矿山斜井安全提运综合智能监防系统

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摘要：系统针对现有斜井（巷）提升防跑车装置多为常开式的现状，结合钢丝绳动态在线检测，研制了一种的完全常闭式斜井提升综合监防系统，实现了钢丝绳在线检测，绞车与行人的车人互锁；矿车掉道自锁；钢丝绳断绳及脱钩自锁；矿车超速自锁；行人不行车；掉、卡道闭锁报警；跑车闭锁报警；钢丝绳磨损过大闭锁报警等综合监防功能。解决了斜井提升中由于掉道、断绳、超速等原因引起的重大安全隐患事故。

关键词：串车 PLC 钢丝绳 斜井提升 防跑车 在线监测 闭锁 传感器

1、引言

目前国内斜井防跑车装置，多为常开式，有的利用雷达式光电传感器控制，有的利用跑车后高速撞击挡杠摆杆，挡住断绳或脱钩的车组。上述装置工作在恶劣的矿井斜巷环境中，灵敏度低，寿命短，无法有效的起到防跑车作用。某些利用安装在提升绞车主轴上的轴编码器监测防跑车，更无法检测串车的脱钩、断绳事故。根据《煤矿安全规程》第370条规定：“在倾斜巷道内安设能够将运行中断绳、脱钩的车辆阻止住的跑车防护装置，挡车装置必须是经常关闭，放车时方准打开”。我们利用一套PLC控制器同时达到多道常闭式防跑车装置和斜巷行车严禁行人的安全规定。利用PLC控制常闭式防跑车机构，兼控斜巷行人安全保护，同时起到对钢丝绳动态在线检测，串车掉道、脱钩、断绳等事故的实时监控和闭锁，并能在绞车房实现事故闭锁、报警、挡网状态显示、串车速度显示及提升统计功能。该系统对煤矿斜井（巷）的安全生产将起到十分重大的作用。

2、系统说明

利用PLC装置，实现斜井（巷）提升运输的多道常闭式挡车装置的自动化操作和监控，实现钢丝绳在线检测，斜井（巷）运输的的人车闭锁；矿车掉道自锁；钢丝绳脱钩、断绳自锁；矿车超速自锁及其相应的报警、显示、统计等功能。解决了斜井提升中由于掉道、断绳、超速等原因引起的重大隐患事故。

2.1 钢丝绳动态检测模块

钢丝绳动态检测部分由钢丝绳动态检测仪器组成，该动态检测仪器在线检测钢丝绳的磨损、断丝、锈蚀等状况，并将其信号传输给PLC，系统由PLC定量分析钢丝绳的运行状况。一旦运行状况参数达到设定的钢丝绳运行危险上限即可报警，同时使绞车自锁。

2.2 行人与行车互锁模块

系统通过红外传感器来检测行人进巷的情况，一旦有行人进入巷中，绞车便立即停止运行，实施闭锁、报警并显示井巷内人数。实现了《煤矿安全规程》中的“行车不行人、行人不行车”要求。

2.3 矿车掉道报警、自锁模块

系统通过振弦式测力传感器来检测钢丝绳的受力状态，当矿车掉道或者由于某种原因被卡车时振弦传感器当即检测的钢丝绳的受力增大，当达到设定的上限时立即制动绞车，同时PLC发送给声光报警器掉道报警信号。如果矿车在掉道或者卡住的情况下绞车继续运行便会造成提升绞车或者钢丝绳的重大事故。

2.4 跑车报警、自锁模块

当钢丝绳脱钩或断绳时，造成串车跑车，振弦式测力传感器检测的钢丝绳受力减小，当达到系统设定的下限时立即制动绞车，同时PLC阻断挡网装置的开网信号，通过挡网及其缓冲装置来阻止下冲的矿车。在发生串车跑车时，PLC发送给声光报警器跑车报警信号。

2.5 挡网的开启、闭锁控制模块

在串车正常运行时，系统通过上行传感器和下行传感器来判定矿车的上、下行速度情况。传感器具体布局见图1所示。串车下行时，传感器A、B接收信号并分析计算，速度正常时，发出脉冲信号，控制挡网的电机动作，打开挡网，串车顺利通过，否则，挡网拒绝开启，实施挡车。当串车到达传感器C位置时，挡网下落。矿车上行时，传感器C首先发出脉冲信号，电机动作，打开挡网，串车顺利通过。当串车到达传感器B位置时，挡网开始下落关闭。

2.6 超速报警、自锁模块

传感器A、B、C除了能够检测串车运行的位置以外，还能够用来实现串车的速度分析、上传。在串车上行或者下行的时候，传感器A、B依次先后获得脉冲信号， PLC根据设定的传感器A、B之间的距离和经过的时间来计算出串车运行的速度。当检测的运行速度超过设定的值时，绞车自锁，并发出跑车声光报警信号。串车超速时，特别是在串车下行时速度超过了设定允许速度的上限即说明串车已经跑车。在跑车的情况下，系统依据串车的当前位置来控制下一个挡网的动作，仍然保持下一个挡网为关闭状态，从而保证了跑车被有效阻止。

3、系统实施方案

3.1 系统布置（图1）

本系统以PLC为控制核心，由检测行人的红外线传感器、检测钢丝绳的动态检测仪、三道挡网的检测矿车传感器等组成，实现了钢丝绳动态检测，行人与行车闭锁，矿车掉道报警自锁，跑车报警自锁，到挡开网，超速报警自锁等五大功能。

3.2 系统功能方案（图2）

3.3 系统绞车房显示、报警屏面（图3）

3.4 系统PLC控制方案

系统控制部分由西门子S7-200PLC实现，CPU选择40个I/O点的226型号，其中24个输入点、16个输出点。该综合监控希统三道挡及行人检测等控制所需的全部输入点为24个、输出点数为12个，总共36个点数，所选型号与所需点数比较裕留量为10%，符合设计要求。其输入输出控制见图4所示。

3.5 系统PLC 程序方案

软件部分由V4.0 STEP 7 MicroWIN实现，完成了串车各种情况的巡检和控制。其控制流程如图5所示。

4、结语

我们利用现代化的技术手段进行系统安全检测、闭锁、报警，真正有效的减少斜井巷提运的危险性，推广安全提运智能监防系统大大提高了矿山的安全生产水平，对国家、大家和小家产生显著的社会效益。