淺談副斜井單滾筒纏繞式提升機光幕松繩保護裝置

靳慧勇

0 引言

主提升設備是每個礦井井上下聯系的主要紐帶，是生產系統的“咽喉要道”，在整個煤礦生產系統中有著無可比擬的重要位置。為了保障安全生產，煤礦企業在對主提升設備的維護、保養、人員操作等方面有著極其嚴格的要求。特別是對提升設備的安全保護方面，國家安全生產監督管理總局、國家煤礦安全監察局在《煤礦安全規程》第四百二十三條做出了明確規定，其中對松繩保護裝置有如下具體規定：纏繞式提升機應當設置松繩保護裝置并接入安全回路或者報警回路[1]。

1 松繩保護的作用

當纏繞式提升機下放物料的過程中，所提物料運行發生卡阻與運行中的鋼絲繩速度出現不一致時，將導致正常運行的鋼絲繩發生松弛，當松弛到一定程度時鋼絲繩將出現嚴重扭結現象。若此時提升物料突然出現下落運動，鋼絲繩在下落物料巨大的慣性沖擊下可能造成鋼絲繩斷繩事故[2]。當松繩保護裝置接入報警回路和安全回路后，在鋼絲繩發生松弛現象時能及時發出報警信號并切斷安全回路自動斷電，避免發生重大事故。

2 松繩保護的意義

在斜井提升中，松繩原因多在以下情況下容易發生：（1）在上提重載物料進入變坡點瞬間；（2）在下放重載物料進入變坡點后；（3）因運行速度發生驟變鋼絲繩出現彈跳現象時；（4）物料礦車在斜井巷道內發生掉道、運行中突然被卡阻；（5）物料礦車與鋼絲繩的連接銷發生脫落或者發生斷繩時；（6）物料礦車運行至井底平巷后發生過放現象時等。例如：在絞車下放物料的過程中發生物料礦車跳道并被外物卡阻停止運行，此時物料礦車處于靜止狀態，而鋼絲繩在主滾筒驅動作用下仍然處于正常下放狀態，如果此時被卡礦車因自重原因克服外物阻力而突然向下發生滑動，其向下急速的自由運動將對勻速運行中的鋼絲繩產生巨大的沖擊力，嚴重情況下甚至直接造成斷繩，繼而發生嚴重的安全事故，故而松繩保護裝置在提升系統的保護中有著極其重要的作用[3]。

3 傳統的松繩保護裝置實現方式

到目前為止，大部分老式單滾筒纏繞式提升機松繩保護是采用機械結構觸發行程開關來實現的，即用∏型金屬支撐架固定一組機械式行程開關置于主提升機房鋼絲繩出繩口處的墻體上，機械式行程開關兩側置有橫桿彈簧復位機構和上置的橫桿機構，橫桿機構置于在鋼絲繩發生松繩時正好能壓住的地方。根據日常觀察及運行經驗使鋼絲繩與行程開關橫桿機構保持一定距離（以確保正常運行時的鋼絲繩不會觸發松繩保護裝置機構動作）。當鋼絲繩發生松繩事故時，鋼絲繩將會壓住行程開關上方的橫桿機構，在鋼絲繩重力作用下橫桿機構克服行程開關兩側復位彈簧的彈力，迫使下方的機械式行程開關動作，其串于安全回路的常閉觸點（或報警回路的常開或常閉觸點）反轉，則安全回路斷開（或報警回路接通），使提升機進行安全制動（或發出松繩預警）。

4 單滾筒纏繞式提升機老式松繩保護存在的問題及嘗試過的解決方法

本單位副斜井單滾筒纏繞式提升機安裝于2011年，型號為JK-2.5×2P，電機功率為280 kW，最大提升速度為2.53米/秒，主要用于下放物料、工具和設備等使用。其實用的老式的松繩保護裝置安裝于提升機房鋼絲繩出繩口處的墻體上，但是重車下放進入變坡點瞬間、重車下放停車較猛，或者別的原因引起鋼絲繩發生大幅度抖動或發生彈性顫動碰觸檢測裝置時，因鋼絲繩上下擺動力度大，極易造成松繩保護誤動作，為了解決該問題，曾把機械松繩保護裝置置于主滾筒正下方，很好地解決了因鋼絲繩發生大幅度抖動或發生彈性顫動碰觸檢測裝置引發的誤動作，但新的問題也接踵而來，由于主滾筒鋼絲繩的養護主要依靠黃油或者粘度較高的潤滑油來進行養護，而主絞車房由于出繩口與外界無任何遮擋，且主絞車房搭建材料多為彩鋼結構，保暖性極差，當粘稠的油脂混合灰塵依附到行程開關和松繩裝置的活動機構上之后，在寒冷的的冬季極易造成行程開關和松繩活動機構動作遲緩甚至卡死，致使松繩保護失效[8]，失去保護應具有的靈敏性及可靠性，且由于行程開關活動部位的不嚴密性，觸點極易受到外界油脂或潮氣的影響造成觸點的銹蝕，導致行程開關內動、靜觸點間的接觸電阻增大，致使保護動作失效，保護效果不理想。

