KHJ矿用电机车综合保护装置的应用
鲁晓伟+谢景耀+洪绪武
【摘 要】河南能源鹤煤公司三矿井下平巷物料运输工作主要依靠电机车完成，电机车承担着物料在各水平车场的集结和分散的运输任务，由于矿井老化，运输物料和回收矸石运输任务十分繁重，电机车的运行效率和运行安全成为制约物料运输效率的关键所在。因此，多功能、智能化的电机车综合保护装置成为煤矿井下电机车的发展趋势。
【Abstract】Henan Energy and Chemical Industry Group Co. Ltd. He Coal Company Third Mine underground coal mine material transportation work mainly depends on the motor car.The motor car undertakes assembling and dispersing the material at all levels of the yard. Due to the aging of the mine， the transport of materials and waste recycling task is very heavy， and the operation efficiency and safety of the electric vehicle become the key to restricting the efficiency of material transportation. Therefore， multifunctional and intelligent electric vehicle comprehensive protection device has become the development trend of coal mine electric locomotive.
【关键词】智能化；综合保护；运输安全；运输效率
【Keywords】intellectualization； comprehensive protection； transportation safety； transportation efficiency
【中图分类号】TD64 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）08-0165-02
1 引言
煤矿井下运输在煤矿安全生产中属于事故多发专业，电机车运输中使用普遍，运输任务重，大负荷连续运转，维修和保养工作持续无法跟上，严重制约了煤矿的安全生产工作。随着现代化的安全生产工艺要求和自动化程度的不断发展，迫切需要一种综合性的电机车的保护控制设备，以满足安全和生产的需要。
2 项目背景
2.1 矿井概况
河南能源集团鹤煤公司三矿（以下简称鹤煤三矿），始建于1956年，1958年12月投产，设计能力60万吨/年，经过几次大规模的技术改造，现核定年生产能力为135万吨/年。矿井采用立井、暗斜井多水平开拓，开拓方式为立井多水平双翼开拓，采用走向长壁倾斜分层全部垮落式采煤方法。
鹤煤三矿井下大巷轨道机车运输系统主要分为一水平大巷机车运输、二水平大巷机车运输、三水平大巷机车运输，现重点将二水平大巷电机车运输系统进行介绍。二水平共有6台8T电机车，其中3辆车负责拉煤，1辆车负责北翼运输及行人下山提升物料，2辆车负责人车运输。二水平大巷机车运输主要包括二水平南翼运输线拉煤及2303工作面的供车与物料回收，二水平北翼3204工作面、3200工作面物料供应与回收，三水平行人下山物料供应及渣车运输，二水平北翼人车运输。
2.2 井下运输系统介绍
鹤煤公司本部矿井原设计井型较小，属于多水平、上下山开拓方式，井下辅助运输基本为轨道运输。近年来，由于采掘装备技术水平的迅速提高，辅助运输环节多、用人多、劳动强度大等因素已成为发展机械化的一个瓶颈。目前，辅助运输仍然主要采用接力方式运输，即物料装车后—副井—水平运输大巷—采区主要斜巷—采掘工作面或巷修地点，物料经多次转载才能抵达目的地，部分采掘头面还存在手拉肩扛现象。
2.3 井下机车保护装置的使用现状
目前我矿主要在用机车电机车保护装置多数为随车携带的单一的保护装置，技术老化，系统分散，控制的灵活性差，且各电机车厂家不同保护装置的配备功能差异较大，不易于操作，操作人员劳动强度大，电机车运行效率低，且易引起操作失误，造成设备损坏，甚至人员伤亡，严重制约了煤矿生产任务的完成，并随着煤矿企业对安全生产的要求和重视程度无法满足对安全的需要。单一老化的机车保护装置无法保证电机车井下全天候安全运行。为此，实现机车的全面保护集中控制就显得更加必要。
