防坠器及罐道绳运行动态监控系统在建井期间的应用

杨会涛

（中平能化建工集团建井一处）

摘要平煤股份六矿北二进风井井筒施工中，采用防坠器及罐道绳运行动态监控系统，具有对防坠器运行状态进行实时监控、自动检测和调节罐道钢丝绳张力功能的系统，对矿井的安全提升具有十分重要的现实意义。该系统可以对防坠器的实时运行状态进行监控，在保证防坠器的运行可靠性的同时，进一步保证了提升系统的安全运行。

关键词防坠器罐道绳自动控制系统平煤股份六矿北二进风井位于河南省平顶山市宝丰县闹店镇境内，距闹店镇３ｋｍ，距平顶山市区约１８ｋｍ，襄城通往宝丰的县级公路与矿区公路相连，交通便利。该进风井服务于平煤股份六矿三水平，井筒设计净径Φ７．５ｍ，井深９９０ｍ，由中平能化建工集团建井一处担负施工任务。主提升为２ＪＫＺ－４×２．６５型矿井提升机；防坠器型号：ＢＦ－３１１，最大计算制动力：２８６ＫＮ，最大终端载荷：１１８ＫＮ，弹簧最大工作负荷：５ＫＮ，楔子最大行程：１４０ｍｍ。１

防坠器及罐道绳运行动态监控系统结构及工作原理

（２）抗冲击液压称重传感器。利用冲击液压称重传感器对制动钢丝绳重力进行检测。抗冲击液压称重传感器结构如图３所示，当载荷冲击液压称重传感器时，靠橡胶弹簧吸收冲击载荷一部分冲击动能；再利用缓冲碟簧在箕斗冲击传感器，密闭液体的压力增大压缩缓冲碟簧，吸收冲击载荷剩下的冲击动能，从而缓冲载荷冲击，当载荷离开称重传感器时，由于缓冲碟簧有一定初始压力从而使称重传感器复位。

防坠器及罐道绳运行动态监控系统属于自动控制系统，其总体设计框图如图１所示。系统主要由集中显示控制台、单片机、Ｉ／Ｏ输入输出端口、固态继电驱动器、液压站控制台、拉紧油缸、传感器、Ａ／Ｄ转换电路等组成积习统通过多个拉紧油缸来调节罐道钢丝绳的张力，经压力传感器测量拉紧油缸的内腔压力值，所测数据由处理器运算得出罐道钢丝绳的张紧力值，与预设值相比较，判断是否需要对液压站控制台发出信号来调节钢丝绳张紧力。系统通过称重传感器来测量制动钢丝绳的重力，处理器将所测数据与理论情况相比较后，由处理器判断是否需要发出信号控制液压控制台，操控提升机系统所检测出的拉紧油缸的内腔压力，制动钢丝绳的重力以及系统对拉紧油缸、提升机的动作情况全部实时的显示在集中控制台的触摸屏上，并且通过集中显示控制台对系统的时间、用户名称、预设参数等参数进行设置以及与处理器实现双向交互数据，真正做到了对防坠器及罐道绳运行动态的实时监控。

图３抗冲击液压称重传感器结构

１护罩、２橡胶弹簧、３活塞杆、４定位螺钉、５缓冲碟簧、６缸体、７缓冲阻尼板、８密闭油液、９压力变送器、１０密封件、１１碟簧作用板、１２排气孔。

图１

２防坠器及罐道绳运行动态监控系统

（１）压力传感器。压力传感器可分为应变式力传感器、压阻式力传感器、压电式力传感器和压瓷式力传感器，该系统采用应变式力传感器，具有如下优势：①精度高，测量范围广，可测１０－２￣１０７Ｎ的力；②使用寿命长，性能稳定可靠，输出特性的线性好；③结构简单，尺寸小，重量轻；④响应频率高，适合测量动态过程；⑤环境适应能力强，可以在高温、高压、振动、核辐射及化学腐蚀很严重的恶劣环境下工作。⑥传感器内部有高精度的电阻应变片，在压力的作用下产生一定应变，从而引起其电阻阻值的变化，可以通过应变与压力的关系，将压力信号转换为电信号。

抗冲击液压称重传感器存在以下特点：①工作稳定、性能可靠、测重精度高；②基本无零漂、无时漂、无温漂，线性度高；③抗机械冲击、抗振动的、抗电压冲击的能力。

（３）检测系统。检测系统的工作性能、状态等的好坏，关系到系统的测量精度和系统响应速度，直接影响防坠器及罐道绳运行动态监控系统的性能。该检测系统的功能如下：①自动检测。系统可自动检测罐道钢丝绳的张力和制动绳的重力，并对受力情况进行分析，显示分析结果。②自动报警。当检测到罐道钢丝绳的张力和制动绳的重力不在预设范围之内，则该系统将通过发光二极管报警。③通信功能。系统能够与上位机通信，可将所测得的数据传输给计算机进行存储和分析。④自动调节。自动且实时地显示出系统对钢丝绳的检测状态，并自行与系统设定的预置值进行比较，进一步由系统自动作出对拉紧油缸或提升机措施。⑤大容量存储。具有不依赖ＰＣ机地保存检测数据的功能。

