鋼絲繩張力及箕斗載重在線監(jiān)測技術(shù)的研究與應(yīng)用

　　摘要：根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第393條規(guī)定，立井提升容器和載荷，必須符合下列要求：箕斗提升必須采用定重裝載。該規(guī)程由國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國家煤礦安全監(jiān)察局聯(lián)合頒布。該條規(guī)定決定了該項技術(shù)應(yīng)用在法律層面具有強制性，主立井箕斗的提升安全關(guān)乎全礦的安全生產(chǎn)，原煤自主井底通過箕斗提升至地面，必須確?；费b載噸位的準(zhǔn)確性，嚴(yán)禁超載。在國內(nèi)，箕斗因超載運行造成鋼絲繩斷裂并導(dǎo)致箕斗墜井的事故屢見不鮮。按照煤礦行業(yè)內(nèi)的說法：《煤礦安全規(guī)程》的每條強制措施的規(guī)定都是重大事故催生的，也都是血和淚的教訓(xùn)總結(jié)。

　　關(guān)鍵詞：鋼絲繩張力;箕斗載重;在線監(jiān)測技術(shù);應(yīng)用;

　　引言

　　當(dāng)前，煤礦提升機繼續(xù)向超深、重負(fù)荷、高速發(fā)展。同時，多il摩擦波提升系統(tǒng)的成熟度逐漸取代了單邊提升系統(tǒng)。多il摩擦波提升系統(tǒng)的應(yīng)用中，提升繩的電壓不平衡嚴(yán)重影響了鋼絲繩的使用壽命和整個提升系統(tǒng)的安全運行。伴隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼絲繩張力靜態(tài)檢測方法已不再適合現(xiàn)代煤礦建設(shè)企業(yè)的生產(chǎn)情況。當(dāng)鋼絲繩張力動態(tài)實時監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)時，我們可以隨時了解鋼絲繩張力差的大小，及時采取措施提高礦井提升機的安全性。因此，鋼絲繩張力在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)對于當(dāng)前確保礦井提升機安全尤為重要。國內(nèi)外學(xué)者對鋼絲繩張力動態(tài)監(jiān)測方法進行了大量研究，由于實踐中存在著巨大的局限性，相關(guān)技術(shù)成果無法得到很好的應(yīng)用。

　　1稱重原理

　　由安裝在提升井塔頂部平臺上的稱重傳感器采集提升系統(tǒng)總重量模擬量信號，主副天輪各由兩件稱重傳感器采集信號，經(jīng)可編程序控制器PLC運算處理，輸出信號為兩件傳感器輸出信號的疊加值，運算結(jié)果由觸摸屏顯示負(fù)載曲線和負(fù)載實時數(shù)據(jù)。主副天輪分別對應(yīng)主副箕斗，當(dāng)箕斗下降到主井底部裝載點時打開電動閘門進行裝載，地面提升機控制室的觸摸屏實時顯示裝載煤炭重量，當(dāng)裝載煤炭重量達到設(shè)定值時關(guān)閉電動閘門，同時語音播報滿載信息。當(dāng)裝載煤炭重量超過設(shè)定值及系統(tǒng)發(fā)生故障時播報相應(yīng)語音。通過觸摸屏能夠?qū)ο到y(tǒng)運行參數(shù)和保護參數(shù)進行設(shè)定。觸摸屏能夠輸出音頻信號，經(jīng)過擴音后播報系統(tǒng)運行狀態(tài)及系統(tǒng)故障等信息，同時具有系統(tǒng)運行超限及系統(tǒng)故障歷史記錄的查詢功能。

　　2淘汰定量斗原因

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步及過程裝備的快速發(fā)展，尤其是動態(tài)稱重技術(shù)的日趨成熟，定量斗式主井箕斗裝載設(shè)備的缺點越來越顯現(xiàn)，尤其是其裝載工藝復(fù)雜落后。在使用的過程中，該設(shè)備出現(xiàn)了眾多弊端，嚴(yán)重影響了煤礦主井提升的全面自動化?，F(xiàn)代化礦井倡導(dǎo)“機械化換人、自動化減人”，具體要求以自動化控制減少人為操作，大力提高企業(yè)安全生產(chǎn)科技保障能力，并要求積極推進煤礦設(shè)備自動化、信息化、智能化、無人化等改造。在這些政策的背景下，復(fù)雜的定量斗式主井箕斗裝載工藝就顯得極為落后，這就是淘汰定量斗的主因所在。定量斗的具體缺點如下：(1)定量斗式主井箕斗裝載系統(tǒng)工藝過于復(fù)雜，主井底裝載硐室內(nèi)設(shè)備眾多，環(huán)境惡劣，無法實現(xiàn)真正的“無人值守”模式。(2)定量斗更換周期6a左右，更換周期頻繁，更換及檢修費時、費力，在更換過程中從井筒內(nèi)下大件，危險系數(shù)非常高。(3)定量斗內(nèi)物料的卸載完全是受自身重力產(chǎn)生的作用，當(dāng)出現(xiàn)粘煤、潮煤時，自流不暢，容易出現(xiàn)堵倉、壓倉的難題，定量斗的計量精度嚴(yán)重下降，給安全生產(chǎn)帶來了諸多不確定性。(4)定量斗式主井箕斗裝載系統(tǒng)共涉及9臺設(shè)備，在正常運轉(zhuǎn)過程中，日常的維護量、檢修量都較為繁多。(5)安委辦[2021]3號文規(guī)定，在井口和井筒內(nèi)動火作業(yè)時，必須撤出井下所有作業(yè)人員。由于定量斗磨損快，經(jīng)常需要動火焊接，給礦井安全生產(chǎn)帶來諸多不利因素。