3 KHJ系列矿用电机车保护装置工作原理及功能介绍
本系统功能特点：该装置采用了模块化结构。软件简单合理，硬件简洁紧凑，大大增强了抗干扰能力和可靠性。
该装置采用高性能矿用本安转速传感器、霍尔传感器及甲烷传感器，分别对速度、门闭锁、离座闭锁和档位状态进行采样，信号经光电隔离、运算处理后送入 PLC，由 PLC 进行判断处理，结果送显示终端。当电机车运行过程中出现欠压、过载、漏电、瓦斯超限等故障时，由主机控制继电器动作，输出断电信号，控制电机车停止运行。并扬声器声音报警。重要数据通过装置主机前面板按钮输入主机，掉电后数据不会丢失。
①电流显示、过载保护（机车超载保护）功能。在线显示机车运行电流，可设定过载保护电流值，当电流大于设定值时，显示屏过载告警，扬声器声音报警，输出断电停车信号。机车动力线路发生短路故障时，缩小了事故范围；正常使用中遏制了驾驶人员超载行驶。②速度和里程显示、超速预警、超速保护功能。在线显示机车运行速度和行驶里程。可设定超速保护值和超速时限，当速度超过设定值时，显示屏提示超速，扬声器声音报警，持续超速大于设定超速时间后，输出断电停车信号。遏制了驾驶人员超速行驶。③绝缘监测保护功能。当电机车漏电流大于 20mA 时，显示屏显示“漏电故障”，扬声器声音报警，输出断电停车信号。起到防止漏电事故扩大的作用，杜绝了漏电线路持续打火。④门闭锁保护功能。在停车状态驾驶室门未关闭到位时，显示屏提示门未关闭，闭锁机车不能运行。在运行过程中若门开启，显示屏提示门开启，同时扬声器声音报警，延时输出断电停车信号。起到遏制机车门不关闭或关闭不到位机车行驶作用，规范了驾驶人员驾车习惯。⑤人员离座闭锁、断电保护功能。在停车状态当驾驶人员离开驾驶座椅时，显示屏“离座状态”闪烁预警，闭锁机车不能行驶。在运行状态，当驾驶人员离开驾驶座椅时，显示屏“离座状态”闪烁预警，持续离座时间数秒（可设定）后扬声器声音报警，输出断电停车信号。在停车状态下驾驶人员离开驾驶座椅时，闭锁机车动力电源不能启车；遏制了驾驶人员低档位、低速行驶中下车动力电源不断电带来的安全隐患。⑥瓦斯断电保护功能。主机外接瓦斯传感器，瓦斯超限时瓦斯传感器输出信号，主机显示“瓦斯断电”故障，扬声器声音报警，输出断电停车信号。代替了瓦斯断电仪，节省了机车驾驶室的空间。⑦启车回零功能。装置输出断电信号控制机车停止行驶后，只有调速手柄搬回零位时，才能解除对机车闭锁，方可从低速档继续开动机车，否则闭锁机车不能运输，杜绝了驾驶人员高档位启车，大电流冲击对设备损坏和突然高速启车带来的安全隐患。⑧授权开启功能。用户可根据需要，对装置设置开启密码，只有输入密码正确后，方可开启装置，解除对机车闭锁，防止无机车驾驶资格人员操作机车，减少事故隐患。⑨行驶记录及故障查询功能。记录机车累计运行时间、行驶里程；超速时间、超速值等各类故障发生时的时间及类别并能查询。⑩ 联机脱机功能。装置可设置为脱机或联机两种工作状态。脱机：装置正常运行。各项参数和故障状态正常显示，发生故障时（瓦斯超限除外），继电器不动作，机车正常運行。为使用方的安全管理及故障分析提供科学依据。
4 社会经济效益及推广意义
KHJ系列矿用电机车保护装置系统完成后，可实现提高生产效率、降低事故率，减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益，为煤炭企业高产高效、减人提效、安全生产提供技术保障，具有广泛的推广意义和社会经济效益。
4.1 节约了生产成本，经济效益突出
综保装置一身具备了离座保护、门闭锁保护、超速提示，欠压提醒，漏电保护等11项机车保护功能，如果按照单独安装每种保护装置的话，粗略估计每台将会节约资金5万元。按照三矿井下电机车数量10台计算，每年将会节约购买单项配件开支50万元。
4.2 安全效益得到全面验证
机车综合保护装置是一种全方位的机车保护设备，它同时具备了离座保护、门闭锁保护、超速保护，欠压提醒，漏电保护，瓦斯报警断电等11项机车保护功能。驾驶司机习惯性违章得到彻底遏制，最大限度的保护驾驶司机的人身安全，避免了机车运行出现各种安全事故现象，有效保护了机车和人的安全，保证安全生产“0”伤亡目标的实现[1]。
4.3 各功能的集中控制，并实现了各种机车故障随时显示的功能
任何故障都可以通过显示屏判断显示，并由扬声器报警，持续故障将会引起机车自动进入延迟断电程序。直接有效的帮助驾驶司机判断故障，规范开车行为，避免了对机车的损害，减少机车零部件的磨损，降低了材料消耗，创造了巨大的经济价值。节约了运输时间，提高了工作效率，保证了各项重大运输系统正常持续运转。
【参考文献】
【1】刘员生，王昭阳.ZBZ-8M矿用隔爆型照明信号综合保护装置在超化煤矿研究与应用[J].科技创业家，2013（08）：106.
