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技術(shù)實力是中國礦業(yè)大學礦山機械摩擦材料科研基地,、教學實習基地,，是河南科技大學產(chǎn)學研基地，是中國重型機械工業(yè)協(xié)會會員單位,，是摩擦襯墊,、塑料襯板等五項產(chǎn)品行業(yè)標準制定者。
應急重力滑行裝置在副井提升機的應用
發(fā)布時間：
2023-05-09
來源：
http://fivv.cn/
針對煤礦副井提升機因故障無法正常運行,、罐籠中途緊急停車、乘員被困的問題,，提出了采用應急重力滑行裝置進行緊急救援的技術(shù)方案,。介紹了應急重力滑行裝置的研究背景，提出了3種應急重力滑行裝置的技術(shù)方案,，對比分析了3種方案與原電控系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度以及各自的特點。以單相備用電源+應急液壓站+應急操控臺的技術(shù)方案為例,，闡述了其工作原理及雙閉環(huán)控制策略,；針對備用電源的選型，結(jié)合各方案的設備配置情況,，給出了指導性意見,。
導讀
針對煤礦副井提升機因故障無法 正常運行、罐籠中途緊急停車,、乘員被困的問題,，提出了采用應急重力滑行裝置進行緊急救援的技術(shù)方案。介紹了應急重力滑行裝置的研究背景,，提出了3種應急重力滑行裝置的技術(shù)方案,，對比分析了3種方案與原電控系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度以及各自的特點。以單相備用電源+應急液壓站+應急操控臺的技術(shù)方案為例,，闡述了其工作原理及雙閉環(huán)控制策略,；針對備用電源的選型，結(jié)合各方案的設備配置情況,，給出了指導性意見,。
副井提升機用于升降人員和物料。在運行過程中,，一旦出現(xiàn)供電失敗,，或者電動機、減速器,、調(diào)速器(變頻器)等關(guān)鍵部件出現(xiàn)重大故障,，提升機被迫中途停車，提升容器中的乘員被困井筒,。副井提升機如果不能在短時內(nèi)恢復運行,，被困人員可能出現(xiàn)急躁,、焦慮等不良情緒，安 全隱患則隨停機時長的增加而增加,。出現(xiàn)上述故障后,，要在盡可能短的時間內(nèi)恢復副井提升機的運行，哪怕是低速運轉(zhuǎn)進行應急提升,。在故障當次恢復提升機運行,，將乘員撤離到井口或其他安 全處；也可根據(jù)實際需要,，繼續(xù)應急提升,，直至完成應急救援任務。
《煤礦安 全規(guī)程》第四百零一條規(guī)定：檢修時,，提升容器的速度一般為0.3～0.5 m/s,，zui大不得超過2 m/s。
1應急重力滑行裝置
靈東煤礦副井采用JKM 4×4(Ⅲ)型提升機,，其直流電動機的功率為1 500 kW,，系統(tǒng)供電電壓為10 kV。若提升機因停電等故障無法 正常運行,，簡單做法是利用1臺備用柴油發(fā)電機作為電源,。按照提升負荷的需要，發(fā)電機的裝機容量至少為額定容量的1.6倍,；此外,，至少需要增設1套2 400 kW/10 kV三相高壓發(fā)電機組、1臺10 kV高壓開關(guān)柜,、1組安裝上述設備的機房(包括油料庫),。
上述裝備和相應的基建費用相對較多,，日常管理和維護也需要一定的成本,；但全礦停電事故發(fā)生的概率較小，大型設備常備而不常用,，造成資源的浪費,。
在應急救援中，提升機也需要提升或下放重物,。在下放重物的過程中,，提升機處于發(fā)電狀態(tài)，促使網(wǎng)側(cè)電壓(靈東礦為10 kV)泵升,，電壓泵升至一定值,，可能損害包括三相高壓發(fā)電機組在內(nèi)的與該電網(wǎng)相關(guān)的設備和元件，這為應急救援埋下了安 全隱患。在此情形下,，較好的處理方式是通過液壓制動系統(tǒng),，借助提升鋼絲繩的張力差或乘員的重力，控制副井提升機在安 全速度下滑行,，將被困人員應急提升至安 全位置,，如井口,、井底或中段水平馬頭門處,，安 全撤離。
2應急重力滑行裝置技術(shù)方案
2.1方案內(nèi)容
針對副井提升機應急重力滑行裝置的選擇,，筆者提出了3種技術(shù)方案，具體方案內(nèi)容如表1所列,。
3種方案中,，方案1相對獨立于原控制系統(tǒng)及液壓站,；方案2應急時使用原操作臺對提升機重力滑行進行啟停和速度控制；方案3增設三相備用電源為控制系統(tǒng)及液壓制動系統(tǒng)供電,。液壓站中油泵電動機為AC 380 V三相交流電動機,，考慮此電動機啟動時的沖擊電流，三相備用電源的容量要大于方案1和方案2中的單相備用電源容量,。
