李正漢

（中國平煤神馬集團(tuán)平煤股份二礦，河南 平頂山 467000）

引言

礦井斜井提升機(jī)主要用于重載運(yùn)行，提升容器整體質(zhì)量較大，因此在上行過程中一旦出現(xiàn)緊急制動(dòng)或者軌道變坡等情況，其很容易在慣性的影響下無法及時(shí)改變狀態(tài)，導(dǎo)致上行距離超出預(yù)期，造成鋼絲繩松繩；下行過程中因過大的慣性導(dǎo)致下行距離超出預(yù)期，造成鋼絲繩松繩。鋼絲繩松繩會(huì)導(dǎo)致提升容器無牽引力作用，運(yùn)行方向難以控制，給系統(tǒng)帶來破壞。本文對(duì)提升容器自身結(jié)構(gòu)以及不同工況下的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行綜合分析，總結(jié)出鋼絲繩松動(dòng)的影響因素，以此為依據(jù)制定合理的解決方案，降低此類事故發(fā)生的概率。

1 斜井提升機(jī)工作原理

斜井提升機(jī)的主要組成部分包括提升主機(jī)、提升鋼絲繩、天輪裝置、提升容器、制動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等，斜井提升機(jī)的工作原理如圖1 所示。鋼絲繩的兩端分別與提升容器以及提升主機(jī)相連接，通過天輪裝置起到限位導(dǎo)向的作用。電動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)提供提升容器所需的牽引力，經(jīng)過減速器降速帶動(dòng)外層卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)，確保提升容器能在鋼絲繩的作用下沿軌道上升，控制系統(tǒng)和制動(dòng)裝置用于提升設(shè)備工況的控制，確保物料能夠被準(zhǔn)確運(yùn)輸至指定位置。

圖1 斜井提升機(jī)工作原理

2 鋼絲繩松繩原因分析

2.1 從設(shè)備運(yùn)行使用方面分析

1）依照《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)內(nèi)容[1-2]，根據(jù)礦井傾角的不同，提升設(shè)備制動(dòng)裝置的減速度參數(shù)應(yīng)當(dāng)滿足以下要求，提升系統(tǒng)安全制動(dòng)減速度規(guī)定值如表1 所示。

表1 提升系統(tǒng)安全制動(dòng)減速度規(guī)定值

表1 中，自然減速度公式為：

式中：g 為重力加速度，m/s2；θ 為井巷傾角，（°）；f 為繩端載荷的運(yùn)行阻力系數(shù)，一般取0.010～0.015。

重載狀態(tài)下，通過滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鋼絲繩不斷纏繞提升物料，由于提升容器質(zhì)量過大，減速過程中所需制動(dòng)力較大，過大的制動(dòng)力會(huì)導(dǎo)致卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度減小超出安全規(guī)程規(guī)定要求，鋼絲繩的纏繞速度難以跟上卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，造成鋼絲繩出現(xiàn)松繩現(xiàn)象。

2）長距離提升過程中。為了確保牽引力充足以及提升過程穩(wěn)定可靠，通常在卷筒上纏繞3 層鋼絲繩。由于不同鋼絲繩之間的速度難以保持完全一致，因此提升過程中很容易出現(xiàn)鋼絲繩線速度和卷筒轉(zhuǎn)速不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致速度較慢的鋼絲繩出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。

2.2 從設(shè)備制造方面分析

1）卷筒圓度超標(biāo)。圓度誤差是卷筒形狀的評(píng)價(jià)參數(shù)，如果圓度誤差不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行過程中，鋼絲繩沿卷筒持續(xù)跳動(dòng)，使得鋼絲繩極易從輪槽中跳出，造成鋼絲繩出現(xiàn)松動(dòng)。

2）天輪輪槽的深度不符合相關(guān)要求，會(huì)導(dǎo)致使用過程中鋼絲繩由于跳動(dòng)現(xiàn)象極易從輪槽中跳出，導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。因此制造過程中輪槽深度不得小于鋼絲繩直徑的1.5 倍[3]。

