择直接类转矩控制(即DTC)的现代化电机控制方案,借助逆变设备的通断功能,调整电机变量参数,及转矩与磁通。变频器在辨识电机运作的过程中,可迅速构建精准度高的电机模型,电机电流值与直流回路电压值的检查频率为2.5μs/次,保证电机转矩与磁通数值的精准度。而比较器的功能在于精确对比电机转矩与磁通及控制器运算而形成的规范参数值,可实时明确逆变器的运作模式,保证副井提升机的高效运作。

第二,DTC和一般PWM磁通矢量传动的差异体现在:DTC的开关运作均取决于独立的电机转矩与磁通。

第三,现代化的IGBT功率模块。该模块的开关频率较高。而本文所阐述的副井提升机变频率主要为IGBT回馈,其特征包括不需要能量对电路进行吸收;功率模块与触发电路一体化;器件数量降低可保证安全性。

第四,电动机零速满转矩。如ACS800变频器控制电机,能够保证电机无测速仪器的状态下实现可以零速启动,迅速输出满转矩,改善了副井提升机运作过程中的下滑隐患。

第五,安全精确的能源回馈技术。在电动机减速制动过程中,可利用逆变器运作时的再生功率来加大变频调控器下的直流母线电压。通过变频器内部的芯片可作出相关指令内容,保证能源回馈系统的安全运行;使得电动机在减速制动过程中、放置重物过程中所形成的再生能源回馈至电网,保证副井提升机可于任一负载状态中变频调速。

第六,现代化机械制动应用技术。一旦变频器处于无力矩输出状态便开启抱闸,容易形成风险。ACS800变频器采取电流互感器对输出电流进行监测,通过向量分解来明确电机定子磁场方位,核算CPU、IGBT调制电压和频率参数。此外,借助通讯网络把电流和转矩数值输至PLC柜,整体评估力矩值能否调控够液压并开启抱闸,保证周期的有效性;运作过程中可克服重物形成的摩擦与向上阻力。

3.2 控制方面

第一,PLC控制柜。构建内容有两套西门子公司S7-300系列PLC、接触设备、开关电源和继电设备。特征体现在:实现副井提升机全面控制性能;多路开关电源,方便操作台、继电设备和信号、现场仪表的操作;通讯组网;液晶屏。

第二,PLC需要整合、归纳每一输入、输出量的信息数据、控制程序以及反馈信息。本文所阐述的系统选择了两套西门子公司S7-300系列,以作备用,有利于实现PLC的安全运作。将通讯网络建立到变频器和PLC、人机界面内,可实时显示变频器的关键参数,加强系统运行效率。

4 系统基本功能

1)安全回路冗余。本系统选择双PLC加硬安全回路继电装置,达到“双线制”冗余调整与全方位的风险预控机能。2)强化速率、行程检测性能。系统可满足速率与行程检测的全方位要求,精确值>0.05m,主要通过人机交互界面、数字式、模拟图形等来显示;一旦电流高出额定值的115%,则可以自行报警。3)自主降速性能。系统可自性传递降速控制信号,且设置声光信号,保证可在运作过程中自行降速。4)故障状态记忆。制动停车过程中,可寻思记忆于人机界面内,并精确反映故障阶段容器方位和风险种类。5)断电记忆。系统在断电阶段,可高效保存参数信息、副井提升机方位、状态等;供电正常后,自行恢复所保存的信息数据。6)开车模式多元化。绞车运作状态包括自动和手动、检修模式。a.自动模式:闸和速度的给定为自动化,符合于安全回路下打点信号与路径记忆,按下自动开车按钮之后,绞车会遵循已经设置完毕的速度来高效操作。b.手动、检修模式:闸和绞车速度、路径的给定操控取决于制动及主令手把。c.选择先进控制技术来控制闭环速度,能够遵循给定参数在负力减速、负载环境下安全运作,保证交流拖动系统可在负力背景下满足直流拖动系统调速要求。副井提升机变频改造的创新设计,可完善交流绕线式电机转子串电阻调速对系统的调控,优化速率调节,达到节能降耗的目的。

5 总结

副立井提升机变频改造设计,有利于优化系统功能,控制系统实现柔性化,通过副井提升机的变频改造设计,免去了电控系统结构的诸多繁琐内容,使用简便且编程工作高效,相对于以往的系统维护工作程度来说,已经降低50%左右,耗电量已减少30%,为副井提升机的安全运作提供了强有力的保障。

参考文献

[1]张永玲,陈达,禹明哲等.副井提升机变频节能技术的应用[J].科技创业家,2014,(3):116-116.

