王力生

(北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司， 北京 100013)

0 引言

紅慶河煤礦主井設(shè)計提升能力1 500 萬t/a，井筒直徑9.5 m，裝備兩套西瑪格特寶公司生產(chǎn)的5.0×6塔式多繩摩擦式提升機，自重57 t，最大載重50.0 t，提升距離770.9 m，提升周期106 s。首繩采用6根50 mm 6X28TS-NFC B 1770 ZZ/SS三角股鍍鋅鋼絲繩，質(zhì)量10.28 kg/m，抗拉強度1 770 MPa。平衡尾繩采用3根扁平尾繩：中間1根采用206×33 ZAB P8×4×19型扁平尾繩，質(zhì)量19.5 kg/m，公稱抗拉強度1 370 MPa，最小破斷拉力總和2 880 kN；兩側(cè)兩根采用216×34 ZAB P8×4×19型扁平尾繩,質(zhì)量21.2 kg/m，公稱抗拉強度1 370 MPa，最小破斷拉力總和3 160 kN。主井底尾繩架平臺為鋼梁結(jié)構(gòu)，上鋪設(shè)花紋板封閉，平臺預(yù)留導(dǎo)繩通道并安裝有尾繩防扭轉(zhuǎn)裝置，防扭轉(zhuǎn)裝置采用山東艾德姆重型聚氨酯尾繩輥。

在深井多繩摩擦式提升系統(tǒng)中，往往采用扁尾繩來抵消提升容器首繩鋼絲繩運行時的質(zhì)量變化，防止因提升機張力差超限造成鋼絲繩在滾筒摩擦襯墊上打滑。平衡扁尾繩相較于圓尾繩扁鋼絲繩具有絕對不旋轉(zhuǎn)性，單位長度質(zhì)量大，運行平穩(wěn)，在深部立井中有不可替代的作用[1]。

紅慶河煤礦主井提升機自2016年9月份投入試運行以來，提升機扁尾繩發(fā)生尾繩側(cè)邊磨損現(xiàn)象較為嚴重，側(cè)邊緯線出現(xiàn)多處斷絲斷股現(xiàn)象，嚴重影響尾繩可靠運行，需進行改進設(shè)計。

1 提升機扁尾繩損傷原因分析

1.1 尾繩側(cè)邊磨損損傷的主要原因

1) 尾繩架平臺設(shè)計不合理。紅慶河煤礦主井提升系統(tǒng)尾繩架平臺采用鋼梁結(jié)構(gòu)，上面鋪設(shè)花紋板密封，尾繩架平臺預(yù)留導(dǎo)繩通道，在通道上安裝尾繩防扭結(jié)裝置，防扭結(jié)裝置采用重型聚氨酯尾繩輥，尾繩通過尾繩輥進行導(dǎo)向，在尾繩高速運行時，尾繩的偏擺帶動尾繩輥同步運轉(zhuǎn)，以此減少尾繩與尾繩輥的相對位移，起到減少尾繩的磨損作用。主井提升系統(tǒng)裝卸載設(shè)計撒煤量為0.15%，經(jīng)過多方面的整改，撒煤量最終控制在0.02%以內(nèi)，以一天4萬t原煤提升量計算，一天撒煤量高達8 t。撒煤在尾繩架平臺上堆積，經(jīng)常造成尾繩輥被掩埋，從而導(dǎo)致其轉(zhuǎn)動不靈活或直接卡死，使尾繩側(cè)邊磨損加劇。

2) 尾繩輥選型不合適。紅慶河煤礦主井提升系統(tǒng)尾繩架初始安裝的尾繩防扭結(jié)裝置采用山東艾德姆重型聚氨酯尾繩輥，中間尾繩正反面接觸的為φ260 mm、長2 300 mm的重型聚氨酯尾繩輥，側(cè)邊接觸的為φ260 mm、長430 mm尾繩輥，該尾繩輥直徑粗，體積大，轉(zhuǎn)動慣量大，當尾繩高速運行中發(fā)生偏移擺動，側(cè)邊擦碰尾繩輥時，尾繩輥往往不能及時隨動，因而造成尾繩側(cè)邊與尾繩輥直接形成滑動摩擦，加劇尾繩側(cè)邊磨損。

