主井提升系统粘煤的智能判断与自动处理

王汝庆 王荣刚

（鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017300）

1 概述

营盘壕煤矿隶属于山东能源集团兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司，位于内蒙古自治区鄂尔多斯市西南方向的乌审旗境内，设计生产能力12.0 Mt/a。主井配备两台6500 kW 提升机，箕斗额定提升重量40 t，提升速度14 m/s，装载采用定量仓定重装载，卸载采用外动力卸载方式。

在首采工作面试生产期间，由于煤炭含水量较大，煤流系统煤的粘性变化很大。当煤流中含水较多，并混入粘性的煤粉、矸石、喷浆回弹料的情况下，装卸载时煤炭的流速就会减慢[1]。在自动化运行的主井提升系统，卸载时间是设定好的，提升箕斗内的粘煤会出现卸不空的现象，留下的余煤和箕斗一起被下放到装载站，在下一次向提升箕斗内装入额定重量的煤炭时，因为余煤的存在而出现过装事故[2]。

箕斗内的装煤量超过额定值一定比例后，在提升加速段会出现过载跳车，甚至在提升起步阶段出现反坠现象，使装煤的箕斗触发过放保护[3]。过载事故发生后，不仅对提升机和井筒装备有很大的伤害，而且处理这种事故的过程也存在很大的风险，需要井筒维修工从装载站攀爬到过装的箕斗上，使用铁铲将多装的煤炭铲出，或者使用手拉葫芦打开箕斗下部扇形闸门，将多余煤炭放入井底[4-5]。

2 余煤保护

为了消除上述风险，西门子（中国）的工程师在与现场维护的工程师多次交流后，编制了通过交钩定子电流判断箕斗内是否有余煤的程序。

交钩位置，就是两个箕斗在井筒内相遇的位置。在这个位置，两个箕斗的主提升钢丝绳和平衡钢丝绳等长，被认为两箕斗在此时的重量差只等于提升的煤炭重量。而交钩位置也是在提升的匀速段，电动机的定子电流与提升重量成正比，通过定子电流可以计算出提升重量。正常情况下，通过定子电流计算出的提升重量与装载站称重传感器计算出的重量值是一致的。

当下放的箕斗中存在余煤时，两个箕斗的重量差就会减小，定子电流也会减小，通过定子电流计算出的提升重量跟着减小。当通过定子电流计算出的提升重量比装载站称重传感器得到的重量值小10%时，认为正在下放的箕斗内存在余煤。

系统判断出箕斗内有余煤后，会禁止给这个箕斗装煤，装载站会自动跨过装煤环节，直接发送提升信号，将该钩箕斗提升到卸载站，再卸载一次。每次给箕斗装载后，都会给一个特定变量进行置位，在该箕斗到达卸载并打开箕斗闸门后，才对这一变量进行复位。这一变量串接在装载站定量仓扇形门开启的回路中，这一变量不复位，将不能开启定量仓扇形闸门，无法向箕斗内装煤，出现余煤时，也会对这一变量进行一次置位，所以能可靠地防止重复装载的出现。

3 粘煤智能判断与自动处理

余煤保护虽然很好地避免了过载事故的发生，但每次余煤保护，都要浪费一个周期的提升时间，这对于争分夺秒的生产系统来讲，是不能忍受的。如果延长卸载时间，则能避免一定比例的余煤现象，但这种方式同样是不经济的。如果能通过一定的计算，判断出煤粘性的变化、流速的变化或者装载时间的变化，来决定卸载时间，则可以根据煤炭粘性的不同，规定不同的卸载时间，最大可能地避免余煤现象的发生。

装载站的称重传感器是一直向系统传输数据的，当装载站定量仓内的煤炭到达额定重量，则停止给煤机或皮带机的运行。箕斗到达装载站之后，系统记忆一个原始重量G1，打开定量仓的扇形闸门，当定量仓内的煤炭重量定于卸空设定值时，开始关闭扇形闸门，关闭扇形闸门之后，系统记忆一个最终重量G2，装入箕斗内的煤炭重量G=G1-G2。

从开定量仓扇形闸门开始计时，到关闭扇形闸门中止计时，所用时间T 与设定时间Tz进行比较，当T 大于Tz时，差值t=T-Tz。这个差值t 就是卸载站需要延长的时间。

曲轨卸载的卸载站，在箕斗到位停车后开始计时，正常情况下卸载时间设定值为Tx，当本箕斗装载时间差值t 大于0 时，本次卸载时间值为Tx+t，计时达到Tx+t 时，发送开车信号。

使用外加动力卸载的卸载站，在箕斗到位后，首先发送停车信号，收到提升机停车抱闸的反馈后，使用油缸、气缸或其他动力开始推动箕斗扇形门动作。当开箕斗扇形门到位后开始计时，正常情况下卸载时间设定值为Tx，当本箕斗装载时间差值t 大于0 时，本次卸载时间值为Tx+t，计时达到Tx+t 时，使用油缸、气缸或其他动力关闭箕斗扇形闸门，箕斗扇形闸门关闭到位后，发送开车信号[6]。

装载站设定时间Tz与卸载站设定时间Tx的设定必须留有至少1 s 的余量，以抵消各种因素带来的干扰。煤炭提升的工作流程是装载-提升-卸载，所以该程序的计算和信号传输有足够的时间，不会干扰原有程序的正常运行。

4 结论

通过同一箕斗装煤的时间长短，判断煤的粘性，决定该箕斗卸载时间的长短，有效防止了余煤现象的发生。该方法在鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司使用6 个月以来，余煤现象出现频率降低了80%。该方法在装载站定量仓与提升箕斗结构类似的煤矿都可以使用，具有很高的推广性。