2.2原理分析
以方案1為例,，其原理框圖如圖1所示。圖1中虛框內(nèi)為原電控設備和液壓站,，其中：a為輔助電源(AC 380 V)，雙回路進線,，為電控設備和液壓站供電,；b為網(wǎng) 絡化操作臺；c為PLC控制柜,；d為液壓站,。
1.單相備用電源2.應急操控臺3.應急液壓站4.手動單向閥5.測速元件6.提升機主井設備7.制動器
圖1中，應急操控臺2作為重力滑行應急提升的控制設備,，由單相備用電源1(AC 220 V)供電,，并對應急液壓站3進行控制；應急液壓站中的油泵電動機為單相交流電動機或直流電動機，轉(zhuǎn)速和容量與油泵相匹配,。如同原液壓站,，應急液壓站輸出油管也設有2只手動截止閥4.1，通過三通分別接入液壓制動系統(tǒng)油路的A管和B管,。正常情況下,，關(guān)閉手動截止閥4.1，液壓制動系統(tǒng)的油壓由原液壓站控制,；應急提升情況下,，打開手動截止閥4.1、關(guān)閉4.2,，液壓制動系統(tǒng)的油壓由應急液壓站控制,；通過切換手動截止閥4.1和4.2的狀態(tài)，進行日常提升或應急提升,。
3應急液壓站及其雙閉環(huán)控制
3.1工作原理
重力滑行是利用提升系統(tǒng)的不平衡力來移動提升容器,，速度由液壓站通過松閘和合閘進行控制。本應急系統(tǒng)不設驅(qū)動動力,，松閘的情況下,，較重一側(cè)的罐籠下降，較輕一側(cè)上升,。應急液壓站是應急重力滑行裝置的重要部件,，其原理如圖2所示。應急液壓站安裝時,，油路通過三通閥分別與原油路的A管,、B管連接。使用應急液壓站前,，當盤式制動器處于全制動的狀態(tài)下,，將2個手動截止閥打開，同時關(guān)閉原液壓站的手動截止閥,。
圖2中,，應急液壓站的油泵電動機4要優(yōu)先選擇直流電動機或單相交流電動機，方便由直流備用電源或單相交流電源供電,，并要求具有一定的續(xù)航能力,；比例溢流閥2可設定應急液壓站的額定工作油壓，通常與原液壓站的額定工作油壓相匹配,；比例溢流閥受應急操控臺上速度操縱桿控制,，從而控制應急液壓站的實際壓力，達到控制重力滑行速度的目的,。參考《煤礦安 全規(guī)程》第四百零一條規(guī)定,，重力滑行速度通常限制在1 m/s以內(nèi),。
應急液壓站的工作過程：安 全電磁閥G1得電、G2斷電,，油泵電動機4運轉(zhuǎn),，比例溢流閥KT2處于卸油狀態(tài)，等待應急操控臺的指令,；當比例溢流閥2收到開閘信號,，應急液壓站開始升壓，油壓根據(jù)開閘信號大小可以連續(xù)線性控制,，隨著壓力上升,，盤式制動器逐漸松閘，在兩側(cè)罐籠不平衡力的作用下,，提升機往較重的一側(cè)低速滑行,。配套的應急操控臺具有保護措施，當發(fā)生超速,、閘盤超溫,、壓力過壓等故障時，應急操控臺可聲光報警,；同時,，比例溢流閥2和安 全電磁閥G1斷電、G2得電,，應急液壓站卸壓,，使提升機安 全制動，重力滑行停止,。應急液壓站的聯(lián)鎖基本要求如表2所列,。表中，“-”代表斷電,，“+”代表得電。
3.2雙閉環(huán)控制
利用應急操控臺上操縱桿控制應急液壓站的松閘或合閘,，從而控制重力滑行速度,，通過油壓和滑行速度的雙閉環(huán)控制，達到穩(wěn)定滑行速度的目的,。雙閉環(huán)控制原理如圖3所示,。
圖3中，雙閉環(huán)的內(nèi)環(huán)為油壓閉環(huán),，設有油壓調(diào)節(jié)器5,、油壓斜率限制器4和功率放大器3。功率放大器的輸出直接控制比例溢流閥2.2的線圈,，使得應急液壓站的油壓隨電信號作線性變化,；油壓斜率限制器對油壓的變化速率進行限制，以免油壓變化太快，影響滑行速度的平穩(wěn)性,。經(jīng)過一定時間的重力滑行,，閘盤可能過熱，當非接觸式溫度傳感器1檢測到過熱情況,，發(fā)出指令使應急液壓站實施安 全制動,，在油壓斜率限制器的作用下，更平穩(wěn)地緊急停車,。壓力閉環(huán)的反饋信號取自壓力傳感器2.1,。Ug為滑行速度給定信號，由應急操控臺上操縱桿控制,，速度閉環(huán)的反饋信號取自安裝于提升機主軸的測速機或光電編碼器,。根據(jù)速度和壓力的跟隨情況，雙閉環(huán)的滑行速度調(diào)節(jié)器6和油壓調(diào)節(jié)器5可設置為PI或P調(diào)節(jié)器,。
