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超重超大千米立井吊盘缩短升降时间的工程实践
2018-07-10
针对目前超深竖井建设悬吊系统吊盘不平衡、钢丝绳受力不均、部分稳车出现溜车等,致使吊盘升降效率低下、存在安全隐患等问题;通过开发稳车集控系统、吊盘液压涨力自动平衡装置、稳车正反转检测防溜车系统等有效解决超重超大超深井凿井悬吊系统的稳定。在此基础上,建立稳车钢丝绳拉力天轮在线监控系统,同时监控吊盘载荷,实现超大吊盘平稳运转,充分发挥悬吊提运设备的效率,为超深竖井安全高效建设奠定基础。
Series No. 504 June 2018 金 属 METAL MINE 矿 山 总第 504 期 2018 年第 6 期 超重超大千米立井吊盘缩短升降时间的工程实践 1 1 2 2 崔喜旺 陈彦龙 李洋洋 赵兴东 ( 1. 中国华冶科工集团有限公司,北京100176;2. 东北大学井巷与地压控制研究中心,辽宁 沈阳110819) 摘 要 针对目前超深竖井建设悬吊系统吊盘不平衡、钢丝绳受力不均、部分稳车出现溜车等,致使吊盘升降效 率低下、存在安全隐患等问题;通过开发稳车集控系统、吊盘液压涨力自动平衡装置、稳车正反转检测防溜车系统等有 效解决超重超大超深井凿井悬吊系统的稳定。在此基础上,建立稳车钢丝绳拉力天轮在线监控系统,同时监控吊盘载 荷,实现超大吊盘平稳运转,充分发挥悬吊提运设备的效率,为超深竖井安全高效建设奠定基础。 关键词 千米立井 超重超大 吊盘 升降顺序 缩短时间 中图分类号 TD262.3 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2018)-06-035-04 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.201806007 Engineering Practice about Shortening Hoisting Time of Overweight and Large Sinking Platform in Kilometer Deep Shaft 1 1 2 2 Cui Xiwang Chen Yanlong Li Yangyang Zhao Xingdong (1. China Huaye Group Company Limited,Beijing 100176,China; 2 . Center for Shaft & Drift and Ground Control,Northeastern University,Shenyang 110819,China) Abstract At present,the unbalance of shaft sinking platform,uneven stress on the wire rope and some sliding winch in hoisting system construction of ultra deep shaft result in problems of the low hoisting efficiency of sinking platform and some security risks. Such devices as the integrated control system of winch,automatic balancing device for hydraulic lifting force of sinking platform and the reverse detection of winch for anti sliding are developed to effectively keep the stability of hoisting system during drilling the large cross-section and ultra deep shaft. Based on this,the online monitoring system of the tension on wire rope of winch is established to monitor the stress on sinking platform at the same