礦用架空乘人裝置安全保護的研究與應用

　1 概述

　　結合我國煤礦井下巷道特點(diǎn)，研制、開(kāi)發(fā)煤礦架空乘人裝置（即礦用索道），該裝置解決了礦山井下長(cháng)距離、大垂度運送人員問(wèn)題，具有高效、安全、易操作、維護量小等特點(diǎn)。近幾年煤礦井下大量架空乘人裝置投入運行，據不完全統計山東省安裝各種形式的架空乘人裝置230余臺。全國安裝近5000余臺套。近幾年架空乘人裝置事故頻發(fā)，特別是蓮花山事故，造成4人死亡，26人受傷，更是造成很大影響。為此，就架空乘人裝置存在的隱患和危害進(jìn)行分析，并有針對性研究應用了泵房安全保護裝置。

　　2 架空乘人裝置使用過(guò)程中主要安全隱患分析

　?、黉摻z繩脫槽落地。根據煤礦采煤及開(kāi)拓的特點(diǎn)和巷道的隨機性，不可避免地會(huì )出現大傾角及復雜的變坡，在這些條件復雜的地方抱索器在通過(guò)時(shí)容易發(fā)生跳動(dòng)或橫向擺動(dòng)，鋼絲繩極易發(fā)生掉繩脫槽事故，將造成人身、財產(chǎn)的嚴重損失。②驅動(dòng)裝置特別是減速箱部位，運行不可靠，減速箱斷齒、斷軸，導致架空乘人裝置運行中“飛車(chē)”，提升負力較大時(shí)，發(fā)生逆向飛車(chē)，也會(huì )造成較大的事故隱患。③制動(dòng)裝置配置不完善、設計不合理。有的架空乘人裝置僅配有工作閘，沒(méi)有在驅動(dòng)輪邊配置安全閘；或者安全閘、工作閘的工作配合設計不合理，無(wú)法進(jìn)行二級制動(dòng)配合，制動(dòng)平穩性差，對制動(dòng)效果、機械設備沖擊等影響較大；有的安全閘、工作閘沒(méi)有按照GB2108-2007設計成失效安全型。④架空乘人裝置安全保護設置不完善、誤動(dòng)作率較高。有些架空乘人裝置速度保護、掉繩保護越位保護等設置不完善，或位置設置不合理，造成誤動(dòng)作率較高；或沒(méi)有設置減速箱油位、電機溫度保護等驅動(dòng)裝置保護，造成較大安全隱患。⑤目前，架空乘人裝置控制裝置多為軟啟動(dòng)或兩象限變頻器，當發(fā)生纜車(chē)停止運行再啟動(dòng)、單邊上人時(shí)，存在負力過(guò)大造成纜車(chē)逆行或下行加速失控飛車(chē)的隱患。⑥張緊力不足或緊邊及松邊張力差超限，致使飛車(chē)時(shí)飛車(chē)加快，乘人無(wú)法安全逃生。⑦架空乘人裝置電控裝置多為軟啟動(dòng)或變頻裝置，其電子元件使用壽命受煤礦井下潮濕、惡劣環(huán)境影響較大，故障率較高，處理時(shí)間較長(cháng)，影響正常的運送人員。

　　3 政策措施

　　根據以上分析的隱患，我們組織技術(shù)人員對上述存在安全問(wèn)題研究應用了以下保護：

　　3.1 架空乘人裝置鋼絲繩脫槽落地保護裝 置核心是實(shí)時(shí)檢測鋼絲繩位置參數和拖繩輪轉速參數，拖繩輪速度檢測采用霍爾元件，在拖繩輪上安裝磁鋼，利用霍爾原理檢測出拖繩輪速度信號，送入處理器與架空乘人裝置變頻器的速度信號進(jìn)行比較，當鋼絲繩脫槽后，檢測出相應的速度差異信號；鋼絲繩位置檢測采用光電開(kāi)關(guān)，當鋼絲繩脫槽后，位置發(fā)生變化時(shí)，也發(fā)出相應信號。

　　3.2 欠速打滑保護 當鋼絲繩在拖繩輪上打滑時(shí)，會(huì )造成鋼絲繩磨損加劇，抱索器運行不平穩，有可能造成嚴重后果。具體措施如下：

　　采用高精度、高靈敏度霍爾傳感器，由PLC采集脈沖數據。通過(guò)PLC程序對采集的脈沖自動(dòng)進(jìn)行運算、分析。當乘人裝置運行速度與拖繩輪運行速度差大于20%時(shí)，由PLC輸出信號自動(dòng)控制。首先切斷電動(dòng)機電源，然后工作閘動(dòng)作，3秒后安全閘動(dòng)作實(shí)現欠速打滑保護。