3 鋼絲繩松繩防護(hù)措施

針對(duì)上述問題，本文從制動(dòng)減速度參數(shù)設(shè)置、鋼絲繩纏繞數(shù)量、松動(dòng)報(bào)警設(shè)置以及輪槽加工制造等方面提出針對(duì)鋼絲繩的防松措施。

3.1 鋼絲繩排繩

為了避免多排鋼絲繩在卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)過程中出現(xiàn)纏繞混亂現(xiàn)象，可以通過事前引導(dǎo)的方式確保纏繞過程中鋼絲繩的有序排布，也可以通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在鋼絲繩排布混亂時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提升調(diào)節(jié)效率。

1）設(shè)計(jì)一種事前引導(dǎo)裝置，確保鋼絲繩的有序排布。排繩器的工作原理如圖2 所示。排繩器的主要原理是將鋼絲繩纏繞在導(dǎo)桿、絲杠機(jī)構(gòu)上，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)過程中排繩裝置、導(dǎo)桿、絲杠有序運(yùn)動(dòng)，確保鋼絲繩的合理排布。裝置制造過程中應(yīng)當(dāng)確保絲杠螺距和卷筒繩槽節(jié)距相同，確保卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，絲杠和卷筒的角速度大小相同，卷筒每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，鋼絲繩沿絲杠橫向運(yùn)動(dòng)一個(gè)螺距。通過排繩裝置的設(shè)置，能夠確保卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)過程中鋼絲繩的有序排布，避免了鋼絲繩纏繞導(dǎo)致提升設(shè)備難以正常工作。

圖2 排繩器的工作原理

2）設(shè)置鋼絲繩纏繞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在鋼絲繩纏繞混亂時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)。鋼絲繩排繩監(jiān)測(cè)裝置如圖3 所示，排繩監(jiān)測(cè)裝置布置在卷筒的下端，和卷筒間存在一定的間隙，正常情況下鋼絲繩有序排布，由于間隙的存在排繩監(jiān)測(cè)裝置上集成的傳感器不會(huì)被觸發(fā)，裝置不會(huì)發(fā)出警報(bào)，一旦鋼絲繩纏繞混亂，卷筒直徑增大，間隙被填滿，傳感器被觸發(fā)，控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并控制設(shè)備及時(shí)制動(dòng)，避免事故出現(xiàn)。

圖3 鋼絲繩排繩監(jiān)測(cè)裝置

3.2 鋼絲繩松繩預(yù)防

為避免鋼絲繩出現(xiàn)松繩現(xiàn)象，從鋼絲繩受力狀態(tài)的變化以及位置狀態(tài)的變化進(jìn)行分析。通過控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)采集模塊的采集信息進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，一旦發(fā)現(xiàn)相關(guān)數(shù)值超過預(yù)警，控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并采取對(duì)應(yīng)措施，避免事故的出現(xiàn)。

1）設(shè)置鋼絲繩拉力監(jiān)測(cè)裝置，鋼絲繩拉力監(jiān)測(cè)裝置如圖4 所示。將測(cè)力銷和鋼絲繩相連接，卷筒正常運(yùn)行時(shí)鋼絲繩有序纏繞，測(cè)力銷受力幾乎不變，一旦鋼絲繩出現(xiàn)松繩現(xiàn)象，測(cè)力銷傳感器數(shù)值減小，控制系統(tǒng)進(jìn)行故障判斷，發(fā)出信號(hào)確保提升系統(tǒng)及時(shí)制動(dòng)。

圖4 鋼絲繩拉力監(jiān)測(cè)裝置

2）設(shè)置鋼絲繩防松保護(hù)裝置，鋼絲繩防松保護(hù)裝置如圖5 所示。防松裝置設(shè)置在卷筒的下方，鋼絲繩正常纏繞時(shí)防松裝置中的張緊繩處于松弛狀態(tài)，行程開關(guān)斷開，一旦鋼絲繩纏繞混亂，張緊繩受到觸壓，行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并及時(shí)采取相應(yīng)的安全措施。