[2]王大虎,冯海贵.煤矿副井提升机变频器凝露处理技术研究[J].煤矿机械,2015,(9):97-98,99.

[3]臧朝伟,李宏慧.平煤十三矿提升机电控系统可靠性研究[J].煤炭技术,2014,33(8):172-173.

副井提升系统 篇4

紫金煤业基建井副井提升井架位于山西省晋中市榆次区乌金山镇, 该项目属于山西煤炭运销集团兼并重组整合矿井生产能力为300万吨/年。初步设计及施工图设计均由煤炭工业石家庄设计研究院完成。

副井井架承担人员、材料及矸石的提升任务, 井架由立架及斜架两部分组成, 其中立架高度34m, 斜架高度为40m, 头部设置天轮起重机。提升机型号为JKMD~3.5×4 (III) E;设计提升速度:8.247m/s;设计提升加减速度:0.70m/s;上下天轮直径3, 500mm, 重18T;提升钢丝绳:38ZBB6V×37S+SF1770 (SS) 948。单根钢丝绳破断力894KN, 总计3, 576KN;计算最大静张力570KN, 计算最大静张力差140KN。提升容器:一宽一窄两个罐笼。宽罐型号GDGK1.5/1/2, 载人:42人, 自重:14, 058kg;窄罐型号GDG1.5/1/2, 载人:32人, 自重:14, 058kg。

二、结构体系与布置

结构体系吸收了大量既有矿井提升井架优点, 并结合该工程自身特点, 通过多轮方案计算和对比, 最终采用单斜撑式全钢结构井架。即在满足提升工艺要求的前提下, 达到结构简单、受力明确、传力简捷、适应矿井服务年限及使用环境。

(一) 结构方案优化对比。

依据《矿山井架设计规范》 (GB50385-2006, 以下简称《井架规范》) , 钢井架分为单斜撑式、双斜撑式、六柱斜撑式。其中单斜撑井架用钢量小、经济性好, 占地面积小, 缺点是立架产生不平衡弯矩, 稳定性稍差。双斜撑井架稳定性较好, 但平面尺寸较大, 要求井口房两侧留有充足的施工场地。紫金煤业工业场地全坐落于山谷之间, 主平台绝对标高为1, 136m。场地狭小, 且业主要求在副井井口房附近增设联建副楼。综合以上因素考虑:本工程只能采用单斜撑式, 在满足生产工艺要求、加工安装方便的同时, 令业主满意。

(二) 结构体系。

结构竖向布置见图2, 立架是由四片钢桁架合围而成的空间结构, 高度为33.4m, 顶部设置球面铰, 便于释放因斜架受力对立架产生不平衡弯矩。立架竖向布置应考虑提升技术要求以及天轮安装检修的需要, 设置天轮平台、工作平台及更换天轮起重设备。各层平台应综合考虑天轮布置、检修操作空间及安全间隙要求, 同时, 还应设置钢梯以满足各平台之间的竖向交通。立架横梁应交圈设置, 并设置“八”字型支撑, 且以倒正间隔布置较好。立架平面布置应处理好立架与井口平面锁口、摇台设备的关系, 并保证提升容器与井架杆件之间必要的净空。同时, 应满足立架整体稳定性要求, 两个方向边长不小于立架高度的1/10, 本工程立架平面尺寸取5.8m×4.1m。立架平面布置见图3。除承担风荷载、地震作用外, 还承受提升容器摆动引起的水平荷载, 防过卷装置、防撞梁引起的事故荷载。立架主要受力杆件型号见表1。

斜架采用局部变截面的箱型柱, 天轮中心标高由工艺专业提供, 本工程上下天轮标高分别为34m、28m。下天轮梁标高以上为1.7m×0.9m;标高以下为1.7m×0.9m~1.2m×0.9m (柱脚) , 箱体内部设置纵横双向加劲肋。确定斜架两支点间跨度时应满足斜架纵向刚度要求, 保证能够有效抵御风荷载和地震作用, 斜架基础顶面中心线之间的距离一般不小于井架总高度的1/3, 本工程取13m。