3) 尾繩架防扭結(jié)裝置設(shè)計缺陷。紅慶河煤礦主井提升系統(tǒng)尾繩架初始安裝的尾繩防扭結(jié)裝置由尾繩輥輪支架，兩根φ260 mm、長2 150 mm的重型聚氨酯尾繩輥，4根φ260 mm、長430 mm尾繩輥組成，如圖1所示。尾繩實際高速運行過程中，尾繩的偏擺是不固定的，往往有兩根尾繩相對靠近相對偏擺，兩根尾繩對中間1個尾繩輥形成夾擊，尾繩輥兩側(cè)同時受到相反的高速摩擦力，無法轉(zhuǎn)動形成滑動摩擦，導(dǎo)致相鄰兩根尾繩側(cè)邊磨損加劇，見圖2所示。

1-尾繩； 2-尾繩保護鋼絲繩； 3-φ260 mm尾繩輥；

圖2 相鄰尾繩偏擺同時擦碰同一尾繩輥輪

4) 尾繩電氣保護設(shè)置不完善。由圖1可以看出，紅慶河煤礦提升機尾繩電氣保護僅為尾繩輥單邊安裝偏擺保護開關(guān)，保護范圍僅在一側(cè)，僅能對尾繩正反面經(jīng)線、正面尾繩輥脫落起到一定的保護作用，而對尾繩側(cè)邊沒有任何保護作用。

1.2 尾繩損傷的其他原因

1) 井筒墜物機械損傷。立井提升系統(tǒng)，尤其是深部立井提升系統(tǒng)，井筒墜物一直是對井筒裝備、井筒電纜、管路、尾繩造成危害的主要原因，由于尾繩在井筒最底部，底部尾繩彎曲部分面積大，高空墜落的鐵器、工器具和大塊煤矸都有可能造成尾繩破損或斷裂。

2) 機械鋼性摩擦造成尾繩快速損傷。由于提升機尾繩架防扭結(jié)裝置安裝不合理，設(shè)計不符合現(xiàn)場要求，檢修不到位，尾繩輥破損、脫落、軸承損傷，尾繩架及防扭結(jié)裝置支架變形，異物進入防扭結(jié)裝置造成卡死，這些都會造成尾繩與金屬部位直接產(chǎn)生鋼性摩擦，造成尾繩快速磨損，如果發(fā)現(xiàn)不及時，則會造成尾繩破損，直至斷裂[2]。

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3) 主井底堆煤，尾繩壓埋拖拽造成尾繩損傷。若主井底清理撒煤不及時，或往井筒錯裝、漏裝，都會造成井筒底部煤位過高，對尾繩壓埋或拖底，在尾繩高速運行中，極易把尾繩拉斷或造成快速磨損，直至斷裂。

4) 環(huán)境、淋水造成尾繩銹蝕，氧化損傷。煤礦立井提升系統(tǒng)，尤其是深部立井提升系統(tǒng)，尾繩長期在惡劣環(huán)境下工作，通常很快就會發(fā)生氧化銹蝕，破壞尾繩結(jié)構(gòu)，造成尾繩鋼絲強度變小，壽命降低。這種情況往往需要加強維護，定期對尾繩涂抹防銹油脂，以減少銹蝕情況，延長尾繩壽命。

5) 尾繩疲勞損傷。礦井提升機，尤其是主井提升機，往往都是滿負荷頻繁運行，尾繩在底部彎曲部位頻繁發(fā)生彎曲變形。在尾繩使用后期或尾繩材質(zhì)、質(zhì)量有問題時，長時間頻繁彎曲變形，會造成尾繩疲勞，鋼絲繩斷絲情況急劇增加，故應(yīng)該盡快更換鋼絲繩[3]。

2 提升機尾繩保護裝置的改進設(shè)計

1) 尾繩保護平臺的改進設(shè)計。為防止密封花紋鋼板上堆積撒煤，拆除尾繩平臺花紋鋼板。用120#槽鋼及φ20 mm鋼筋制作篦子狀平臺，如圖3所示。 網(wǎng)孔間距100 mm，既可保證人員安全，又可確保撒煤能順利灑落至井底，尾繩平臺無撒煤堆積，避免了尾繩輥因壓埋或異物卡阻造成轉(zhuǎn)動不靈。

圖3 改造后的尾繩保護平臺

2) 尾繩防扭結(jié)裝置改進設(shè)計。由于初始安裝的尾繩防扭結(jié)裝置、尾繩輥存在體積大、超長及笨重，搬運及吊裝困難等問題，因而對尾繩防扭結(jié)裝置進行改進設(shè)計，改造后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1-尾繩； 2-回路尾繩保護鋼絲繩； 3-回路尾繩保護鋼絲繩；4-防扭結(jié)尾繩保護支架； 5-φ159尾繩輥；6-1/2回路尾繩保護開關(guān)。