（４）罐道钢丝绳自动张紧程序设计框图。本项目中罐道钢丝绳有八根，需要系统能够同时采集八个拉紧油缸的压力信号并处理，但它们的子程序都相同，程序框图也即为图４所示。

图４罐道钢丝绳自动检测

张紧程序设计框图

图２压力传感器原理图

图５制动钢丝绳运行动态监控程序设计框图

（５）制动钢丝绳运行动态监控程序设计框图（图５）。制动钢丝绳有四根制动绳，设计的程序系统需要可以同时采集处（转１３２页）

石油地质２０１１年第１１期132在０．６μｍ左右，Ｒ５０的分布范围为０．０１～０．３６μｍ，集中分布在０．０６μｍ左右。＞０．０５μ孔喉体积百分数，４６．１２９％，可视作山２段可能的最大含气饱和度。压汞曲线平台不平直，较短且分选系数为２．５左右，表明孔喉分选较差。孔喉的不对称性参数Ｓｋ平均值为负值，说明山２砂岩向较大孔喉方向歪斜，储集性能偏差。

（３）孔渗关系。储层物性的好坏，除了与储层的物性参数相关，更重要的是储层孔隙度与渗透率的匹配关系，即孔渗关系。如果储层孔隙发育，但孔喉之间的连通性差，即使孔隙度再大，也只能是“死”孔隙，不能起到储集油气的作用。因此研究孔渗关系有其重要意义。压汞资料表明，孔隙度大的样品，喉道均值也较大，因而渗透率也较高，反之，渗透率较小（除含裂缝岩样）。图４为山２段典型砂岩样本的孔渗关系图，并作出孔渗关系拟合线。从图中可以看出孔隙度和渗透率基本上呈相关关系，拟合曲线大致呈线性，其相关关系良好。除少数样品外，大部分样品的渗透率随孔隙度增大而增大。总的来说，孔隙度和渗透率的这种相关关系表明其储集空间以孔隙为主，为孔隙型砂岩储层。

图４塔巴庙地区山２段孔隙度平面展布图图５塔巴庙地区山２段渗透率平面展布图

４讨论

通过对研究区山２段储层孔渗特征、孔隙结构及其参数的研究，讨论了山２段储层的平面展布及有利区带问题，对塔巴庙山２段致密砂岩储层的物性特征及分布发育规律有了一定认识，研究结论有归纳为以下几点：①储层储集空间包括空隙及裂缝，其孔隙类型繁多，次生孔隙对储层影响作用较大。②储层总体为低孔、低渗，而且呈非均质特点。孔隙结构中等偏差，物性相关性较好。③通过储层各项物性参数进行综合评价，依据储层孔渗的平面展布特征，对储层物性有利勘探带进行的预测结果表明，研究区北西部为储层物性的最优区带。

参考文献

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作者简介叶宁（１９８７－），成都理工大学在读研究生，主要从事储层地质与储层地球化学研究。

（收稿日期：２０１１－０８－２５）

表３

３孔渗平面展布特征

孔隙度、渗透率平面展布可以很好地反映研究区平面上储层物性的分布特征，以判别平面物性优良区域。本论文主要根据单井（大探１井～大２０井）岩芯平均孔渗值来讨论山２段储层物性的平面展布问题。山２段孔隙度单井平均最大值为９．３８％，平均最小值３．１２％，孔隙度平均值为５．７４％。其平面展布特征如图４，其中孔隙度较高的区域包括大８－大１１－大１２井区、大１６－大１５－大１４－大１９井区，孔隙度较低的区域为大６－大２０井区、大７－大探１－大５－大３－大４井区。总的说来，山２岩性段孔隙度偏低，大部分地区的孔隙度在６％以下。

山２段单井平均最大渗透率０．９６９×１０μｍ，最小渗透率０．１２４×１０μｍ，研究区平均渗透率仅为０．４２１×１０－３μｍ。相对高渗透率区包括大１９－大１４－大１１－大１８－大８井区，其它地区的渗透率均比较低（图５）。

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（接１１５页）理多个传感器的信号，但它们的子程序相同。制动钢丝绳运行动态监控程序设计出的功能可以对防坠器的运行动态进行实时监控和预判，大大提高了提升系统和防坠器系统的运行安全性。３

系统应用及前景

行提供保证，从而提高提升系统可靠性，减少事故，防止人员伤亡，具有很大的经济和社会效益。４

结束语

目前国家对煤矿企业的安全性不断提出更高的要求，也对矿井提升技术作了明确的要求。矿井提升系统的安全性是矿井运行安全的一个重要环节，该系统对由于制动钢丝绳和罐道钢丝绳在使用中被破坏而造成事故有着积极的作用。

该系统可以对防坠器的实时运行状态进行监控，保证防坠器的运行可靠性，进一步保证提升系统的安全运行。能够实现对罐道钢丝绳张力的检测和自动张紧调节功能，其可以解决不均调绳，预告松绳等问题，防止罐笼摇摆等恶性事故发生。为矿井提升的安全、经济地运

通过安装后的使用，实现了对制动绳重力的实时监测，可以根据制动绳重力的变化预判提升机罐笼所处的工作状态，进一步对提升机进行操作，保证提升机系统安全运行。减少不合理更换钢丝绳而造成的大量资源浪费，提高检测钢丝绳的准确性和速度，提高劳动生产率，从而降低设备营运成本，提高设备的经济效益。

作者简介杨会涛（１９７５－），助理工程师，现从事矿山机电管理工作。

（收稿日期：２０１１－０８－３０）