劉立新

（江西華安安全生產(chǎn)檢測(cè)檢驗(yàn)中心，江西 贛州 341000）

斜井串車提升擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸?shù)V石、人員、材料的繁重任務(wù)，是鎢礦山常用的提升方式，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、管理簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，斜井?dāng)嗬K事故時(shí)有發(fā)生，往往造成生產(chǎn)停頓、設(shè)施破壞、人員傷亡等嚴(yán)重后果。2011年5～6月，某鎢礦公司連續(xù)發(fā)生兩起斜井?dāng)嗬K跑車事故，雖然沒(méi)有人員傷亡，卻毀壞了井筒和沿巷的電纜、風(fēng)管、水管等設(shè)施。斷繩跑車現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)引起地下礦山企業(yè)的高度重視。本文著重討論某鎢礦山斜井提升斷繩的原因，并提出相應(yīng)對(duì)策。

1 某鎢礦斜井提升系統(tǒng)概況及斷繩事故經(jīng)過(guò)

某鎢礦斜井提升系統(tǒng)采用串車提升，由3個(gè)0.75m3的U形礦車組成一組，提升設(shè)備為JTP1.6型提升絞車，卷筒直徑1.6m，卷筒寬度1.2m，采用盤形制動(dòng)閘制動(dòng)，提升絞車液壓站運(yùn)行時(shí)的工作油壓為5.1MPa，最大靜張力45 000N，最大提升速度3.32m/s，井筒傾角25°，提升距離412m，提升鋼絲繩型號(hào)6V×21+7FC，直徑20mm，有礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志，且為重要用途鋼絲繩，鋼絲繩中所有鋼絲破斷拉力總和為233 000N。鋼絲繩已使用8個(gè)月。

2011年5月26日，該斜井提礦上行至距井口16m左右（270m標(biāo)高），提升絞車緊急制動(dòng)，串車組（3個(gè)0.75m3的U形礦車）在慣性作用下先減速上行一小段距離后，在重力作用下反向自溜，鋼絲繩突然受沖擊力的作用，導(dǎo)致在距離繩頭3m的位置斷裂，串車組沿軌道順勢(shì)下滑大約到190m標(biāo)高處礦車出軌向下翻滾，最后墜毀在斜井底部。該起事故未造成人員傷亡，事故直接經(jīng)濟(jì)損失12400元，停產(chǎn)一周。

2 事故的原因分析

斜井提升的斷繩跑車事故多發(fā)生在重載上提且提升設(shè)備突然緊急制動(dòng)之時(shí)。在上提串車緊急制動(dòng)時(shí)，若提升設(shè)備的制動(dòng)減速度azj大于重串車的自然減速度Ac，鋼絲繩將出現(xiàn)松弛現(xiàn)象。

在求出提升絞車的緊急制動(dòng)減速度azj之前，先分析提升絞車的實(shí)際工作最大制動(dòng)力矩Mz、所承受的最大靜阻力矩Mj、提升系統(tǒng)總變位重量∑M等概念。

2.1 實(shí)際工作最大制動(dòng)力矩

根據(jù)最大制動(dòng)力矩與系統(tǒng)最大油壓成正比的關(guān)系原理，再考慮各盤閘的內(nèi)部阻力，提升絞車制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際需要的工作油壓Pm可以按下式計(jì)算［1］：

式中：Mz為提升絞車實(shí)際工作最大制動(dòng)力矩，Nm；Mc為提升絞車設(shè)計(jì)最大制動(dòng)力矩，Nm；Pc為與Mc相對(duì)應(yīng)的提升絞車設(shè)計(jì)油壓值，Pa；C制動(dòng)盤閘為保證必要的閘瓦間隙，克服各種阻力以及殘壓之和，折算成油壓值C=P1+P2+P3=2.06MPa；P1為保證全松閘時(shí)的閘瓦間隙所需油壓，P1≈0.9MPa；P2為油缸密封圈、彈簧阻力所折算的油壓值，P2≈0.66MPa；P3為最低工作油壓，即系統(tǒng)殘壓，P3≈0.5MPa，則提升絞車實(shí)際工作最大制動(dòng)力矩為：將Pm=5.1MPa，C=2.06MPa，Pc=3.02MPa，Mc=117.46KNm代入式（2），可得Mz=118.238KNm（查該型提升絞車的盤形制動(dòng)器的技術(shù)參數(shù)可知Pc、Mc之值）。

2.2 最大靜阻力矩

在重串車上提時(shí)，提升絞車所承受的最大靜阻力矩Mj可由式（3）計(jì)算［2］：

式中：k為一次提升的礦車數(shù)，k=3；G為礦車裝載重量，N，G=10000N；G0為礦車自身重量，N，G0=5000N；α為斜井傾角，α=25°；ω1為串車沿軌道運(yùn)行時(shí)的阻力系數(shù)，ω1=0.01～0.015；ω2為鋼絲繩運(yùn)行時(shí)的阻力系數(shù)，ω2=0.2；p為鋼絲繩單位長(zhǎng)度重量，N/m，p=14.9N/m［3］；L為提升斜長(zhǎng)，m，L=412m；D為提升絞車卷筒直徑，m，D=1.6m。