圖5 鋼絲繩防松保護(hù)裝置

4 鋼絲繩的應(yīng)用管理

4.1 備用鋼絲繩管理

4.1.1 備用鋼絲繩驗(yàn)收

鋼絲繩在使用過程中由于持續(xù)受到較大的拉應(yīng)力和摩擦力，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同種類的故障導(dǎo)致其無法正常工作。因此應(yīng)當(dāng)定期對(duì)鋼絲繩進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行更換或者維修，更換備用繩后應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，確保備用繩的質(zhì)量滿足要求。

4.1.2 備用鋼絲繩儲(chǔ)存注意事項(xiàng)

為確保備用鋼絲繩使用時(shí)的質(zhì)量滿足要求，存儲(chǔ)過程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：存儲(chǔ)區(qū)域應(yīng)當(dāng)干燥通風(fēng)，避免鋼絲繩受到腐蝕；存儲(chǔ)時(shí)間較長時(shí)應(yīng)當(dāng)定期進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，確保油脂的均勻分布；存儲(chǔ)區(qū)域盡量保持恒溫狀態(tài)，避免因?yàn)闇囟鹊念l繁變化導(dǎo)致鋼絲繩的物理性能下降。

4.2 在用鋼絲繩管理

4.2.1 鋼絲繩檢查管理

1）根據(jù)鋼絲繩種類制定不同的質(zhì)檢周期，提升鋼絲繩每日一檢，平衡鋼絲繩每周一檢，每次檢查過程中及時(shí)將檢查結(jié)果進(jìn)行記錄，相關(guān)人員填寫檢查內(nèi)容，明確責(zé)任劃分，檢查內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括斷絲、銹蝕、直徑縮小、捻距變化等。

2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的檢查不得低于每月一次，檢查后應(yīng)當(dāng)注明檢查日期，便于統(tǒng)一管理。

4.2.2 鋼絲繩數(shù)據(jù)管理

1）鋼絲繩的直徑。鋼絲繩直徑指的是鋼絲繩的外徑數(shù)值。

2）鋼絲繩捻距。捻距分為股的捻距和繩的捻距，前者指的是鋼絲圍繞中心絲旋轉(zhuǎn)一周相對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)的直線距離；后者指的是股圍繞鋼絲繩芯旋轉(zhuǎn)一周相對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)的直線距離。

3）斷絲。鋼絲繩檢查過程中，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的斷絲位置，應(yīng)當(dāng)以提升容器為參考進(jìn)行位置標(biāo)定，對(duì)于斷絲頻率較高的區(qū)域應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)進(jìn)行檢查。常見的斷絲檢查方式有人工檢查和機(jī)器檢查兩種，由于斷絲檢查準(zhǔn)確度較高，因此根據(jù)實(shí)際情況任選其一，均可滿足檢查要求。相關(guān)人員每周進(jìn)行一次斷絲全面檢查，并根據(jù)檢查數(shù)據(jù)確定下周檢查的重點(diǎn)區(qū)域；每15 d 左右采用機(jī)器檢測(cè)的方式進(jìn)行鋼絲繩檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果和人工檢測(cè)相比較進(jìn)行斷絲判斷。對(duì)于不影響鋼絲繩正常使用的斷絲，直接剪去避免斷絲在纏繞過程中被拉長。

5 結(jié)語

文章對(duì)斜井提升裝置鋼絲繩出現(xiàn)松繩現(xiàn)象的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)現(xiàn)有方案中的被動(dòng)監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了鋼絲繩防松的主動(dòng)防護(hù)，給同類型斜井的鋼絲繩防松方案制定提供了重要借鑒，在此基礎(chǔ)上對(duì)鋼絲繩的保養(yǎng)和維修方案進(jìn)行了總結(jié)，提升了鋼絲繩的使用壽命，提高了斜井提升的作業(yè)效率。