煤矿主井提升系统超载与滞煤等异常工况智能监测系统研究与应用

引言：矿井立井提升系统是煤矿生产的咽喉，它承担着将煤炭从井下高效、安全地提升至地面的核心任务，直接影响整个煤矿的生产效率和经济效益，其具有结构复杂、高速度、惯性大、运行环境恶劣、可靠性与稳定性要求高等特点。提升钢丝绳作为

提升钢丝绳作为提升系统的核心承载部件，其张力状态直接决定了负载传输的安全性与稳定性，是监测超载、滞煤等异常工况的关键指标。在工作过程中，常因提升容器超载，同时伴随着钢丝绳张力不等，而其中某一钢丝绳长期的张力过大，会引发钢丝绳断裂，一旦发生故障，易导致全矿生产陷于停顿，甚至产生巨大社会效应。为应对这些挑战，亟需引入先进的智能监测技术，实现对超载与滞煤等工况的实时诊断与预警，从而提升系统的可靠性与智能化水平，支撑现代化矿井的高效发展。

一、基于高性能感知传感器的智能监测系统技术

通过高性能感知传感器实时光学扫描主井提升机滚筒两侧的钢丝绳，将采集到的信号传到工控机，在工控机上通过智能监测系统上位机软件对提升钢丝绳的动态信号进行提取、分析、处理得到提升系统钢丝绳张力等重要信息，并进行超载量、滞留量、钢丝绳张力差超限值的诊断与报警等，能够有效预防提升系统重大事故的发生。

多绳摩擦式提升机采用液压式钢丝绳张力自动平衡装置，提升系统运行期间四根钢丝绳存在明显张力差。因此，通过高性能感知传感器实时非接触方式光学扫描每一根提升钢丝绳，将采集到的信号通过抗干扰的通信电缆传到工控机，在工控机上通过智能监测系统上位机软件的智能分析模块，对提升钢丝绳的动态信号进行提取、分析、处理得到每一根提升系统钢丝绳张力和总载荷。上位机绘制每一根提升钢丝绳的张力以及主箕斗与副箕斗各侧的总张力变化曲线，实时监测每一更钢丝绳的张力数据，并通过其诊断与预警模块计算和显示箕斗的载重量、残留量和钢丝绳张力差，进行提升钢丝绳张力及张力差超限的诊断与报警等，从而能够及时的预防提升系统重大事故的发生。主要包括：运动形变状态感知探头模块、到位状态感知探头辅助模块、电源模块、高性能服务器工控机、主副箕斗张力分析处理模块、异常状态分析、诊断等模块。

二、智能监测系统功能构架

1. 提升前监测箕斗装载情况下超载及两端的总张力差，若箕斗超载或载荷差超，进行示警。比如，当定量斗定量错误或者二次装载，出现超载或载荷差超限，进行预警，并现场消除隐患后，方可进行设备运行。

2. 下放前监测箕斗卸载情况下残留及两端的总张力差，若箕斗残留或载荷差超，进行示警。比如，当箕斗内留有残煤，如果进行箕斗的再次装载时，出现超载或载荷差超限，进行预警，并采取好措施后再次允许提升。

3. 当系统监测数据出现超限时进行示警，实时显示箕斗装载量、两侧总张力差，张力差失衡时会有示警。

4. 对提升容器实时位置进行监测，其作用是实时获取容器在井筒的位置，另一个作用是独立于传统的窜入轴编码器方式，有助于保障位置数据的独立性。

5. 实现提升绳张力双向冗余遥测，并实时对每一根提升钢丝绳的张力、总张力曲线绘制、数据显示、动态画面浏览。

6. 监测系统可实现“数据实时可见、故障全程可溯、经验持续沉淀”，为煤矿设备的预测性维护与管理优化提供数据支撑。

三、智能监测系统的应用

运用非接触替代传统接触测量，安装时无需更改现有系统；间断持续供电替代间歇充电，趋于免维护、免停机；实现全时感知钢丝绳张力，全程诊断钢丝绳张力不均、超载、残留等事故隐患，系统安装便捷，无需更改原有结构，不改变原调绳行程，保障矿井提升系统安全运行，有效避免矿井提升系统超载打滑等恶性事故发生。

该系统目前已正式投入使用。

1. 采用性能最优的高性能感知探头，并配有光谱高敏感增强元件，确保能够捕捉提升钢丝绳的运动形变状态，同时克服白天与黑夜等工况，将光学扫描提升钢丝绳，捕捉提升钢丝绳表面的光谱，从而准确获取提升钢丝绳的运动形变状态。

2. 利用提升系统运行状态感知探头辅助模块，主要由提升容器到位状态感知探头模块、滚筒运行状态感知探头模块等组成。能更加准确的获取整个提升系统的动态位置，为故障诊断等提供提升容器高度、提升钢 丝绳张力等准确信息。

3. 特定光谱辅助灯源。为了对提升系统绞车房现场的影响最小，同时为了更好地辅助提升钢丝绳运动形变状态感知探头捕捉运动形变状态，选择具备探头高敏感的辅助灯源作为提升钢丝绳运动形变状态感知探头的辅助灯源，安装于绞车房一侧墙上，从而使提升钢丝绳运动形变状态感知探头能够在复杂变化的环境中（白天、夜晚，晴天、阴 雨天等）下对目前识别和捕捉的稳定性，达到准确地捕捉提升钢丝绳运动形变 态的目的。

4. 融合智能感知、网络通讯、信号处理等先进理论、测试与数据处理技 术，

实现了矿井提升负载的精准识别。

结语：

提高煤矿提升系统关键设备的预警与维护水平、改善一线工人劳动条件，是保障煤矿安全生产、提升运营效率的重要方向。这一共识的形成，既源于对矿工生命安全的重视，也体现了行业向智能化、人性化管理转型的趋势。具体实践中，可通过引入智能监测系统实现设备状态实时监测，结合 AI 算法构建故障预警模型，同时优化维护流程、加强人员培训，从技术和管理层面双管齐下提升可靠性；在劳动条件改善方面，推广机械化减人、自动化换人技术，配备更安全的防护装备，改善作业环境，这些措施不仅能降低事故风险，还能增强工人的职业认同感和归属感。

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作者简介：李颂（1986—），男，汉族，安徽淮北人，大学本科，工程师，研究方向：煤矿立井提升系统、矿井主通风机系统、空气压缩机系统、井下主排水系统安全管理。