【摘 要】河南能源鹤煤公司三矿井下平巷物料运输工作主要依靠电机车完成，电机车承担着物料在各水平车场的集结和分散的运输任务，由于矿井老化，运输物料和回收矸石运输任务十分繁重，电机车的运行效率和运行安全成为制约物料运输效率的关键所在。因此，多功能、智能化的电机车综合保护装置成为煤矿井下电机车的发展趋势。
【Abstract】Henan Energy and Chemical Industry Group Co. Ltd. He Coal Company Third Mine underground coal mine material transportation work mainly depends on the motor car.The motor car undertakes assembling and dispersing the material at all levels of the yard. Due to the aging of the mine， the transport of materials and waste recycling task is very heavy， and the operation efficiency and safety of the electric vehicle become the key to restricting the efficiency of material transportation. Therefore， multifunctional and intelligent electric vehicle comprehensive protection device has become the development trend of coal mine electric locomotive.
【关键词】智能化；综合保护；运输安全；运输效率
【Keywords】intellectualization； comprehensive protection； transportation safety； transportation efficiency
【中图分类号】TD64 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）08-0165-02
1 引言
煤矿井下运输在煤矿安全生产中属于事故多发专业，电机车运输中使用普遍，运输任务重，大负荷连续运转，维修和保养工作持续无法跟上，严重制约了煤矿的安全生产工作。随着现代化的安全生产工艺要求和自动化程度的不断发展，迫切需要一种综合性的电机车的保护控制设备，以满足安全和生产的需要。
2 项目背景
2.1 矿井概况
河南能源集团鹤煤公司三矿（以下简称鹤煤三矿），始建于1956年，1958年12月投产，设计能力60万吨/年，经过几次大规模的技术改造，现核定年生产能力为135万吨/年。矿井采用立井、暗斜井多水平开拓，开拓方式为立井多水平双翼开拓，采用走向长壁倾斜分层全部垮落式采煤方法。
鹤煤三矿井下大巷轨道机车运输系统主要分为一水平大巷机车运输、二水平大巷机车运输、三水平大巷机车运输，现重点将二水平大巷电机车运输系统进行介绍。二水平共有6台8T电机车，其中3辆车负责拉煤，1辆车负责北翼运输及行人下山提升物料，2辆车负责人车运输。二水平大巷机车运输主要包括二水平南翼运输线拉煤及2303工作面的供车与物料回收，二水平北翼3204工作面、3200工作面物料供应与回收，三水平行人下山物料供应及渣车运输，二水平北翼人车运输。
2.2 井下运输系统介绍
鹤煤公司本部矿井原设计井型较小，属于多水平、上下山开拓方式，井下辅助运输基本为轨道运输。近年来，由于采掘装备技术水平的迅速提高，辅助运输环节多、用人多、劳动强度大等因素已成为发展机械化的一个瓶颈。目前，辅助运输仍然主要采用接力方式运输，即物料装车后—副井—水平运输大巷—采区主要斜巷—采掘工作面或巷修地点，物料经多次转载才能抵达目的地，部分采掘头面还存在手拉肩扛现象。
2.3 井下机车保护装置的使用现状
目前我矿主要在用机车电机车保护装置多数为随车携带的单一的保护装置，技术老化，系统分散，控制的灵活性差，且各电机车厂家不同保护装置的配备功能差异较大，不易于操作，操作人员劳动强度大，电机车运行效率低，且易引起操作失误，造成设备损坏，甚至人员伤亡，严重制约了煤矿生产任务的完成，并随着煤矿企业对安全生产的要求和重视程度无法满足对安全的需要。单一老化的机车保护装置无法保证电机车井下全天候安全运行。为此，实现机车的全面保护集中控制就显得更加必要。
3 KHJ系列矿用电机车保护装置工作原理及功能介绍