尾繩防扭結(jié)裝置的改造措施有：

(1) 尾繩防扭結(jié)保護支架改為3層設(shè)計，最下面一層為尾繩正反面防偏擺防護，正面防護尾繩輥由原來的兩個φ260 mm、長2 150 mm尾繩輥，分解為兩邊共6個φ159 mm、長600 mm尾繩輥。

(3) 尾繩中間的尾繩輥分層錯開，使每根尾繩側(cè)面都有不同的尾繩分輪進行防護，避免了兩根尾繩對中間一個尾繩輥形成夾擊[4]。

(4) 由于縮小了尾繩輥直徑，軸承改為密封高速滾珠軸承，減小了輥輪的轉(zhuǎn)動慣量，在尾繩高速運行中，當尾繩偏擺擦靠尾繩輥時，尾繩輥能快速隨動，減少尾繩輥與尾繩的滑動摩擦，從而減少尾繩的磨損。

(5) 尾繩輥體積和重量都縮小，便于維護及更換操作，減少了維護人員的工作強度。

3) 尾繩防扭結(jié)電氣保護改進。由圖4看出，由單側(cè)單個尾繩保護改進為全方位的雙回路尾繩保護，保護鋼絲繩環(huán)繞全部尾繩的正面、側(cè)面，對任何磨損超限或尾繩輥脫落都能可靠地進行防護，兩回路尾繩防護開關(guān)能確保開關(guān)可靠動作，在鋼絲繩受外力或斷線時，能及時發(fā)出保護信號。

4) 主井井底煤位檢測保護。為預(yù)防井筒撒煤堆積過高，或往井筒誤裝、錯裝，導(dǎo)致尾繩壓埋或拖底運行，在尾繩平臺下部安裝超聲波煤位線性傳感器。通過模擬量接入提升機系統(tǒng)，一方面可以實時檢測井底撒煤煤位狀態(tài)，提醒維護人員及時清理積煤；另一方面可在積煤堆積到安全警戒值之前對提升機進行閉鎖，禁止提升機提升，以保護尾繩的安全可靠。

5) 尾繩視頻監(jiān)控系統(tǒng)。為了實時檢查觀測尾繩架尾繩防扭結(jié)裝置的運行情況，同時實時觀測主井底撒煤煤位堆積情況，分別在尾繩架尾繩防扭結(jié)裝置上方和主井底煤倉附近安裝高清視頻監(jiān)控攝像頭，接入提升機司機操作室及裝載司機操作室，確保操作司機可以實時觀察尾繩、尾繩防扭結(jié)裝置和主井底的現(xiàn)場煤位情況，意外發(fā)生時能第一時間觀察到實時情況。另一方面，在尾繩電氣保護動作時，可以及時查看保護動作原因，以便采取有效措施進行處理。

6) 完善管理制度，杜絕井筒墜物及井筒非常規(guī)撒煤。具體包括：

(1) 制定完善的井筒檢修制度，確保工具留繩、工具材料防丟、防墜措施。

(2) 加強井筒裝備檢查，對各種護欄，井筒裝備固定件進行定期檢查、緊固，對銹蝕、松脫的裝置及時緊固或更換，杜絕失修[5]。

(3) 加強尾繩架及尾繩輥檢查，對磨損超限、轉(zhuǎn)動不靈活的輥輪及時更換。

(4) 加強裝卸載程序的邏輯審查，對主要裝、卸載閘門檢測傳感器做雙組設(shè)計，避免單個傳感器失靈或誤動作造成錯裝的可能。對裝載流程、閉鎖邏輯全方位檢查，對主要閉鎖裝置加設(shè)軟件、硬件接點的雙重閉鎖保護，杜絕單個點誤動作造成錯裝的可能。

3 結(jié)論

尾繩保護裝置通過不斷地對現(xiàn)場問題的發(fā)現(xiàn)，而提出改進措施。經(jīng)過近3 a的運行，紅慶河煤礦尾繩運行情況得到改善，尾繩側(cè)邊磨損得到有效的扼制，尾繩電氣保護靈敏，動作可靠，堆煤保護及視頻監(jiān)控的投入，解決了尾繩拖底運行及過力拉斷的后患，確保提升系統(tǒng)長期可靠的運行，紅慶河煤礦尾繩保護的整改過程，為其煤礦同類提升機保護提供了有效的借鑒經(jīng)驗。