徐草新，石 凱，羅文利

(陜西煤礦安全裝備檢測中心有限公司，陜西 西安 710199)

0 引言

架空乘人裝置作為礦井輔助運輸人員的主要手段之一，隨著國家安全監(jiān)管總局《淘汰落后安全技術工藝、設備目錄(2016年)》的正式發(fā)布，普通軌道斜井人車逐漸被淘汰，架空乘人裝置更是成為許多新建、改擴建礦井人員輸送的首要選擇之一。要保證架空乘人裝置安全可靠地運行，除日常的維護保養(yǎng)、檢查檢修外，對于裝置的定期檢測檢驗也是必不可少，檢測檢驗可以看作是對裝置進行一次全面且較為深入的體檢，能夠幫助礦方發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，進而及時消除危險。架空乘人裝置抱索器有固定式、活動式和可摘掛式，固定式最大適應坡度為28°，活動式最大適應坡度為18°，可摘掛式最大適應坡度為25°，分別使用在不同坡度巷道中。

1 基本工作條件檢查

現(xiàn)場工作開展之前首先應對猴車的相關設計文件進行檢查，確認裝置有專項設計。接下來是檢測現(xiàn)場對裝置安裝環(huán)境的檢查，測量工作現(xiàn)場空氣溫度、濕度，并對裝置的海拔高度進行確認。對與鋼絲繩比值相關的參數(shù)取值，應以具體的檢測檢驗報告中的參數(shù)為準，由于無極繩的特殊性，猴車鋼絲繩送檢只能在安裝前進行，安裝后無法截取樣品。所以，猴車換繩前的檢測報告原則上不應標注有效期，至于鋼絲繩報廢和磨損銹蝕等條件的確認，可以通過猴車運行狀態(tài)下的在線無損檢測檢查斷絲情況，用游標卡尺測量鋼絲繩直徑縮小量以及結合人工目檢等，判斷是否應該更換新繩。當實際情況限制，鋼絲繩安裝前未進行送檢或檢測報告遺失時，可以就鋼絲繩合格證中的參數(shù)進行取值，但應在報告中添加標注說明。距離的粗略測量用鋼卷尺即可，巷道傾角的測定使用架空乘人裝置多參數(shù)檢測儀，至于埋深的檢查一般通過設計圖紙和說明書進行確認。此外，需要特別注意的是，國家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布的《禁止井工煤礦使用的設備及工藝目錄(第四批)》文件中，已對鑄造抱索器和蝸輪蝸桿減速器實行了限時淘汰(蝸輪蝸桿減速器的禁止使用范圍為運輸距離超過1 000 m或驅(qū)動功率大于55 kW)，2019年12月28日后已正式禁止使用。實際檢測中，應認真檢查對照相關條件是否符合規(guī)定要求，減速器形式可以結合設備說明書確認，抱索器制造工藝可通過出廠檢驗報告進行確認。

2 安全保護系統(tǒng)檢查

對于安全保護系統(tǒng)的檢查是保障猴車安全運行的重中之重，系統(tǒng)的各種保護功能，主要是通過控制各種電機(主電機、工作制動器電機、液壓泵站電機)的起動、運行和停止來實現(xiàn)的，制動器作為最終的執(zhí)行機構，首先應檢查工作制動器和輪邊制動器是否已按照要求安裝，確認其是否采用了失效安全型結構，即液壓開閘，失壓合閘，這樣可以保證系統(tǒng)意外或故障斷電情況下的停車安全。猴車安全保護常見的有欠速、過速、打滑保護，過流、過壓、欠壓保護，防脫繩保護，變坡點掉繩保護，固定吊椅防過擺保護，沿線急停保護，張緊小車限位保護，重錘落地保護，越位保護，乘人間距保護，動力供給中斷保護，液壓站過壓、超溫保護，減速器油溫、油位保護，以及保護閉鎖、互鎖、隔離等。主要是通過人為觀察和模擬觸動開關裝置或改變設定值等試驗保護效果。此外，還有以下幾種保護。