5 光幕式松繩保護裝置的組成、原理及優勢

（1）光幕式松繩保護裝置主要有24V開關電源、調制的紅外LED發光管組成的投光器、紅外接受光敏元件組成的受光器、外置動作執行繼電器等元件組成；動作響應時間小于10毫秒，光幕的光柱間距80 mm[6]，工作電壓為DC24V，靜態工作電流小于200MA。裝置機身采用鋁合金，兩端采用ABS增強尼龍組成，防護等級IP65，具有極高的防塵等級和一定的防低壓噴濺水能力，受光器在太陽光下受光面照度達10000LX無誤動作，具有極強的抗光干擾功能[6-7]。

（2）安裝及檢測原理：與傳統的機械式松繩保護裝置安裝位置不同，安裝時把光幕發射裝置和接收裝置緊貼在主滾筒卷筒邊沿正下方兩側墻壁之上，安裝方向與鋼絲繩運行方向平行，很好地避開滾筒油脂滴落污染區域，使光幕發射裝置的發出的光束與鋼絲繩運轉的方向成垂直角，正常工作時，光幕發射與接收裝置區域間無外物遮擋，光幕接收裝置處于截止狀態，無高電平信號輸出，外置檢測繼電器常閉觸點不動作，安全回路處于接通狀態，提升機正常工作。當因故發生松繩故障時，主滾筒卷筒上的鋼絲繩就會松弛下垂，當下垂的鋼絲繩超出主滾筒卷筒邊沿時就會進入光幕發射接收檢測區域，遮擋光幕信號的正常發射接收[5-6]，此時光幕接收裝置因失去部分紅外信號而由截止狀態轉換為導通狀態，輸出高電平，驅動外置檢測繼電器使其動作，繼電器觸點發生反轉，常閉變常開，安全回路斷開，主控臺收到信號后則發出預警或者停車信號，實現松繩保護[4]。

（3）優勢：相對于傳統的行程開關式松繩保護裝置安裝位置置于提升機房鋼絲繩出繩口處的墻體上，紅外光幕式松繩保護裝置做出了移動更改，把保護裝置置于緊貼主滾筒卷筒邊沿的正下方，只有鋼絲繩發生真正的松弛時檢測裝置才會檢測動作，減少了誤判，且因為安裝位置的更改，光幕式檢測裝置在其檢測部沒有了與鋼絲繩直接接觸的部分，避免了鋼絲繩工作時因大幅度的顫動碰觸到行程機構引發的誤動作；響應時間快，10毫秒的極速響應在發生松繩事故時能做到真正的爭分奪秒，快速而有效的觸發保護減少事故發生的幾率；IP65的防護等級能有效杜絕一切灰塵，并能有效承受低壓水全方位的噴射和油脂的侵蝕，極好地保護了檢測電路的安全；用光幕代替原有機械式松繩保護裝置部件徹底解決了冬季因油脂灰塵低溫固化，引起的行程開關及松繩保護活動附件機構引發的動作遲緩、卡死、觸點銹蝕、短路等問題；當試驗松繩保護時，只需要用任意物體遮擋光幕區即可驗證松繩保護是否靈敏可靠。

6 安裝改造后使用效果

（1）該松繩保護裝置安裝極其簡單、便于操作，并且不對原電控系統電路進行任何改動，直接無損安裝，并可后期根據情況增加松繩故障報警后延時斷電功能，便于司機接到松繩預警信號后及時進行反向操作，防止事故擴大。

（2）極大地提高了絞車運行的安全性能。傳統的機械式松繩保護裝置因保護誤動作多，從而導致提升系統頻繁停車制動，對絞車和鋼絲繩的沖擊較大，其對鋼絲繩的沖擊傷害肉眼無法及時覺察，極大地縮短了設備和鋼絲繩的使用壽命，并為斷繩事故埋下了隱患。相比原來使用的機械式行程開關保護裝置，光幕式松繩保護裝置很好地解決了機械式保護裝置的誤動作多、動作不靈敏等問題，在改造之后當鋼絲繩發生松繩狀況時，該裝置動作靈敏，無誤動作、運行十分可靠。

（3）維護工作量下降：因檢測裝置為光幕紅外式，檢測部位為紅外光線檢測，不存在機械磨損，故障率極低，因紅外光幕式松繩保護防護等級較高，且避開了鋼絲繩的甩油區，避免了檢測設備被鋼絲繩甩油污染[6]。極大地降低了檢修維護人員的工作量。

（4）保護的穩定性能提高，避免了因保護頻繁動作維修人員甩保護的現象發生，保證了安全生產。

7 結語

光幕式松繩保護裝置在本單位安裝使用后已經正常工作一年有余，裝置本身運行穩定可靠，保護試驗靈敏可靠，極大提高了提升系統的安全性，進一步增加了礦井的提升能力，保障了礦井的安全生產。