三、结构计算与分析

(一) 设计参数。

依据《井架规范》, 井架设计的安全等级为二级, 结构重要性系数为1.0;基础设计等级为乙级;本工程抗震设防烈度为8度, 设计基本地震加速度为0.2g, 地震分组为第一组;抗震设防类别为重点设防类 (乙类) ;二类场地, 场地特征周期为0.45s;基本风压为0.40KN/m2 (50年重现期) ;活荷载标准值:天轮平台为5KN/m2;钢梯及休息平台为2KN/m2

(二) 斜架角度确定。

文献提出公式1计算斜架平面与水平面的夹角α, 而天轮中心线确定的斜架角度α1以公式2计算, 并建议若满足条件|α-α1|≈1.5°, 则可取α或α1作为斜腿并可作适当调整。

本工程中由式 (1) 算得α为72°14'2″, 由式 (2) 算得α1为73°44'2″, 且满足上述条件。依据《井架规范》要求, 井架斜撑平面中心线与提升钢丝绳合力中心线夹角不宜小于3度, 且钢绳合力中心线应位于斜撑中心线内侧, 故可将斜架倾角减小, 可取69°14'2″。

(三) 主要计算结果。

弹性计算分析采用V-sap有限元计算软件, 计算模型中定义了永久荷载 (包括井架自重、天轮、罐笼等设备自重) 、可变荷载 (包括风荷载、提升工作荷载、制动荷载及平台检修荷载) 和偶然荷载 (包括事故荷载及地震作用) 。限于V-sap软件仅能进行静力计算, 故本工程参考以往工程计算经验:取事故荷载为控制荷载, 进行静力特性分析。

在正常工作荷载作用下, 立架整体弯矩较小且较均匀, 但轴力 (压力) 较大, 其原因是立架承担了部分斜架自重。斜架在两个方向上的最大弯矩位置均位于牛腿以下至柱脚1/2处, 轴力小于立架, 其轴向应力值大约为立架的50%。图4 (a) 、 (b) 分别为正常工作荷载下的弯矩运云图、应力云图。在事故荷载作用下, 立架、斜架的整体弯矩分布规律与正常工作荷载情况类似, 但斜架的轴向压应力要远大于立架部分, 即在事故发生时要首先保证立架不被破坏, 图5 (a) 、 (b) 分别为事故荷载下的弯矩运云图、应力云图。

四、关键构建设计

(一) 关于防撞梁。

防撞梁是立井提升系统的最后一道防止过卷装置, 《煤矿安全规程》规定:在提升速度大于3m/s的提升系统内必须设防撞梁。防撞梁必须能够挡住过卷后上升的容器或平衡锤。相关实验研究表明:防撞梁的瞬态冲击载荷随着上升容器的冲击速度增大, 为了保证提升系统安全可靠的运行, 降低防撞梁的冲击载荷, 减少过卷事故的损坏程度, 必须有效地降低过卷时的冲击速度。因此必须设置性能可靠的缓冲装置, 以便于在提升容器撞到防撞梁以前, 尽可能降低其速度。该装置型号及规格由工艺专业确定。缓冲装置须保证一定的缓冲距离, 本工程根据工艺要求取为5.8m。

防撞梁的精确计算极为复杂, 目前对于防撞梁的计算通常简化为静力问题按受弯进行结构设计, 存在的问题是:过卷荷载取值国内外差异甚大。我国一般取提升容器满载重的4倍, 所以鉴于目前对防撞梁的研究水平, 应避开稳定问题。为此, 设计工字形截面简支梁时, 应满足《钢结构设计规范》 (GB50017-2003) 中不需要计算整体稳定性的最大l1/b1值的要求。这里l1是受压翼缘的自由长度, b1为受压翼缘宽度。事故荷载的偏心距会削弱防撞梁的承载力, 因此, 防撞梁的设置部位应根据提升容器尺寸对称布置。