本系统功能特点：该装置采用了模块化结构。软件简单合理，硬件简洁紧凑，大大增强了抗干扰能力和可靠性。
该装置采用高性能矿用本安转速传感器、霍尔传感器及甲烷传感器，分别对速度、门闭锁、离座闭锁和档位状态进行采样，信号经光电隔离、运算处理后送入 PLC，由 PLC 进行判断处理，结果送显示终端。当电机车运行过程中出现欠压、过载、漏电、瓦斯超限等故障时，由主机控制继电器动作，输出断电信号，控制电机车停止运行。并扬声器声音报警。重要数据通过装置主机前面板按钮输入主机，掉电后数据不会丢失。
①电流显示、过载保护（机车超载保护）功能。在线显示机车运行电流，可设定过载保护电流值，当电流大于设定值时，显示屏过载告警，扬声器声音报警，输出断电停车信号。机车动力线路发生短路故障时，缩小了事故范围；正常使用中遏制了驾驶人员超载行驶。②速度和里程显示、超速预警、超速保护功能。在线显示机车运行速度和行驶里程。可设定超速保护值和超速时限，当速度超过设定值时，显示屏提示超速，扬声器声音报警，持续超速大于设定超速时间后，输出断电停车信号。遏制了驾驶人员超速行驶。③绝缘监测保护功能。当电机车漏电流大于 20mA 时，显示屏显示“漏电故障”，扬声器声音报警，输出断电停车信号。起到防止漏电事故扩大的作用，杜绝了漏电线路持续打火。④门闭锁保护功能。在停车状态驾驶室门未关闭到位时，显示屏提示门未关闭，闭锁机车不能运行。在运行过程中若门开启，显示屏提示门开启，同时扬声器声音报警，延时输出断电停车信号。起到遏制机车门不关闭或关闭不到位机车行驶作用，规范了驾驶人员驾车习惯。⑤人员离座闭锁、断电保护功能。在停车状态当驾驶人员离开驾驶座椅时，显示屏“离座状态”闪烁预警，闭锁机车不能行驶。在运行状态，当驾驶人员离开驾驶座椅时，显示屏“离座状态”闪烁预警，持续离座时间数秒（可设定）后扬声器声音报警，输出断电停车信号。在停车状态下驾驶人员离开驾驶座椅时，闭锁机车动力电源不能启车；遏制了驾驶人员低档位、低速行驶中下车动力电源不断电带来的安全隐患。⑥瓦斯断电保护功能。主机外接瓦斯传感器，瓦斯超限时瓦斯传感器输出信号，主机显示“瓦斯断电”故障，扬声器声音报警，输出断电停车信号。代替了瓦斯断电仪，节省了机车驾驶室的空间。⑦启车回零功能。装置输出断电信号控制机车停止行驶后，只有调速手柄搬回零位时，才能解除对机车闭锁，方可从低速档继续开动机车，否则闭锁机车不能运输，杜绝了驾驶人员高档位启车，大电流冲击对设备损坏和突然高速启车带来的安全隐患。⑧授权开启功能。用户可根据需要，对装置设置开启密码，只有输入密码正确后，方可开启装置，解除对机车闭锁，防止无机车驾驶资格人员操作机车，减少事故隐患。⑨行驶记录及故障查询功能。记录机车累计运行时间、行驶里程；超速时间、超速值等各类故障发生时的时间及类别并能查询。⑩ 联机脱机功能。装置可设置为脱机或联机两种工作状态。脱机：装置正常运行。各项参数和故障状态正常显示，发生故障时（瓦斯超限除外），继电器不动作，机车正常運行。为使用方的安全管理及故障分析提供科学依据。
4 社会经济效益及推广意义
KHJ系列矿用电机车保护装置系统完成后，可实现提高生产效率、降低事故率，减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益，为煤炭企业高产高效、减人提效、安全生产提供技术保障，具有广泛的推广意义和社会经济效益。
4.1 节约了生产成本，经济效益突出
综保装置一身具备了离座保护、门闭锁保护、超速提示，欠压提醒，漏电保护等11项机车保护功能，如果按照单独安装每种保护装置的话，粗略估计每台将会节约资金5万元。按照三矿井下电机车数量10台计算，每年将会节约购买单项配件开支50万元。
4.2 安全效益得到全面验证
机车综合保护装置是一种全方位的机车保护设备，它同时具备了离座保护、门闭锁保护、超速保护，欠压提醒，漏电保护，瓦斯报警断电等11项机车保护功能。驾驶司机习惯性违章得到彻底遏制，最大限度的保护驾驶司机的人身安全，避免了机车运行出现各种安全事故现象，有效保护了机车和人的安全，保证安全生产“0”伤亡目标的实现[1]。
4.3 各功能的集中控制，并实现了各种机车故障随时显示的功能
任何故障都可以通过显示屏判断显示，并由扬声器报警，持续故障将会引起机车自动进入延迟断电程序。直接有效的帮助驾驶司机判断故障，规范开车行为，避免了对机车的损害，减少机车零部件的磨损，降低了材料消耗，创造了巨大的经济价值。节约了运输时间，提高了工作效率，保证了各项重大运输系统正常持续运转。
【参考文献】
【1】刘员生，王昭阳.ZBZ-8M矿用隔爆型照明信号综合保护装置在超化煤矿研究与应用[J].科技创业家，2013（08）：106.