time,which can realize stable opera⁃ tion of the ultra-large sinking platform,exert the efficiency of the hoisting equipments fully and provide the basis for drilling the ultra deep shaft safely and efficiently. Keywords Kilometer deep shaft,Overweight and large,Sinking platform,Hoisting sequence,Shortening time 1 工程概况及存在问题 本溪龙新矿业有限公司思山岭铁矿SJ1(副井)工 22 台稳车。通过应用稳车集成系统升降吊盘,其顺 序为:设备检查→吊盘提升→放炮、井下通风→调平 → 吊盘下放(包含上电缆、信号线、放炮线卡具)→吊 程位于本溪市南芬区思山岭满族自治乡,井口标高+ 15.200 m,井底标高-1 288.7 m,井筒深度1 503.9 m, 2 盘调平到位。在使用大稳车和集控系统过程中,出 现多次故障,使得吊盘无法顺利地提升和下放,吊盘 的提升和下放情况通过集控面板显示,在提升过程 中遇到问题较多,经过初步分析出现的主要原因是 吊盘不平衡和稳车过载,现将 2014 年 1—6 月以来按 照吊盘提升高度为 30~40 m,一定周期进行吊盘提 升时间(包含调平时间)、吊盘下放时间(包含紧固电 缆、信号线、放炮线卡具、调平时间)、影响因素统计 井筒净直径 10 m。本工程是国内首条超大超深井, 稳车集成控制系统以立井稳车为控制对象,其主要 控制10台吊盘兼稳车(45 kW电机)、4台整体模板稳 车(45 kW 电机)、1 台液压伞钻倒钩稳车(45 kW 电 机)、1台动力电缆稳车、2台风筒稳车(75 kW电机)、 2 台压风供水管稳车(75 kW 电机)、1 台排水管稳车 (90 kW电机)及1台安全梯稳车(37 kW电机)。共计 收稿日期 2018-03-22 基金项目 国家重点研发计划项目(编号:2016YFC0600803)。 作者简介 崔喜旺(1973—),男,高级工程师。 · 35 · 总第504期 金 属 矿 山 2018年第6期 如表 1,其中提升平均用时 45 min,下放平均用时 50 min,通风时间为30 min不计入表格。 2 稳车集控设备设施开发 2 . 1 稳车集控系统 本溪思山岭项目施工的超大、超深竖井,井净径 0 m,井深1 503.9 m,竖井施工吊盘为3层吊盘,直径 .8 m,高 8 m,自重 55 t,加上吊盘上的施工设施总计 1 9 约100 t,由于其工程的特殊性,初始采用PLC稳车集 中控制系统。吊盘升降在实际施工中采用 10 台 JZ- 25/1800 凿井绞车提升吊盘,其中每台凿井绞车缠绕 钢丝绳重约11 t。尽管均采用同一厂家生产的设备, 但其机械、电气性能均有偏差,使凿井绞车很难同步 运行,致使每次提升下放吊盘都要消耗 2~3 h,严重 影响施工。 稳车集中控制系统采用 PLC 集散、分布式 I/O 控 制方式,人机交互界面,采用 PROFIBUS—DP 线通讯 从表1可以看出:①吊盘不平衡影响吊盘升降时 间;②钢丝绳受力不均,影响悬吊稳车运行,影响吊 盘升降时间;③在吊盘的提升和下放过程中会经常 出现部分稳车溜车现象、电机故障等致使吊盘操作 盘出现报警,吊盘无法正常提升和下放,同时给施工 也带来极大的安全隐患。从现场调查统计的数据可 知,思山岭铁矿SJ1(副井)工程吊盘在提升下放过程 中时间过长引起的原因多方面,其中个别稳车引起 的吊盘不平衡,致使受力不同导致多台稳车无法同 步运行,进而极大地延长吊盘提升下放时间,严重影 响了工期。因此,针对出现的各类问题,需要采取一 个系统的调控措施来进行改善。 ( 图1),每台稳车都有单独的控制柜,各单台稳车控制 柜无严格要求,可以相同也可不同,但同时工作的稳 车启动柜控制方式必须相同。在中央控制室允许情 况下,每台稳车既可以远方控制又可以就地控制,既 可以多台同时工作也可单台工作。同时工作的稳车, 可以任意组合。可以将新增的稳车纳入集散控制系 统,通过 DP 通讯线缆连接 ET200M 从站模块即可较 为简便。