錢 龍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦，山西 大同 037007）

引言

2020年10月15日，山西省大同市某煤礦暗斜井絞車發(fā)生一起較大運(yùn)輸事故，造成多人重傷。事故煤礦使用淘汰的JTKB-1.0×0.8W型絞車，配套使用6×19S+FCΦ18.5 mm型鋼絲繩，事故發(fā)生時(shí)，實(shí)際一次串7車刮板輸送機(jī)的槽板，共計(jì)114塊重106.59 kN，礦車通過(guò)變坡點(diǎn)時(shí)，鋼絲繩受到較大沖擊力作用，導(dǎo)致鋼絲繩斷裂，礦車跑車后將多人撞擊受傷。

1 物證分析

檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)事故鋼絲繩進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室物證分析。截取了斷口靠滾筒端共計(jì)2.9 m的鋼絲繩做性能試驗(yàn)。根據(jù)M717-1997的要求，在取樣鋼絲繩離開斷口位置1.8 m處向滾筒端又截取了500 mm做性能試驗(yàn)，其相對(duì)位置如圖1所示。

圖1 試樣鋼絲繩尺寸

在對(duì)事故后取樣鋼絲繩的拆股過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在斷口150 mm范圍內(nèi)，出現(xiàn)鐵銹掉落、鋼絲上無(wú)油、銹蝕嚴(yán)重問(wèn)題；纖維繩芯已嚴(yán)重腐蝕、里面無(wú)油。有3根鋼絲已經(jīng)銹斷，23根鋼絲有磨損，10根鋼絲有彎曲變形[1-2]。

2 鋼絲繩安全系數(shù)校驗(yàn)

2.1 同型號(hào)的新鋼絲繩的安全系數(shù)K1的驗(yàn)算

式中：Q破為新鋼絲繩破斷拉力總和，取208 kN；m車為單個(gè)礦車自重，540 kg；m連為6個(gè)三環(huán)鏈、13個(gè)插銷的質(zhì)量，取99 kg（環(huán)鏈10 kg，插銷3 kg）；m為單塊槽板質(zhì)量，取60 kg；n為槽板數(shù)量，取114塊（112塊+2塊短板）；f1為礦車運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.01；f2為鋼絲繩移動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)，取0.2；θ為井筒傾角，取26°；g為重力加速度，取9.8 m/s2；P繩為鋼絲繩理論質(zhì)量，取1.39 kg/m；L為事故發(fā)生時(shí)鋼絲繩放出長(zhǎng)度，取55.3 m。將相應(yīng)數(shù)值代入公式計(jì)算同型號(hào)的新鋼絲繩的安全系數(shù)K1=4.62。

2.2 取樣鋼絲繩安全系數(shù)K2驗(yàn)算

式中：Q實(shí)為實(shí)測(cè)合格鋼絲破斷拉力總和，取119.104 kN。將相應(yīng)數(shù)值代入公式計(jì)算取樣鋼絲繩安全系數(shù)得K2=2.64。

根據(jù)2016年版《煤礦安全規(guī)程》中第401條及第402條規(guī)定，使用中，專為升降物料用鋼絲繩的安全系數(shù)小于5，鋼絲繩的不合格鋼絲斷面積與鋼絲總斷面之比達(dá)到25%時(shí)，應(yīng)更換；而實(shí)測(cè)鋼絲繩的安全系數(shù)為2.64，不合格鋼絲斷面積與鋼絲繩總斷面積的比值為51.47%，判定：試樣鋼絲繩為不合格鋼絲繩。

2.3 事故發(fā)生前提升絞車負(fù)荷能力驗(yàn)算

暗斜井絞車為JTKB-1.0×0.8W型礦用提升絞車，電機(jī)功率37 kW，絞車設(shè)計(jì)允許的最大靜張力[Fjm]為20 kN，實(shí)際提升的靜張力為：Fjm=（nm+nm車+m連）g（sinθ-f1cosθ）+P繩Lg（sinθ-f2cosθ）]=45 047 N。Fjm/[Fjm]=2.25。即超過(guò)提升絞車額定負(fù)荷2.25倍。暗斜井絞車提升7輛礦車裝載114塊槽板屬于超掛、超負(fù)荷提升。