　　3系統(tǒng)總體設(shè)計

　　鋼零件作為起重系統(tǒng)的支承構(gòu)件，必須承受較大的載荷，作為記錄鋼零件應(yīng)力的載荷傳感器，其承載能力至少是實際載荷的13倍。傳感器連接鋼絲繩后，不得影響起重機械的原有結(jié)構(gòu)或損壞鋼絲繩，降低鋼絲繩的強度。因此，安裝負(fù)載傳感器是一個重要的考慮因素。多股摩擦提升機通常使用自動平衡裝置實現(xiàn)各鋼絲繩之間的應(yīng)力平衡。列車自動平衡裝置主要采用閉環(huán)被動液壓通信的原理，自動調(diào)節(jié)安裝偏差、鋼絲繩殘馀應(yīng)力等引起的列車偏差，更好地解決多樣式摩擦提升塔零件的動態(tài)平衡問題。鋼絲繩張力可以用自動應(yīng)力平衡懸掛裝置的特殊結(jié)構(gòu)來檢測，鋼絲繩張力可以通過檢測負(fù)載傳感器數(shù)據(jù)來反映。如圖2所示。將傳感器安裝在滑塊和端口板之間。鋼絲繩張力可以直接通過擠壓載荷傳感器測量，避免了起重系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)改造，對起重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強度沒有影響。該系統(tǒng)結(jié)合了無線通信技術(shù)，整個系統(tǒng)主要由采集裝置、上位機和配置監(jiān)控界面三部分組成。采集裝置包括傳感器、無線采集和傳輸設(shè)備，上部計算機包括地面收發(fā)設(shè)備或井上PLC。當(dāng)起重工具工作時，工人通過配置監(jiān)控界面向上級計算機發(fā)送“采集”命令，然后上級計算機通過無線通信向采集設(shè)備發(fā)送控制命令。采集裝置啟動數(shù)據(jù)采集，并通過無線通信將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)缴喜坑嬎銠C。收到數(shù)據(jù)信號后，上位機將數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)脚渲密浖到y(tǒng)，經(jīng)軟件處理后顯示并保存。如果不需要數(shù)據(jù)收集，只需發(fā)出Stop命令即可。由于監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和安裝是基于礦井提升儀器固有的結(jié)構(gòu)，因此在規(guī)劃監(jiān)測和傳感器系統(tǒng)時，有必要將它固定在礦井結(jié)構(gòu)上，不改變原有的礦井結(jié)構(gòu)模式。

　　4在線監(jiān)測方案

　　煤礦提升機主要使用鋼繩進行吊裝作業(yè)。當(dāng)鋼件由于鋼件對鋼件施加一定壓力而繞過提升機的皮帶輪時，鋼件的應(yīng)力會連續(xù)傳遞到位于皮帶輪底部的傳感器裝置，然后通過導(dǎo)線直接連接到數(shù)據(jù)處理裝置。數(shù)據(jù)處理設(shè)備接收數(shù)據(jù)時，執(zhí)行簡單的處理和計算，然后通過串行接口將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機。計算機上安裝了數(shù)據(jù)處理軟件，以重新處理數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。當(dāng)鋼絲繩測量電壓超過正常閾值時，認(rèn)為起重系統(tǒng)異常，同時發(fā)出報警。數(shù)據(jù)處理是監(jiān)控系統(tǒng)的核心。傳感器設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)屬于模擬數(shù)量，而計算機處理的數(shù)據(jù)必須是數(shù)字?jǐn)?shù)量，因此傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換并通過串行接口發(fā)送到計算機。為保證系統(tǒng)的可靠運行，監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理部分需要集成處理和必要的簡化處理。數(shù)據(jù)處理部分電路主要由STC12C5A60S2單片機構(gòu)建。該單片機集成了多達10位的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片。通過應(yīng)用這些芯片，傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)可以快速轉(zhuǎn)換成數(shù)字，然后操作后數(shù)據(jù)由單片機初步計算，并通過串行接口傳輸?shù)接嬎銠C上。該計算機主要采用RS232級，而單片機主要采用TTL級，因此發(fā)送的數(shù)據(jù)信號需要從MAX232芯片轉(zhuǎn)換，以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕疽蟆?/p>

　　結(jié)束語

　　相較于定量斗式裝載系統(tǒng)，定重給煤機式主井箕斗智能裝載系統(tǒng)的最大特點是：裝載過程簡單實用。在動態(tài)稱重技術(shù)完全成熟的情況下，定量斗靜態(tài)稱重，所采用實物校驗的原理日趨落后，其裝載工藝完全屬于淘汰落后工藝范疇。定重給煤機可成功地解決“二次裝載”這一世界難題。所謂“二次裝載”，就是箕斗沒有卸載完畢，進入下一次循環(huán)裝載，定量斗閘門打開，斗體內(nèi)原煤全部傾倒入箕斗，造成箕斗嚴(yán)重超載，給主井提升系統(tǒng)帶來災(zāi)難性后果。定重給煤機根據(jù)箕斗內(nèi)剩余的原煤量，進行靈活差額補償，確保箕斗不超載。

　　參考文獻

　　[1]張子明，孟翠翠，賈俊博.煤礦主井箕斗裝載稱重裝置研究與應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2022，40(01)：144-146.

　　[2]鄭余勝.摩擦提升機鋼絲繩張力動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].安徽理工大學(xué)，2020.

　　[3]朱真才，李翔，沈剛，湯裕.雙繩纏繞式煤礦深井提升系統(tǒng)鋼絲繩張力主動控制方法[J].煤炭學(xué)報，2020，45(01)：464-473.

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