(二) 关于框口梁。

井架设计时, 立架进出车两侧横梁设置须满足更换提升容器要求。例如, 本工程中工艺专业要求:进、出车两侧最低横梁标高分别为3.0m、10.9m, 即框口标高, 其中出车测在矿口标高以下可设置可拆卸梁。该可拆卸梁靠活页与立柱相连, 中间设梁栓。在更换提升容器时, 将梁栓打开即可。但根据大量以往工程经验, 该种可拆卸梁使用效果并不理想。因为提升容器的更换周期约为10年, 活页与梁栓锈蚀严重。打开梁栓仅可依靠人力, 且接近井口, 操作人员危险性大。为此, 本工程取消了框口标高以下可拆卸梁, 同时, 为保证立架局部稳定性, 在进出车两侧立柱分别加焊T300×300、T600×300型钢柱。

五、结语

实践证明:紫金煤业副井井架结构体系合理、安全、可靠。运行以来, 较好完成矿井提升任务。立架的平面与竖向布置直接影响到井架使用效果, 各层横梁间距及型号选取既要考虑工艺要求, 又要满足结构设计原则。根据本工程建立的有限元模型, 得到立井提升单斜撑式钢井架在工作荷载以及事故荷载作用下的应力分布规律, 为以后该型井架设计提供理论依据。对于防撞梁的设计应避开稳定问题以及消除事故荷载偏心距。为满足更换提升容器要求, 建议取消框口标高以下可拆卸梁, 同时将立柱补强。

参考文献

[1]姜智岭, 荣峰.矿山竖井钢井架设计[J].铀矿冶, 2010, 29 (3) :124~129

[2]王三义, 白永清.多绳提升钢井架设计的思路和方法[J].煤炭工程, 2005, 19 (6) :63~66

[3]朱真才, 张德坤, 赵继云.防撞梁受冲击荷载的实验研究[J].哈尔滨工业大学报, 2003, 35 (10) :1202~1204

[4]张家康, 黄文萃, 赵宏训.井塔防撞梁设计问题[J].特种结构, 1997, 14 (3) :5~9

[5]林儆, 张伯林.钢井架设计技术探讨[J].煤炭工程, 2007, 4:22~24

[6]江述声.生产凿井两用落地多绳提升井架设计[J].煤炭工程, 2001, 18 (1) :31~35

[7]BG50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003

[8]BG50385-2003矿山井架设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2006

鹤煤九矿新副井井筒供暖系统改造 篇5

2012年5月, 鹤煤九矿对通风系统进行了调整, 采用分区供风方式, 由南风井担负25地区供风, 主要从箕斗井、老主井、副井 (一部人车) 进风, 从南风井回风。其他地区由东风井供风, 从新副井进风, 从东风井回风。系统调整后, 新副井风量明显加大, 新副井原有的供暖设施已不能满足冬季供暖需求, 且原热风机排风口在井口以下15 m处, 排风口以上至井口部分供暖得不到保障, 曾经出现过结冰现象, 为保证新副井提升系统冬季期间安全稳定运行, 急需对新副井供暖设施进行改造。

2 改造方案

在原热风机房4台热风机的基础上再安装两台WSRF-15/40/5-S型热风机组, 形成6台热风机组的供热系统。新增加的热风机组, 热媒采用高温热水, 热源取自热风机房供暖管道分水器上, 采用直径100 mm钢管输送热水。布置位置见图1。其中1号机组布置在新副井井口房东南角, 排出的热空气用风道引至井口房北侧, 由窗口进入井口房内, 2号机组安装在新副井井口房西南角, 行人通道外面, 热空气经井口房窗口直接从南侧进入井口房, 两台热风机组排出的热空气分别由井口房南北两侧进入井筒, 填补了老的供热系统从井口下15 m排风口以上至井口的供暖盲区。

在井口房南北两侧的大门处各安装有一个推拉式铁门, 每个铁门上各留有一个小门, 供车辆进出, 在升降人员期间将铁门关闭, 在提升物料时将小门打开, 绝大多数冷空气只能从井口房上的井架天窗进入, 有效减少进入井筒的冷空气, 减少了冷空气对井口设施的影响。布置位置见图2。

3 热风机组的选用

热风机组是一种矿井通风机加热设备, 主要解决井口冬季因温度太低可能出现的结冰现象。本次改造选用WSRF-15/40/5-S型热风机组。

3.1 热风机组技术参数如下

1) 电机功率:15 k W (防爆型) 电压等级380 V/660 V。2) 供热量:1 055 k W/台。3) 热媒:0.3 MPa的高温热水。4) 热风出风温度:40℃。5) 循环水量:36 380 kg/h。