2.1 斷軸保護

斷軸保護主要是防止斷軸事故發(fā)生后，驅(qū)動輪、尾輪和鋼絲繩飛出傷人以及“飛車”現(xiàn)象的發(fā)生。隨著《煤礦安全規(guī)程》(2016版)對猴車斷軸保護要求的提出，礦方和猴車設備制造廠積極響應規(guī)程要求，各類斷軸保護形式層出不窮，其中，活動和可摘掛吊椅相比較固定吊椅，其斷軸保護布置形式更加靈活，因為無需考慮吊椅通過驅(qū)動輪和尾輪的情況。就目前而言，各類斷軸保護形式大體由2部分組成。機械承接部分和斷軸信號檢測部分。機械承接裝置作用主要是斷軸后托住或卡住驅(qū)動輪和尾輪，阻止其飛出和轉(zhuǎn)動；斷軸信號檢測能夠在斷軸后及時控制系統(tǒng)停車并發(fā)出警報?？紤]到猴車實際運行中，驅(qū)動主軸承受的載荷最大(對比尾輪主軸)，同時需要提供驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動所需的大扭矩以及承受沖擊載荷的影響，斷軸保護通常只設置在驅(qū)動輪位置。主軸超聲波探傷，能夠及時發(fā)現(xiàn)主軸出現(xiàn)的機械和使用性能缺陷，應將其作為預防斷軸的重要手段，定期組織探傷檢查。

現(xiàn)場檢測應結合說明書介紹或礦方說明，目測檢查機械承接裝置設置的合理性，模擬斷軸信號，檢查保護動作情況。

2.2 安全制動器失效保護

安全制動失效主要表現(xiàn)為系統(tǒng)啟動后制動閘無法打開和制動間隙過大。制動器無法打開時，猴車啟動，會對電動機和制動器造成很大損傷；間隙過大，保護動作時驅(qū)動輪無法可靠制動。保護裝置一般設置為感應式閘間隙檢測或行程開關限位，當系統(tǒng)啟動后，相應開關對間隙信號進行捕捉，檢測到間隙異常后，發(fā)出報警信號并停止猴車運行?，F(xiàn)場檢驗通過模擬觸動相應間隙檢測開關進行。

2.3 斷繩保護

斷繩保護一般設置為機械式的斷繩抓捕結構，依靠液壓驅(qū)動進行動作，一般以斷繩后鋼絲繩速度的瞬間增大作為斷繩取樣信號。與此同時，斷繩信號檢測系統(tǒng)既要反應靈敏，又要防止保護裝置誤動作，所以還會設置其他形式的斷繩取樣信號，例如，負載突然降低時電機電流的突變，張緊裝置張緊力的突變以及重錘位置的變化等。實際斷繩信號的確認一般需檢測到多種形式的信號時才能確定，否則容易導致誤動作，對正常運行的鋼絲繩造成損傷。標準中對于捕繩器的設置一筆帶過，沒有介紹更多的細節(jié)，現(xiàn)場一般也只在機頭附近設置2副抓捕機構，對于猴車幾百至上千米的運行區(qū)間而言，其作用只能用“聊勝于無”來形容。就目前的實際使用來看，不應該僅依靠斷繩保護，應該加強鋼絲繩實時在線監(jiān)測并結合定期的人工目檢，及時發(fā)現(xiàn)斷絲、斷股、惡性銹蝕，直徑明顯縮小等問題，做到防患于未然?，F(xiàn)場試驗保護應該結合使用說明書，找到裝置動作的觸發(fā)條件，然后人為模擬動作試驗。需要注意的是，斷繩保護試驗可能會對鋼絲繩造成一定損傷，為盡量降低這種情況的發(fā)生，試驗應在空載低速運行狀態(tài)下進行，同時應盡量降低張緊重錘的配重。

3 牽引力和制動力測試

拉力和制動力測試之前首先應該對尾輪預緊張力進行測量和計算。由于張緊裝置中有滑輪組，所以尾輪張緊力等于重錘的重量乘以張緊繩數(shù)量。重錘重量通過測力裝置進行測量，當現(xiàn)場條件受限，也可就配重塊單重和數(shù)量進行計算，配重吊架重量可用彈簧測力計測量。尾輪最大預緊張力不應超過鋼絲繩破斷拉力的8%，當鋼絲繩檢驗報告中只有合格鋼絲破斷力總和時，應就合格證中的鋼絲繩破斷拉力與合格鋼絲破斷力總和進行比較，取較小值進行計算(通常鋼絲繩破斷拉力較小)，如不合格，需調(diào)整配重至合格為止。

3.1 牽引力測試

鋼絲繩牽引力是依靠驅(qū)動輪與鋼絲繩之間的摩擦而產(chǎn)生的。測試時，先將測力傳感器兩端分別與2根鋼絲繩(測試用，直徑不小于15 mm)的一端連接，將一根測試鋼絲繩用專用卡繩裝置與牽引鋼絲繩緊繩側(cè)連接牢固，另一根測試鋼絲繩剩余一端與固定受拉件可靠連接。準備就緒后，啟動猴車，直到驅(qū)動輪與牽引鋼絲繩出現(xiàn)相對滑動，讀取儀器拉力值，測試進行2次，取平均值。