3 斷裂鋼絲繩相關(guān)參數(shù)分析

3.1 試樣鋼絲繩測(cè)試結(jié)果

專家組于在太原安全技術(shù)檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室對(duì)試樣鋼絲繩相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)，合格鋼絲破斷拉力總和為119.104 kN。

3.2 試樣鋼絲繩拆股結(jié)果

專家組在檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)斷口處鋼絲繩進(jìn)行了拆股分析，鋼絲繩斷點(diǎn)位置的三股鋼絲中，10根鋼絲有明顯彎曲變形，是在斷繩之前的提升運(yùn)輸過(guò)程中受到外力的損傷；變形的鋼絲繩在提升運(yùn)輸過(guò)程中是局部的磨損，而不是均勻磨損。根據(jù)實(shí)測(cè)Φ1.5 mm鋼絲的平均拉力為2.259 kN，在斷口處的斷絲根數(shù)為3根，嚴(yán)重磨損鋼絲數(shù)為23根，嚴(yán)重磨損的鋼絲的拉力取鋼絲的平均拉力的一半，取11根，共計(jì)為14根，推斷出銹斷鋼絲、嚴(yán)重磨損鋼絲以及彎曲變形鋼絲的破斷拉力總和為Q損=31.626 kN。

3.3 斷口處鋼絲繩性能計(jì)算

實(shí)驗(yàn)鋼絲繩在離開斷繩口1.8 m位置被截取，其鋼絲的參數(shù)能代表斷繩口的性能，但是，通過(guò)拆股發(fā)現(xiàn)已經(jīng)繡蝕斷裂的鋼絲和已經(jīng)磨損的鋼絲不能計(jì)算在整繩的破斷拉力中[5-6]。減去這部分鋼絲的破斷拉力后，斷繩位置合格鋼絲破斷拉力總和Q斷=Q實(shí)-Q損=87.478 kN。

3.4 斷繩分析

事故煤礦暗斜井絞車未設(shè)置游動(dòng)天輪，滾筒上纏繞3層鋼絲繩，導(dǎo)致鋼絲繩在滾筒上纏繞排列不整齊；該JTKB-1.0×0.8W型絞車的運(yùn)行速度依靠司機(jī)手動(dòng)控制，屬機(jī)械調(diào)速，調(diào)速性能差，在重載下放通過(guò)變坡點(diǎn)的過(guò)程中，鋼絲繩受排列不整齊、調(diào)速不均勻的影響，運(yùn)行速度出現(xiàn)波動(dòng)，鋼絲繩強(qiáng)烈振動(dòng)，產(chǎn)生沖擊力。

鋼絲繩在井筒中運(yùn)行時(shí)受到向下的重力m0g、重載礦車給予的沿軌道向下的拉力F、地滾子給的支撐力N、鋼絲繩運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力f1、礦車運(yùn)行時(shí)的摩擦阻力f2等的作用。過(guò)了變坡點(diǎn)后，重載礦車以加速度a向下運(yùn)行，如圖2所示。在強(qiáng)烈振動(dòng)瞬間，加速度a即重力加速度沿軌道向下方向的分加速度，即a=gsinθ。

圖2 鋼絲繩受力情況

根據(jù)受力分析，有：

通過(guò)計(jì)算，得到?jīng)_擊力Fd為91.175 kN，而鋼絲繩斷口位置的破斷拉力Q斷為87.478 kN，鋼絲繩受到的沖擊力大于破斷拉力，導(dǎo)致鋼絲繩斷繩。

4 結(jié)論

通過(guò)建立動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算出鋼絲繩斷繩時(shí)刻的受力數(shù)值，結(jié)果表明：該絞車鋼絲繩安全系數(shù)和新繩數(shù)據(jù)都不合格，嚴(yán)重超載，這是發(fā)生斷繩的主要原因。該案例研究為斷繩跑車事故中鋼絲繩斷繩的直接原因分析提供了思路。