礦用提升設備安全制動的過程及其影響因素分析

盧軍峰

( 河北省唐山開灤趙各莊礦業有限公司瓦斯抽采區，河北 唐山 063101)

1 礦用提升設備制動過程中的主要安全問題

礦用提升機是一種集液壓、電力、機械于一體的大型設備系統，作為礦山作業過程中必備的生產工具，提升機擔負著輸送煤炭、礦石、煤矸石，以及提運生產設備、人員、物料等一系列功能，是礦山生產的關鍵性設備。一旦提升機出現安全問題，輕則停工影響生產進度和效益，重則可能造成不可估量的人身傷亡好財產損失。隨著近年來國家和煤炭行業對礦山生產安全重視程度的提高，提升系統的可靠性問題也越來越得到礦山企業的關注。

目前我國廣泛應用的提升系統多由提升鋼絲繩、提升容器、減速器、滾筒、拖動電機、電控設備以及制動裝置等組成。研究顯示，提升機故障主要表現在設備運行中出現的過卷、滑動、斷繩以及制動失效等問題，其中安全制動失效對生產安全的影響最大，一旦制動問題發生，常常會導致較嚴重的安全事故。通過對已知事故現場的調查分析，可以發現導致提升機制動失效的因素非常多，如設備質量問題、外部環境干擾、操作管理不當等，而如果在早期就采取有針對性的措施予以預防，就能在很大程度上降低甚至完全避免故障發生的可能性。而要采取合理的預防措施，首先要掌握提升設備制動過程的工作原理及其影響因素，并在此基礎上科學改進設備性能、規范操作制度，最終實現提升設備運行和制動的穩定性。

2 斜井提升機的安全制動過程及其影響因素

2.1 制動減速過程中的各影響因素分析

提升設備運行中若出現異常情況，電控系統的安全保護電路將在急停拖動電機電源的同時，讓制動系統抱閘。由于在制動開始之前，提升機可能處于較高的運行速度，變位質量的慣性作用將使系統具有相當大的動能，這時就要求制動器以一個適當的正壓力按預定的反應速度抱閘。一旦抱閘動作不當，減速度過大，即會導致繩端載荷對提升鋼絲繩的沖擊力過大，造成斷繩等事故的發生，因此必須對斜井提升制動的減速度進行嚴格規范，首先，提升鋼絲繩繩端載荷在重力作用下的自然減速度ac（m/s2）與斜井的傾角有關θ（°），即：

其中g為重力加速度，f為繩端載荷運行阻力系數（0.01＜f＜0.015）。

而在保險閘發生作用時，全部機械的減速度必須符合：上提重載azs≤ac，下放重載azx在θ<15°時，應≥0.75，而在15°≤θ≤30°時，azx則應≥0.3ac。此外，制動力矩對最大靜荷重的旋轉力矩之比，即制動力矩倍數K應≥3。

上提重載和下放重載還與制動力矩Mz、慣性力矩mR、靜阻力距Mj等參數有關。

且Mz=KMj，Mj=FcR

其中Fc為提升系統最大靜張力差，R為絞筒半徑，變為質量m對于給定的提升系統為一定值。

設質量模數 z=m/Fc，并聯立式（1）、（2）、（3）可發現K按煤礦操作規程取值時，z是θ的函數，且有：

提升機緊急制動時，其制動器產生的制動力矩不能大于鋼絲繩和摩擦輪之間的摩擦力矩，否則將發生滑動現象，必須采用二級制動。所謂二級制動，就是在緊急制動時，首先施加第一級制動力矩，使制動減速度≥1.5m/s2，待提升速度降低到零時，再施加第二級制動力矩，即最大制動力矩。設計中，則應根據礦井的具體條件整定K上和K下，第一級制動力矩倍數按(6)式整定，第二級制動力矩倍數取K≥3，這樣既滿足了安全要求，又能保證在提升過程不出現松繩問題。在下放重載時，要有足夠的制動力矩保證安全制動減速度azx≥0.75 m/s2，以防容器滑行距離過長。

2.2 影響因素的測試與調整

由上述算式可知，提升系統給定且斜井傾角一定時，制動力矩就成為了提升設備可靠性的最重要影響因素。因此，作業中應對提升設備進行定期測試，確保制動力矩符合安全要求。測試時應先使鋼絲繩處于無任何外力作用的狀態，將拉力傳感器與拉力計及提升設備安全性能測試儀連接，并關閉須檢測的盤形閘的閥門，打開其他閥門，然后逐漸施加并增大拉力，直到滾筒略有移動。各盤形閘分別測試完畢后求和即是該設備盤形閘的全部制動力矩。當制動力矩不能滿足安全規程的要求時，應找到具體原因，如：閘瓦接觸面積不夠、閘瓦蝶形彈簧疲勞、制動閘的閘瓦間隙過大、工作油壓太低、殘壓超標等，通過解決上述問題，可以調整制動力矩重回最佳工作狀態。

此外，工作中還應對其他制動影響因素進行監控和及時的調整，以減速度為例，當發現緊急制動過程中減速度出現問題時，可首先考慮下列原因：電控系統中二級制動時間調節不合理、工作油壓太低、殘壓超標、盤閘制動力不夠等，并通過解決這些問題將制動減速度控制在安全規程要求內。

3 現代提升制動系統的發展

近年來，高可靠性的液壓裝置、恒減速液壓制動系統等的應用都得到了較好的效果，系統調壓功能的改善，多路回油保護、殘壓保護、電磁閥故障檢測以及可編程控制器（PLC）控制技術的開發及推廣，都為增強礦用提升設備的制動安全性提供了有力的技術支持。相信隨著變頻調速、可調閘回路控制等技術的不斷改進，礦用提升系統的可靠性和高效性還將得到更進一步的發展和提高。

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