　　檢測鋼絲繩運行速度：V=N×2×3.14×D/6

　　N=每秒鐘PLC采集的脈沖數量

　　D=擺放磁鋼中心圓的直徑

　　6=平均擺放磁鋼的個(gè)數

　　3.3 過(guò)速飛車(chē)保護 通過(guò)PLC程序對采集的脈沖信號進(jìn)行自動(dòng)運算、分析。當乘人裝置運行速度高于設計速度的10%，由PLC輸出信號自動(dòng)控制。首先切斷電動(dòng)機電源，然后工作閘動(dòng)作，3秒后安全閘動(dòng)作實(shí)現過(guò)速飛車(chē)保護，纜車(chē)停止運行同時(shí)操作臺顯示故障并伴有聲光報警。

　　檢測鋼絲繩運行速度：

　　V=N×2×3.14×D/6

　　N=每秒鐘PLC采集的脈沖數量

　　D=擺放磁鋼中心圓的直徑

　　6=平均擺放磁鋼的個(gè)數

　　3.4 防逆行保護 當單方上下人員較多時(shí)，有可能負力較大造成架空乘人裝置逆行。采用雙極型高精度霍爾傳感器，由PLC采集脈沖數據。脈沖采集后，通過(guò)PLC對脈沖進(jìn)行自動(dòng)分析、判別纜車(chē)運行方向。當出現反轉逆行200mm時(shí)，由PLC自動(dòng)控制，首先切斷電動(dòng)機電源，然后工作閘動(dòng)作，實(shí)現防逆行保護。 　　

3.5 重錘限位（張緊）保護 當架空乘人裝置張緊力不足或緊邊及松邊張力差超限，致使飛車(chē)時(shí)飛車(chē)加快，乘人無(wú)法安全逃生。在重錘上方安裝有保護開(kāi)關(guān)，當張緊重錘由于牽引鋼絲繩或張緊鋼絲繩松馳到極限位置（重錘底面最低處距地面200mm）時(shí)，檢測開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

　　3.6 全程急停保護 在架空乘人裝置中心線(xiàn)距離不超過(guò)50M配有緊急拉繩開(kāi)關(guān)。乘坐人員在乘坐途中若發(fā)現緊急情況需要停車(chē)，則在乘車(chē)區域內的任一點(diǎn)拉動(dòng)急停開(kāi)關(guān)拉線(xiàn)均可由PLC系統自動(dòng)控制停止運行，同時(shí)操作臺顯示故障發(fā)生的位置及編號并伴有聲光報警。

　　3.7 減速機油位極限報警裝置 在減速機上適當位置安裝新型液位傳感器，當油位降低至極限位置20～30mm時(shí)，液位傳感器的浮漂動(dòng)作，無(wú)源節點(diǎn)閉合，由PLC系統自動(dòng)控制系統發(fā)出告警信號并延時(shí)停車(chē)，同時(shí)操作臺顯示故障發(fā)生的位置并伴有聲光報警。

　　3.8 減速箱油溫報警裝置 在減速機適當位置上安裝高靈敏度、高精度型溫度傳感器，當減速機的油溫超過(guò)設定的溫度值時(shí)，由PLC系統自動(dòng)控制系統發(fā)出告警信號并延時(shí)停車(chē)，同時(shí)操作臺顯示故障發(fā)生的位置并伴有聲光報警。

　　3.9 工作閘、制動(dòng)閘失效保護 在工作閘和安全閘上方各安裝有保護開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)直接串聯(lián)在電動(dòng)機啟動(dòng)的控制電路中，只有當工作閘和安全閘的推桿都正常啟動(dòng)時(shí)，分別推動(dòng)保護開(kāi)關(guān)動(dòng)作，電動(dòng)機的控制電路才能接通，電機才能正常運轉。否則系統不能運行，這樣能夠保證設備和人員的安全。

　　4 結論

　　通過(guò)對架空乘人裝置運行中存在的負力倒車(chē)、逆行、鋼絲繩脫槽、負力啟動(dòng)困難、保護誤動(dòng)作等安全問(wèn)題分析，研究并應用了鋼絲繩脫槽防落地、固定吊椅防翻轉、減速器防逆行、超速、防滑、全行程急停、變坡點(diǎn)防脫槽等安全保護設施，保證了架空乘人裝置安全防護能力，切實(shí)降低了架空乘人裝置在運行中的安全隱患，保證了架空乘人裝置安全運行。

　　參考文獻：

　　[1]于文景等.現代化煤礦機械設備安裝調試、運行監測、故障診斷、維修保養與標準規范全書(shū)[M].吉林科技出版社，2003.

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　　總局.地下礦用架空索道安全要求.