代入上述參數(shù)至式（3），可得Mj=18 506Nm。

2.3 提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量

提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量∑M為：

式中：n為主繩數(shù)，n=1；Lp為主繩全長(zhǎng)，m，Lp=450m；Gj為提升絞車的變位重量，N，Gj=54 200N；Gd為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的變位重量，N，Gd=99 000N。

代入上述參數(shù)至式（4），可得∑M=20 908kg。可求得上提重載時(shí)，提升絞車緊急制動(dòng)減速度azj［4］：

上提重載緊急制動(dòng)過(guò)程中，重串車沿傾斜巷道上沖的自然減速度Ac為：

由計(jì)算結(jié)果可知，azj＞Ac，即提升絞車的制動(dòng)減速度大于重串車的自然減速度，這勢(shì)必會(huì)有一部分鋼絲繩松弛并落在礦車前面或軌道上，導(dǎo)致鋼絲繩被碾壓損傷。特別要指出的是，即使提升絞車停止了運(yùn)轉(zhuǎn)，重串車仍會(huì)在慣性的作用下上沖一段距離，速度至零后又在其重力的作用下向下加速滑行，再次把鋼絲繩拉緊，此時(shí)，鋼絲繩將受到很大的沖擊力的作用。

2.4 鋼絲繩的松繩量

提升絞車產(chǎn)生制動(dòng)效果后，其收繩量s1為：

式中，vm是提升絞車的最大運(yùn)行速度。

提升絞車緊急制動(dòng)后，重載串車沿軌道上沖的距離s2為：

所以，鋼絲繩的實(shí)際松繩長(zhǎng)度為：

2.5 鋼絲繩所受的沖擊力

在重串車沖擊鋼絲繩的過(guò)程中，系統(tǒng)將產(chǎn)生各種能量，主要包括鋼絲繩拉緊瞬間重車的動(dòng)能，Ed；重串車相對(duì)于鋼絲繩最大變形位置時(shí)的位能，Ew；重串車沖擊鋼絲繩其產(chǎn)生最大彈性變形時(shí)的彈性勢(shì)能，Et；重串車克服軌道運(yùn)行阻力所做的功，W。

根據(jù)能量守恒定律，上述能量類型有如下關(guān)系：

式中：

式中：Fc為松繩時(shí)對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生的沖擊力，kg；L0為提升容器至提升絞車卷筒與鋼絲繩相切處的長(zhǎng)度，即筒外長(zhǎng)度，L0=30+16=46m（提升絞車距離斜井口30m）；E為鋼絲繩的彈性模量，取E=1.2×106kg/cm2［6］；A為鋼絲繩的橫截面積，取A=1.9 386cm2。

將式（11）、（12）、（13）、（14）代入式（10），可以求得重串車作用在鋼絲繩上的沖擊力Fc：

進(jìn)一步化簡(jiǎn)上式，得到：

式中：G′為鋼絲繩繩端荷重，G′=k（G+G0）（sinα-ω1cosα）=1 841kg。

由式（15）可知，當(dāng)提升系統(tǒng)各參數(shù)已定時(shí)，上提重串車緊急制動(dòng)后產(chǎn)生松繩現(xiàn)象，重串車對(duì)鋼絲繩的沖擊力Fc與松繩長(zhǎng)度s成正比，與筒外長(zhǎng)度L0成反比，特別要指出的是，當(dāng)提升重串車到達(dá)井口減速點(diǎn)時(shí)，提升絞車緊急制動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力最大、最危險(xiǎn)。

本例中，在重串車到達(dá)離井口16m的位置（即斷繩處）提升絞車緊急制動(dòng)，松繩對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生的沖擊力由式（15）可得Fc=12 570kg=123 186N，按新鋼絲繩的破斷力233 000N考慮，此時(shí)鋼絲繩的安全系數(shù)為1.89，比《GB16423-2006金屬非金屬礦山安全規(guī)程》（下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）規(guī)定的安全系數(shù)6.5要小得多，提升系統(tǒng)已處于很不安全狀態(tài)，況且已使用8個(gè)月的鋼絲繩必定會(huì)出現(xiàn)斷絲、磨損及銹蝕，破斷力下降，此時(shí)突遇重載串車緊急制動(dòng)，在其慣性力的作用下，繼續(xù)向上沖行一段距離，又由于重力的作用向下加速滑行，下滑時(shí)把鋼絲繩猛然拉緊，鋼絲繩受到的沖擊力最大，無(wú)疑會(huì)發(fā)生斷繩跑車事故。