3.2 制動力測試

猴車制動通過工作制動器和輪邊制動器(也叫安全制動器)進行，其動作過程如下。正常啟動時，輪邊制動器先打開，工作制動器后打開，防止啟動瞬間電機堵轉(zhuǎn)；正常制動時，工作制動器先制動，輪邊制動器經(jīng)短暫延時至工作制動器動作完成后再進行制動，這樣不會對電機造成大的沖擊，也利于猴車平穩(wěn)停車。經(jīng)過以上制動過程可知，只有工作制動器參與了猴車的正常制動，所以對于猴車制動力的測量應該分開進行，即工作制動器和輪邊制動器應分別滿足，達到額定牽引力1.5～2倍的技術要求。制動力測試前，分別打開工作制動器或安全制動器，單獨測試另一組制動器制動力，具體測試過程相同。

取測試用鋼絲繩一根，一端通過專用卡繩裝置與牽引鋼絲繩連接牢固，另一端連接測力傳感器，傳感器另一端與倒鏈連接，用倒鏈將測試鋼絲繩拉緊，至制動器開始打滑時，讀取儀器拉力數(shù)值。對于制動器未開始打滑，鋼絲繩即與驅(qū)動輪發(fā)生相對滑動的情況，可以臨時增加機尾配重或改變測試位置，測試位置可以選擇驅(qū)動輪輻條和輪緣的夾角部位，測試應沿驅(qū)動輪切線方向進行，測量拉力半徑換算為等效驅(qū)動輪半徑下的制動拉力。

4 制動減速度測試

AQ 1038—2007《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗規(guī)范》中規(guī)定，重車下行、空車上行時工作制動器的平均減速度不應小于0.3 m/s2；重車上行、空車下行時工作制動器的平均減速度不應大于1.5 m/s2。此處提到的是“工作制動器的平均減速度”，由3.2猴車制動過程可知，正常制動減速過程中只有工作制動器參與制動，所以很容易誤解為，制動減速度是在猴車正常制動情況下進行測試的。仔細分析制動減速度取值范圍的規(guī)定，同時對比關于礦井提升機安全制動減速度的規(guī)定會發(fā)現(xiàn)，提出制動減速度這一參數(shù)的出發(fā)點在于，緊急情況下系統(tǒng)能夠可靠并平穩(wěn)地停車，結合AQ 1038—2007發(fā)布的時間(2007年)，當時并未對輪邊制動器提出要求，猴車僅設置有工作制動器(用于正常制動和安全制動)，所以猴車制動減速度應該測試安全制動狀態(tài)下(工作制動器和安全制動器同時發(fā)生作用時)的系統(tǒng)平均減速度。按照猴車實際運行單側(cè)最大載人量和吊椅間距設置吊椅數(shù)量，每個吊椅配重按95 kg(乘人75 kg，攜帶重物20 kg)設置，當實際情況難以滿足配重要求時，可適當降低配重，但應據(jù)實記錄。制動減速度測定應在猴車最大坡度重載上行或下行時進行，正常制動猴車，用測試儀器測量相應的制動減速度。

5 鋼絲繩安全系數(shù)計算

《煤礦安全規(guī)程》(2016版)中提到，鋼絲繩的安全系數(shù)等于實測的合格鋼絲拉斷力的總和與其所承受的最大靜拉力(包括繩端載荷和鋼絲繩自重所引起的靜拉力)之比。合格鋼絲拉斷力總和不同于鋼絲繩破斷拉力，前者是指對鋼絲繩中的所有鋼絲做拉斷力試驗，然后求和；后者是對整根鋼絲繩直接做拉斷力試驗，直接測量出破斷拉力。一般來說，合格鋼絲拉斷力總和應大于鋼絲繩破斷拉力，因為整根繩承受拉力過程中無法保證每根鋼絲同時達到其拉力極限?；谶@個考慮，對于某些現(xiàn)場無法提供有效檢測報告，而鋼絲繩合格證中也只提供有鋼絲繩破斷拉力(合格證中提供有標準拉力值和實測拉力值，一般安全起見，選用較小值參與計算)的情況，也可以用鋼絲繩破斷拉力代替合格鋼絲拉斷力總和進行相關計算。

5.1 鋼絲繩安全系數(shù)

(1)

式中，m為鋼絲繩安全系數(shù)；SK為合格鋼絲拉斷力總和，N；Smax為最大張力點張力，N。

如圖1所示，Smax的取值為S1～S4張力中的最大值。

圖1 鋼絲繩張力計算模型Fig.1 Calculation model of wire rope tension

5.2 鋼絲繩勻速運行時各特征點張力

5.2.1 最小張力點張力

Smin=C·q·g

(2)

式中，Smin為鋼絲繩最小張力點的張力，N；C為鋼絲繩撓度系數(shù)，取1 000；q為牽引鋼絲繩每米質(zhì)量，kg/m；g為重力加速度，取9.8 m/s2。