通过该系统的应用,实现了稳车电机的同步 运行,保障了吊盘各悬吊钢丝绳动作同步,避免了钢 丝绳受力不均衡造成过载,保障了吊盘及各凿井悬吊 装备的提升安全。吊盘和中心回转界面见图2。 2 . 2 吊盘液压涨力自动平衡装置 本溪思山岭铁矿副井属于超深、井径超大的竖 井,其吊盘超大超重,必须使用多台稳车同时同步提 升。虽然设计各条钢丝绳均满足受力要求,但由于 稳车较多,吊盘超重,各台稳车由于其机械、电气环 境的偏差,造成各条钢丝绳受力不均,形成极大安全 隐患。在 10 条稳车悬吊钢丝绳末端于吊盘连接处, 安装吊盘液压涨力自动平衡装置使各绳受力均匀, 现场实际操作控制见图3。 · 36 · 崔喜旺等:超重超大千米立井吊盘缩短升降时间的工程实践 2018年第6期 现过给定提升运行信号,变频器却先输出下降,而后 上提的现象。由于是偶然现象,加之安全因素,难以 观察无法断定变频器是否出现故障。 溜车检测系统是通过双霍尔探头检测的,并将 信号实时传递给PLC,由PLC将实际运转状态和变频 器输出进行比对,以检测稳车是否处于正常的运行 状态。每台稳车的检测信号,分别独立传送给其所 在的I/O从站,如一台稳车线路受损,或出现故障,不 影响其余检测器的使用和运行。只需在变速箱与滚 筒的链接轴上加装齿轮盘,用双霍尔传感器检测齿 轮盘凸起即可。齿轮盘随轴转动时,根据双霍尔传 感器C1、C2的状态,及检测到凸起的间隔时间,就能 判断出其转向、转速(图 4)。可配合人机界面,可以 设置,更改稳车启动时允许的溜车范围。 2 . 3 稳车正反转检测防溜车系统 稳车集控系统起初运行很好,随着井深增加,钢 丝绳本身重量及稳车负载的增加,吊盘质量分布不 均的现象被放大,同时因机械等各方面原因使得钢 丝绳受力不均,导致10台稳车同时提升时,个别稳车 超载报警,无法正常启动以至溜车。其次变频器出 3 稳车钢丝绳拉力天轮监控系统 目前,在我国建矿过程中,大量使用吊盘、整体 模块、中心回转抓岩机、排水管、压风供水管、风筒、 安全梯等设备,这些设备的上下运行都有赖于稳车 的运行和钢丝绳的悬吊,但由于井下条件的复杂性, 以及个别工作人员的非正常操作,在运行当中经常 会出现钢丝拉力超限的情况,致使钢丝绳断裂,造成 重大恶性事故。针对这种特殊情况,结合超大吊盘 的实际情况,利用国际先进的电子科学技术和成熟 的技术手段,设计一套功能完善的监控系统。在稳 车运行过程中,时刻监控钢丝绳的拉力,轻微超限, 进行声光报警,严重超限,立刻切断主电路,自动停 止稳车继续运行,防止钢丝断裂的事故发生。主机 采用触摸式彩色液晶屏,在屏幕上能够设定各监控 节点的最大拉力值(图5)。在系统运行过程中,能够 实时显示各个监控节点的拉力值,出现异常,及时报 警,严重超限,会立刻切断主电路,自动停止系统的 冒险运行。 度。同时对钢丝绳的运行故障有监控作用。可实现 对天轮静载荷、动载荷、突然停车等数据实时记录, 同时监控吊盘载荷(图6)。 由于能够测量每根钢丝绳的深度,所以能够实 时显示设备的入井深度,并自动扣除钢丝绳本身的 重量,始终监控设备本身的净拉力,提高了检测的精 · 37 · 总第504期 金 属 矿 山 2018年第6期 每个监控节点被安装在各个钢丝绳下面,它附有 一个压力传感器(图7),用于测量钢丝绳的拉力。还 具有一个旋转编码器,用于测量钢丝绳的入井深度。 其效果还主要表现为:①降低施工成本:吊盘的 集中控制,不需要更多人员去操作,其辅助设备设施 安装方便,易维修;②吊盘整体升降速度快:通过稳 车集散控制使得吊盘起降时间一般不超过20 min,较 传统的方式起降吊盘节约时间1 h以上,减少了工作 人员,加快了竖井施工进度,体现了良好的经济效 益;③施工安全有保障:各个设备实施的安装都有自 己的保护程序,如出现个别设备系统故障,自动停止 运行,保证了吊盘升降安全。 4 吊盘整体升降系统应用效果 参 考 文 献 2015 年 7 月 26 至 8 月 25 日,对吊盘每次提升高 [ 1] 文 红,桂焕华,涂经辉. 立井施工升降吊盘集中控制的改进创 度 30~40 m 时,整体吊盘整体升降系统运行情况进 行统计(表2),结果表明:通过整个系统应用,达到设 备的高效利用,缩短吊盘提升和下放时间,将超大吊 盘提升控制在15 min之内,下放控制于35 min之内。 新[J]. 科技与企业,2013(22):389-390. 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