矿用架空乘人装置安全保护的研究与应用

　1 概述

　　结合我国煤矿井下巷道特点，研制、开发煤矿架空乘人装置（即矿用索道），该装置解决了矿山井下长距离、大垂度运送人员问题，具有高效、安全、易操作、维护量小等特点。近几年煤矿井下大量架空乘人装置投入运行，据不完全统计山东省安装各种形式的架空乘人装置230余台。全国安装近5000余台套。近几年架空乘人装置事故频发，特别是莲花山事故，造成4人死亡，26人受伤，更是造成很大影响。为此，就架空乘人装置存在的隐患和危害进行分析，并有针对性研究应用了泵房安全保护装置。

　　2 架空乘人装置使用过程中主要安全隐患分析

　　①钢丝绳脱槽落地。根据煤矿采煤及开拓的特点和巷道的随机性，不可避免地会出现大倾角及复杂的变坡，在这些条件复杂的地方抱索器在通过时容易发生跳动或横向摆动，钢丝绳极易发生掉绳脱槽事故，将造成人身、财产的严重损失。②驱动装置特别是减速箱部位，运行不可靠，减速箱断齿、断轴，导致架空乘人装置运行中“飞车”，提升负力较大时，发生逆向飞车，也会造成较大的事故隐患。③制动装置配置不完善、设计不合理。有的架空乘人装置仅配有工作闸，没有在驱动轮边配置安全闸；或者安全闸、工作闸的工作配合设计不合理，无法进行二级制动配合，制动平稳性差，对制动效果、机械设备冲击等影响较大；有的安全闸、工作闸没有按照GB2108-2007设计成失效安全型。④架空乘人装置安全保护设置不完善、误动作率较高。有些架空乘人装置速度保护、掉绳保护越位保护等设置不完善，或位置设置不合理，造成误动作率较高；或没有设置减速箱油位、电机温度保护等驱动装置保护，造成较大安全隐患。⑤目前，架空乘人装置控制装置多为软启动或两象限变频器，当发生缆车停止运行再启动、单边上人时，存在负力过大造成缆车逆行或下行加速失控飞车的隐患。⑥张紧力不足或紧边及松边张力差超限，致使飞车时飞车加快，乘人无法安全逃生。⑦架空乘人装置电控装置多为软启动或变频装置，其电子元件使用寿命受煤矿井下潮湿、恶劣环境影响较大，故障率较高，处理时间较长，影响正常的运送人员。

　　3 政策措施

　　根据以上分析的隐患，我们组织技术人员对上述存在安全问题研究应用了以下保护：

　　3.1 架空乘人装置钢丝绳脱槽落地保护装 置核心是实时检测钢丝绳位置参数和拖绳轮转速参数，拖绳轮速度检测采用霍尔元件，在拖绳轮上安装磁钢，利用霍尔原理检测出拖绳轮速度信号，送入处理器与架空乘人装置变频器的速度信号进行比较，当钢丝绳脱槽后，检测出相应的速度差异信号；钢丝绳位置检测采用光电开关，当钢丝绳脱槽后，位置发生变化时，也发出相应信号。

　　3.2 欠速打滑保护 当钢丝绳在拖绳轮上打滑时，会造成钢丝绳磨损加剧，抱索器运行不平稳，有可能造成严重后果。具体措施如下：

　　采用高精度、高灵敏度霍尔传感器，由PLC采集脉冲数据。通过PLC程序对采集的脉冲自动进行运算、分析。当乘人装置运行速度与拖绳轮运行速度差大于20%时，由PLC输出信号自动控制。首先切断电动机电源，然后工作闸动作，3秒后安全闸动作实现欠速打滑保护。

　　检测钢丝绳运行速度：V=N×2×3.14×D/6

　　N=每秒钟PLC采集的脉冲数量

　　D=摆放磁钢中心圆的直径

　　6=平均摆放磁钢的个数

　　3.3 过速飞车保护 通过PLC程序对采集的脉冲信号进行自动运算、分析。当乘人装置运行速度高于设计速度的10%，由PLC输出信号自动控制。首先切断电动机电源，然后工作闸动作，3秒后安全闸动作实现过速飞车保护，缆车停止运行同时操作台显示故障并伴有声光报警。

　　检测钢丝绳运行速度：

　　V=N×2×3.14×D/6

　　N=每秒钟PLC采集的脉冲数量

　　D=摆放磁钢中心圆的直径

　　6=平均摆放磁钢的个数

　　3.4 防逆行保护 当单方上下人员较多时，有可能负力较大造成架空乘人装置逆行。采用双极型高精度霍尔传感器，由PLC采集脉冲数据。脉冲采集后，通过PLC对脉冲进行自动分析、判别缆车运行方向。当出现反转逆行200mm时，由PLC自动控制，首先切断电动机电源，然后工作闸动作，实现防逆行保护。 　　

3.5 重锤限位（张紧）保护 当架空乘人装置张紧力不足或紧边及松边张力差超限，致使飞车时飞车加快，乘人无法安全逃生。在重锤上方安装有保护开关，当张紧重锤由于牵引钢丝绳或张紧钢丝绳松驰到极限位置（重锤底面最低处距地面200mm）时，检测开关动作。

　　3.6 全程急停保护 在架空乘人装置中心线距离不超过50M配有紧急拉绳开关。乘坐人员在乘坐途中若发现紧急情况需要停车，则在乘车区域内的任一点拉动急停开关拉线均可由PLC系统自动控制停止运行，同时操作台显示故障发生的位置及编号并伴有声光报警。

　　3.7 减速机油位极限报警装置 在减速机上适当位置安装新型液位传感器，当油位降低至极限位置20～30mm时，液位传感器的浮漂动作，无源节点闭合，由PLC系统自动控制系统发出告警信号并延时停车，同时操作台显示故障发生的位置并伴有声光报警。

　　3.8 减速箱油温报警装置 在减速机适当位置上安装高灵敏度、高精度型温度传感器，当减速机的油温超过设定的温度值时，由PLC系统自动控制系统发出告警信号并延时停车，同时操作台显示故障发生的位置并伴有声光报警。

　　3.9 工作闸、制动闸失效保护 在工作闸和安全闸上方各安装有保护开关，此开关直接串联在电动机启动的控制电路中，只有当工作闸和安全闸的推杆都正常启动时，分别推动保护开关动作，电动机的控制电路才能接通，电机才能正常运转。否则系统不能运行，这样能够保证设备和人员的安全。

　　4 结论

　　通过对架空乘人装置运行中存在的负力倒车、逆行、钢丝绳脱槽、负力启动困难、保护误动作等安全问题分析，研究并应用了钢丝绳脱槽防落地、固定吊椅防翻转、减速器防逆行、超速、防滑、全行程急停、变坡点防脱槽等安全保护设施，保证了架空乘人装置安全防护能力，切实降低了架空乘人装置在运行中的安全隐患，保证了架空乘人装置安全运行。

　　参考文献：

　　[1]于文景等.现代化煤矿机械设备安装调试、运行监测、故障诊断、维修保养与标准规范全书[M].吉林科技出版社，2003.

　　[2]陈湘楚、陆裕后等.矿山运输与提升设备[M].煤炭工业出版社，1986.

　　[3]AQ10038-2007.煤矿用架空乘人装置安全检验规范[S].国家安全生产监督管理总局.

　　[4]山东省煤炭工业局.鲁煤安管[2011]27号山东省煤矿用架空乘人装置管理规定.

　　[5]GB21008-2007.中华人民共和国国家质量监督检验检疫

　　总局.地下矿用架空索道安全要求.