4備用電源的選型
4.1選型原則
首先,，備用電源的選型主要以重力滑行所用液壓站中油泵電動機的額定容量(電流)和電壓作為基礎參數(shù)?？紤]油泵電動機在直接啟動瞬間,，zui大電流可能是其額定電流的5～7倍；加之應急重力滑行裝置還有其他負荷,，備用電源的額定容量通常不小于應急液壓站(方案1和方案2)或原配液壓站(方案3)中油泵電動機額定容量的10倍,。如果采用方案1和方案2，其油泵電動機的額定容量為1.0 kW/單相AC 220 V,，則備用電源的額定容量通常不小于10 kW/單相AC 220 V,；如果采用方案3，其油泵電動機的額定容量為3.0 kW/三相AC 380 V,，則備用電源的額定容量通常不小于30 kW/三相AC 380 V,。
其次，備用電源的續(xù)航能力是個重要的參數(shù),，必須在設計選型中予以體現(xiàn),。以重力滑行的平均速度0.5 m/s計，備用電源的續(xù)航時間至少為H/0.5(H為提升高度,，m),，并留有充分的裕量。例如,，提升高度H為500 m,，按平均速度0.5 m/s重力滑行一個行程，至少則需17 min,，考慮一定的裕量,，備用電源的續(xù)航能力通常為不低于30 min,。
4.2方案選擇
備用電源有兩種選擇：一是不間斷電源UPS；一是交流發(fā)電機組,。
(1)UPS主要由整流器,、逆變器和電池組等組成。UPS額定容量取決于其整流器和逆變器容量,，輸出的額定電流與其容量成正比,；UPS的續(xù)航能力取決于電池組的容量，電池組的容量越大,、續(xù)航能力越強,，如果要求UPS輸出容量大且續(xù)航時間長，則需配置相當多數(shù)量的電池,。UPS的優(yōu)點在于靜音,；缺點在于需要定期或經(jīng)常處于在線充電狀態(tài)，一旦長時間不在線,，電池組的能量可能耗凈或大為減少,，應急時UPS不能發(fā)揮作用或續(xù)航能力不夠。市場上UPS的輸出多為單相,，如果采用方案1和方案2,，可選用；UPS也有三相輸出,，但是三相大容量的UPS,，在設備體積、價格,、日常維護保養(yǎng)方面不具有優(yōu)勢,，如果采用方案3，通常不選用UPS作為備用電源,。
(2)交流發(fā)電機組可分為單相發(fā)電機和三相發(fā)電機兩種,。單相發(fā)電機輸出電壓為AC 220 V，方案1和方案2可選用,；三相發(fā)電機輸出電壓為AC 380 V,，方案3可選用。燃油發(fā)電機是依靠柴油或汽油燃燒產(chǎn)生動力帶動發(fā)電機組的,，相較于UPS，其優(yōu)點在于耐用,，續(xù)航能力取決于備用油料量,；缺點在于有噪聲和尾氣排放，對小環(huán)境有一定的不利影響,。
5干預重力平衡
在兩邊罐籠交鋒的區(qū)域內(nèi),，且兩邊罐籠載重相差無幾的情況下,，鋼絲繩張力差接近于零或較小，即張力處于平衡狀態(tài),。此時,，制動閘即使全部松開，罐籠也可能處于靜止狀態(tài),，無法滑行,。打破張力平衡狀態(tài)zui簡單的做法是人為干預，推動卷筒轉(zhuǎn)動,。在張力平衡狀態(tài)下,，人為干預使卷筒轉(zhuǎn)動并不困難。在有條件的煤礦,，可設置重力平衡破壞裝置,，如在卷筒的內(nèi)側(cè)增設內(nèi)齒圈，以及與內(nèi)齒圈配套的齒輪,，通過小型電動機驅(qū)動齒輪帶動卷筒轉(zhuǎn)動,，達到破壞重力平衡的目的；也可以在提升機的主軸上,、減速器的輸出軸或主電動機的輸出軸上增設小型驅(qū)動裝置,，也能達到破壞重力平衡的目的。
需要注意的是,，重力平衡破壞裝置所使用的電源要與備用電源相匹配,，包括電壓等級和容量等。
6結(jié)語
靈東煤礦副井應急重力滑行裝置采用技術(shù)方案1,，即單相備用電源+應急液壓站+應急操控臺的方案,，單相備用電源采用小型單相柴油發(fā)電機組。安裝后,，經(jīng)輕載,、半載和全載的調(diào)試和試驗，重力滑行速度平穩(wěn),，閘盤溫度控制在容許的范圍內(nèi),。礦方制定了相應的設備運維管理措施，做到平急結(jié)合,，確保在應急過程中,，設備安 全可靠，乘罐人員能夠撤離到安 全地點,，這為乘罐人員的應急救援增添了一個新的方案,。
引文格式：
[1]王增仁，陳 國 峰.應急重力滑行裝置在副井提升機的應用.[J].礦山機械,2023,51(4):21-24.
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