3.2 机组性能质量要求

1) 机组箱体结构。机体采用框架式箱体结构, 机组箱体应有检修门, 且整体设备可拆卸, 方便维修。箱体结构应具备良好的保温性能, 热阻不得低0.85 m 2·K/W。箱体要求具备足够的强度, 保证在承受±2 000 Pa时安全运行, 外壳不变形。进出风口处设安全过滤网。机组需设置消音设施, 且效果明显, 噪音低, 满足环保对噪声的要求。2) 加热器。加热元件为钢铝复合轧制翅片管 (基管为20号无缝钢管) 。机组选用加热器串联, 数量应与风机的风量匹配, 通过加热能够把空气从-15℃加热至40℃。冬季, 无论机组是在运行状态还是处于停机状态, 机组内的换热盘管均需具备可靠的自动防冻措施。3) 加热器组合采用可拆式以方便维护检修, 且加热器在维修情况下不影响设备的正常使用, 达到不间断为井口加热的目的。机组加热器部分应配置有效的节能装置, 以充分利用热媒热量, 达到节能的要求。4) 风机采用低噪声轴流风机, 风机应具备连续安全运行功能。风量、风压满足工况设计要求。空气加热器风机电机底座设置减震装置, 同时有便于风机、电机检修的装置。5) 机组控制采用一台控制柜控制一台空气加热机组 (一控一) , 进 (出) 风温度、热媒温度、混合风温度均在控制柜面板上显示。空气加热机组配有故障自动报警系统, 以便于及时排除故障, 确保设备正常运行。6) 加热机组是矿井采暖通风的核心设备。热风机的进风口朝向空气加热室的进风窗, 热风机的出风口通过风道连接将被加热的空气送往井口, 保证井口的采暖热负荷要求。7) 空气加热机组的热源为0.3~0.4 MPa的高温热水, 高温热水温度不低于80℃。8) 空气加热机组设置温度检测传感系统, 检测数据显示在配套控制柜液晶显示器上。

4供暖系统改造效果

1) 空气加热机组工作时热源为水蒸气或者高温热水, 且有精密的温度检测设施, 核心部件采用高性能传热元件, 因此可以避免在设备运行中因为热源不稳定或传热元件性能衰减而带来的井口通风不达标现象, 从而消除生产的安全隐患。2) 加热器部分采用组装结构, 控制柜液晶显示, 使数据观察及设备运转情况一目了然, 操作简单, 维护方便。3) 采用高性能传热元件制作加热器, 增大了单位面积上散热面积, 加大了热量的传递。特殊的设计理念及设备构造使空气与热源进行强制性错流传热, 提高了风机的传热系数与传热效率, 有效降低了能耗。4) 设备无需进行明火加热, 彻底杜绝了高温氧化腐蚀及二氧化硫腐蚀等现象, 使用寿命可达10年以上。5) 采用机电一体化结构, 加热器部分为积木组装式结构, 便于安装, 维护和管理。设备将高性能的传热元件、风机及控制系统有机的融为一体, 极大地提高了工作效率。

新副井井筒供暖设施改造完成后, 系统运行良好, 进入冬季以来新副井口通风温度始终控制在2℃以上, 有效避免了新副井井筒装备结冰事故的发生, 确保了新副井提升系统的安全运行。

摘要：为解决井筒供暖问题, 制定供暖系统改造方案, 分析热机组的选用, 提出供暖系统改造效果, 优化供暖系统。

副井提升系统 篇6

a.原闭锁方式是以通过继电器的节点, 实现操车设备的闭锁, 一旦节点出现故障, 闭锁功能将要受到影响, 不能保障设备的安全运行。

b.操作台无设备到位显示, 不便信号工观察设备运行情况。出现故障时当操作手柄向前推动速度过快, 容易产生误操作。

1 可编程序逻辑控制器

1.1 S7-200可编程序逻辑控制器简介

信号操车系统可编程序逻辑控制器 (PLC) 采用的是西门子S7-200, S7-200它能够控制各种设备以满足自动化控制要求, 可以完成较复杂的数学运算、计数器、定时器、以及与其它智能模块通讯等指令内容, 从而使实我矿信号系统与操车设备的逻辑控制, PLC还能够监视输入状态, 如果外部输入信号有故障, 显示灯灭可帮助维护人员快速查找到故障点。其紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令使S7-200成为替换原有老式断电器的理想解决方案。

PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置, 目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能, 建立柔性的程控系统。国际电工委员会 (IEC) 颁布了对PLC的规定:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器, 用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字的、模拟的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备, 都应按易于与工业控制系统形成一个整体, 易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料:在工业控制领域中, PLC控制技术的应用必将形成世界潮流

PLC程序既有生产厂家的系统程序, 又有用户自己开发的应用程序, 系统程序提供运行平台, 同时, 还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。

1.2 西门子S7-200内部的原理

西门子S7-200它内部的编程元件, 像继电器、定时器、计数器等, 一般称它们为“软继电器”。这些编程用的软继电器, 与真实元件有很大的差别, 它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题的限制;触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。输入继电器, 是用PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口, PLC内部与输入端子连接的输入继电器是用光电隔离的电子继电器, 线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用, 且使用次数不限。输出继电器, PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制, 输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用, 其余常开/常闭触点供内部程序使用。与原系统相比故障率低, 查找故障快结, 便于维护。

2 控制器的原理

2.1 PLC的基本结构框如图1

通过STEP7-V4.0编程软件, 将梯形图写入S7-200可编

程控制器中, 将所需的闭锁关系写成梯形图写入PLC, 这种方式不受外围设备和继电器出现故障的影响, 稳定可靠, 这与原有通过继电器节点闭锁, 发生了根本性的改变, 采用梯形图编程, 因为它直观易懂, 通过一台个人计算机及相应的编程软件;可以根据我矿的实际情况随机编写, 灵活性强。并且PLC的编程语言与一般计算机语言相比, 具有明显的特点, 它既不同于高级语言, 也不同与一般的汇编语言, 它既要满足易于编写, 又要满足易于调试的要求, 直观易懂, 便于日后维护。

2.2 梯形图

梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图, 用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序, 它与电气原理图很相似。通过指令工具栏编缉LAD线段, LAD程序使用线段连接各个元件, 可以使用LAD指令工具栏上的连线按钮, 或者用键盘上的CTRL+上、下、左、右箭头编缉, 最后为输出类指令, 实现输出控制, 或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令, 以进行相应的工作。图2是我矿副井操车设备的梯形。

由图2可知:信号闭锁是操车设备必须在关闭的位置时才能发出信号, 上、下安全门必须关闭、摇台、单阻、复阻在起的位置时, 才能发出信号, 如果有一个条件不满足, 闭锁继电器不吸合, 信号不能发出。当主、副罐运行到正常停罐位置时, 罐位继电器吸合, 操作台有罐到位显示, 按下“上门开”, 上罐门即可打开, 否则罐门打不开。摇台和下安全门必须先落摇台然后开安全门, 主、副罐到停罐位置后, 罐位继电器吸合, 操作台有罐到位显示, 此时按下“摇台落”按钮, 摇台落然后下安全门开。

3 操作台上的按钮功能

KXT7-1信号系统的操作台上集中了各种功能的控制按纽, 来实现操车设备的动作和运行。并且具有显示功能, 例如副罐的复阻在正常位置起的时候显示灯亮, 当复阻落时显示灯灭。信号工观察操作台上的显示屏就可以知道设备的运行状况, 这样便于信号工对操车设备进行操作, 保证设备安全运行。

新操作台上增加了LED发光二极管, 信号工可以直观的观察到设备的运行状态, 例如后阻在起的位置时, 对应操作台上的二极管亮, 此时如果操作其落下, 二极管灯灭, 这样便于信号工观察, 便于操作, 提高了工作效率。

结束语

以上两个优点极大地提高了绞车运行的安全性, 从目前使用以来系统工作稳定可靠, 安全有效地保障副井的正常提升, 满足了生产的需要。

摘要：晓明矿副井原有操车系统, 是以磁感应开关触发继电器然后电磁阀吸合的控制方式, 随着科学技术的不断发展, 这种控制方式已逐步被以PLC为核心的, 新型工业可编程序控制器所取代, 通过我矿这次副井信号电控系统改造, 并对现场实际施工情况的全面了解, 从闭锁方式的改变, 信号工操作这几方面阐述了PLC电控系统的优点, 通过这次设备改进极大地提高了操车系统运行的安全性。