5.2.2 各特征點張力

線路運行阻力：

(3)

(4)

式中，W4-1為上行運行阻力，N；q為牽引鋼絲繩每米質(zhì)量，kg/m；Q1，Q2為分別為吊椅、乘員的質(zhì)量，kg；λ1為吊椅間距，m；ω為摩擦系數(shù)，動力運行時，取0.02，制動運行時，取0.012，為簡化計算，統(tǒng)一取值0.02；α為鋼絲繩線路傾角，(°)；L為驅(qū)動輪和尾輪中心距，m；g為重力加速度，取9.8 m/s2；W2-3為下行運行阻力，N。

各點張力：當W4-1>0、W2-3>0時，S2=Smin；S4=1.01S3；S1=S4+W4-1；S3=S2+W2-3；當W4-1>0、W2-3<0時，S2=Smin；S4=1.01S3；S1=S4+W4-1；S2=S3-W2-3(即S2=S3+|W2-3|)

式中，S2為張力點2，N；S4為張力點4，N；S1為張力點1，N；S3為張力點3，N。

最大張力點張力Smax分析：由公式(3)、(4)可知，在α一定的情況下，影響W4-1和W2-3絕對值大小的變量只有Q1和Q2，再結合S1和S2的計算過程，最終得出,最大張力計算，只需考慮猴車上升和下降側(cè)同時滿員時的線路張力即可，選出其中最大值。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，α的最大取值范圍為[0°，28°]，下面分別分析W4-1>0、W2-3>0和W4-1>0、W2-3<0時的α取值范圍，方便計算分析，ω統(tǒng)一取值為0.02。

由式(3)可知，(ωcosα+sinα)>0，則W4-1>0，得出tanα>-ω，則α的范圍為(0°，28°]。

由式(4)可知，(ωcosα-sinα)>0，則W2-3>0，得出tanα<ω，則α的范圍為[0°，1.15°)。同理可得W2-3<0時，α的范圍為(1.15°，28°]。

最終得出，①W4-1>0、W2-3>0時，α取值范圍(0°，1.15°)。結合S1～S4相應關系式，有S1>S4>S3>S2，故最大張力點張力為

Smax=S1=S4+W4-1=1.01S3+W4-1=1.01(S2+W2-3)+W4-1=1.01(Smin+W2-3)+W4-1

(5)

②W4-1>0、W2-3<0時，α取值范圍(1.15°，28°]。結合S1～S4相應關系式，有S1>S4>S3和S2>S3。比較W4-1和W2-3絕對值大小。

(6)

式中，α取值(1.15°，28°]，2ωcosα>0，則W4-1>|W2-3|，S1=S4+W4-1>S3+|W2-3|=S2，最大張力點張力為

Smax=S1=S4+W4-1=1.01S3+W4-1=1.01Smin+W4-1

(7)

根據(jù)圖1計算模型標注各特征點(S1、S2、S3、S4)，結合鋼絲繩線路實際傾角，選擇公式(5)或(7)帶入公式(1)，即可得出鋼絲繩安全系數(shù)m，鋼絲繩安全系數(shù)不得小于6。

6 結語

架空乘人裝置檢測檢驗能夠有效地幫助礦方及時消除潛在的事故隱患，同時現(xiàn)場也發(fā)現(xiàn)檢測檢驗工作本身存在的一些問題，標準文件和《煤礦安全規(guī)程》(2016版)相互間存在不統(tǒng)一的情況。相比于2016年發(fā)布的《煤礦安全規(guī)程》，MT/T 873—2000《煤礦固定抱索器架空乘人裝置技術條件》和AQ 1038—2007《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗規(guī)范》分別發(fā)布于2000年和2007年，已明顯有些“不合時宜”。隨著國家對安全生產(chǎn)工作重視程度的不斷提高，許多存在安全隱患的設備和工藝都被淘汰，這在促進了礦用產(chǎn)品升級換代的同時，也進一步使得老舊標準無法滿足安全生產(chǎn)的需要?！睹旱V安全規(guī)程》(2016版)作為通用性的寬泛規(guī)定，對于具體設備的安全要求也只是淺嘗輒止，不可能達到相關行業(yè)標準的深度。文中安全保護系統(tǒng)檢查和鋼絲繩安全系數(shù)計算結合了《煤礦安全規(guī)程》(2016版)和相關標準規(guī)范GB/T 25652—2010《地下礦用架空索道設計規(guī)范》要求的同時，也參考了部分猴車制造廠家的企業(yè)標準和設計文件。希望相關標準化管理部門和技術委員會能夠盡快組織制定適應安全生產(chǎn)要求的新標準。