3 對(duì)策與建議

（1）由式（1）可知，為了防止斜井提升斷繩跑車事故的發(fā)生，提升絞車應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置液壓系統(tǒng)的油壓，油壓不是越大越好。系統(tǒng)的油壓設(shè)定應(yīng)當(dāng)滿足《規(guī)程》之6.3.5.18和6.3.5.17兩條款的要求。

（2）采用二級(jí)制動(dòng)方式，分級(jí)施加制動(dòng)力矩，可避免松繩現(xiàn)象的發(fā)生，保證制動(dòng)安全可靠。一級(jí)制動(dòng)產(chǎn)生的減速度小于重串車上滑自然減速度，當(dāng)系統(tǒng)速度降到很小或?yàn)榱銜r(shí)，再施加第二級(jí)制動(dòng)力矩。

（3）適當(dāng)延長(zhǎng)制動(dòng)的空動(dòng)時(shí)間［7］。對(duì)于斜井提升，如果空動(dòng)時(shí)間太短，保險(xiǎn)制動(dòng)力矩太大，會(huì)使制動(dòng)減速度大于上提重載的自然減速度，導(dǎo)致松繩現(xiàn)象的發(fā)生。為了避免松繩造成沖擊斷繩跑車，可通過(guò)整定時(shí)間繼電器，增加空動(dòng)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（4）從式（15）可以看出，松繩長(zhǎng)度s越大，沖擊力Fc也越大；筒外繩長(zhǎng)L0越長(zhǎng)，沖擊力Fc越小。當(dāng)松繩長(zhǎng)度一定時(shí)，沖擊力最大點(diǎn)是在斜井的變坡點(diǎn)處。根據(jù)這一原理，要避免產(chǎn)生過(guò)大的沖擊力，應(yīng)設(shè)法采用托繩裝置，使鋼絲繩在井口松弛長(zhǎng)度盡可能減小，另外，在新安裝或改造斜井提升系統(tǒng)時(shí)，盡可能加長(zhǎng)絞車到井口變坡點(diǎn)的距離。

（5）由式（7）、（8）、（9）可知鋼絲繩的松繩量與提升速度有關(guān)，在井口附近應(yīng)盡量采用慢速運(yùn)行。在進(jìn)行斜井提升設(shè)計(jì)或改造時(shí)，必須保證選擇的提升速度小于《規(guī)程》規(guī)定的最大值。

（6）切實(shí)做好鋼絲繩的選用與維護(hù)。礦井提升必須使用具有礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志的重要用途鋼絲繩，選用鋼絲繩時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)其不同的使用條件，從用途類別、結(jié)構(gòu)工藝、參數(shù)計(jì)算等方面科學(xué)合理地選擇提升鋼絲繩［8］。除正確選擇鋼絲繩外，還應(yīng)搞好在役提升鋼絲繩的日常維護(hù)，發(fā)現(xiàn)斷絲、徑縮、銹蝕超過(guò)《規(guī)程》規(guī)定時(shí)，要立即更換。

（7）經(jīng)常性地開展安全標(biāo)準(zhǔn)化檢查，對(duì)井口設(shè)施進(jìn)行維護(hù)和完善。斜井提升必須在離變坡點(diǎn)20m左右設(shè)置有效的常閉式防車裝置。定期整頓清理井筒及軌道，裝齊地輥，以減少提升鋼絲繩的磨損、減少鋼絲繩的運(yùn)行阻力，提高其使用壽命。

（8）做好液壓站和盤形制動(dòng)器的日常維護(hù)，使其處于完好狀態(tài)，尤其是制動(dòng)盤上不允許有油污、水滴等不良介質(zhì)。

（9）不超負(fù)荷運(yùn)行，控制一次提升車數(shù)。

（10）經(jīng)常性地對(duì)提升設(shè)備的維修工、操作工開展職業(yè)技能培訓(xùn)，使受訓(xùn)者對(duì)提升設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行維護(hù)、常見(jiàn)故障分析處理、管理制度等知識(shí)做到“應(yīng)知應(yīng)會(huì)”。

［1］夏榮海，郝玉琛.礦井提升機(jī)械設(shè)備［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社，1987：132-133.

［2］洪曉華.礦井運(yùn)輸提升［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000：251-255.

［3］張德英，邢永晟，房義萍，等.GB8918-2006重要用途鋼絲繩［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：30.

［4］陳維健，齊秀麗.礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1989：178-180.

［5］劉鴻文.材料力學(xué)：下冊(cè)［M］.北京：高等教育出版社，1983：1-3.

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［7］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB16423—2006金屬非金屬礦山安全規(guī)程［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：47.

［8］劉立新.新安全體系下小型鎢礦山主提升設(shè)備的選擇［J］.中國(guó)鎢業(yè)，2010，（3）：41-45.