摩擦式提升機(jī)滑繩預(yù)防措施

林陽輝

(福建馬坑礦業(yè)股份有限公司)

我國礦產(chǎn)資源豐富，在經(jīng)濟(jì)社會中占有極為重要的地位。在礦產(chǎn)開采過程中，礦用提升機(jī)作為聯(lián)系地面與井下的核心設(shè)備，素有礦井咽喉之稱。近年，隨著國內(nèi)礦山開采深度的不斷加深，摩擦式提升機(jī)因其適用深井、回轉(zhuǎn)力矩小、電機(jī)容量低、能耗小等優(yōu)勢被廣泛使用。但摩擦式提升機(jī)在使用生產(chǎn)中存在滑繩問題，故對預(yù)防摩擦式塔式提升機(jī)滑繩措施等理論與實際進(jìn)行了深入研究，并提出了有效的改進(jìn)及預(yù)防措施。

1 理論上摩擦提升機(jī)滑繩三大因素

摩擦提升機(jī)在設(shè)計過程中，雖然進(jìn)行了防滑驗算，但其滑繩現(xiàn)象仍時有發(fā)生[1-2]。摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)原理見圖1、傳動原理見圖2。

圖1 摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)原理

理論上摩擦提升機(jī)滑繩三大因素如下：

(1)提升機(jī)襯墊摩擦系數(shù)降低。提升機(jī)襯墊的摩擦系數(shù)并非定值，與其所處環(huán)境溫度、鋼絲繩的表面狀態(tài)、蠕動速度、比壓等有關(guān)，且在多種因素影響作用下，其系數(shù)變化復(fù)雜。

(2)配重不足或超載。在主井提升過程中，經(jīng)常發(fā)生箕斗未卸完或引起過載，導(dǎo)致滾筒兩側(cè)鋼絲繩張力差過大。

圖2 摩擦提升機(jī)傳動原理

(3)啟動力矩或制動力矩調(diào)整過大，使?jié)L筒兩側(cè)鋼絲繩張力過大，導(dǎo)致滑動。

2 實例分析

2.1 某礦山塔式提升基礎(chǔ)資料

井塔高40 m，井口標(biāo)高+640.25 m，裝載標(biāo)高-73.1 m，卸載標(biāo)高+454 m，尾繩環(huán)標(biāo)高-105.1 m，主導(dǎo)輪圍包角α=192°49'，襯墊摩擦系數(shù)μ=0.25、eμα=2.319，重載側(cè)提升鋼絲繩長度H=753.35 m，重載側(cè)尾繩長度Hw=21 m，空載側(cè)提升鋼絲繩長度H1=226.25 m，空載側(cè)尾繩長度Hw1=559.1 m，箕斗自重Qj=40 t，有效載重Qx=34.88 t，首繩6根，Ps=7.26 kg/m，尾繩4根，Pw=10.5 kg/m，導(dǎo)向輪質(zhì)量mL=11 900 kg。

2.2 理論上提升防滑參數(shù)值計算

重載側(cè)鋼絲繩總質(zhì)量m1=108.58 t，空載側(cè)鋼絲繩總質(zhì)量m2=73.8 t，礦井阻力Pw=26 kN，鋼絲繩作用在主導(dǎo)輪上的最大靜拉力S1=1 064.1 kN，鋼絲繩作用在主導(dǎo)輪上的最小靜拉力S2=723.24 kN。

(1)重載側(cè)和空載側(cè)的靜張力比kj。kj=S1/S2=1.47<1.5，滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》多繩摩擦提升系統(tǒng)，靜防滑安全系數(shù)應(yīng)大于1.75，動防滑安全系數(shù)應(yīng)大于1.25，重載側(cè)和空載側(cè)的靜張力比應(yīng)小于1.5。

(2)靜防滑安全系數(shù)μj。μj=S2(eμα-1)/(S1-S2)=2.8>1.75，滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》要求。

(3)動防滑安全系數(shù)μd。μd=1.7>1.25，滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》要求。

(4)重載加速提升時最大許用加速度a1。C=1 744，a1max=1.81 m/s2，為防滑安全許用加速度a1≤0.8a1max=1.448 m/s2，根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》中豎井提升設(shè)備安全制動時的減速度應(yīng)滿足：滿載下放時應(yīng)不小于1.5 m/s2，滿載提升時應(yīng)不大于5 m/s2，以及摩擦式提升裝置常用閘或保險閘發(fā)生作用時，全部機(jī)械的減速度不得超過鋼絲繩的滑動極限。

(5)重載下放時最大許用減速度a3。a3max=2.18 m/s2，為防滑安全許用加速度a3必須滿足規(guī)定范圍：1.5≤a3≤0.8a3max，即1.5≤a3≤1.744 m/s2。

2.3 緊急停車情況分析。

緊急停車試驗情況見表1。

表1 緊急停車試驗情況

(1)箕斗載重28 t，以12 m/s速度上提過程中進(jìn)行減速停車。實際速度由12.04 m/s降為0.3 m/s，減速時間為4.16 s，減速度為2.82 m/s2鋼絲繩不打滑，試驗正常。

(2)箕斗載重28 t，以1.5 m/s速度下放過程中進(jìn)行減速停車。實際速度由1.79 m/s降為0.25 m/s，減速時間為938.7 ms，減速度為1.64 m/s2鋼絲繩不打滑，試驗正常。

(3)箕斗滿載34.8 t，以12 m/s速度上提過程中進(jìn)行減速停車。實際速度由12.08 m/s降為0.32 m/s，減速時間為3.86 s，減速度為3.04 m/s2鋼絲繩不打滑，試驗正常。

(4)箕斗滿載34.8 t，以3 m/s速度下放時進(jìn)行減速停車。實際速度由3.04 m/s降為0 m/s，減速時間583 ms，提升鋼絲繩在主導(dǎo)輪上產(chǎn)生了嚴(yán)重的滑繩現(xiàn)象，導(dǎo)致下放側(cè)的重箕斗過卷，被井底楔形罐道卡住，上升側(cè)的空箕斗超速沖擊卸載直軌，引起卸載直軌裝置及支撐梁變形和位移，主導(dǎo)輪摩擦襯墊繩槽局部磨損嚴(yán)重。

重箕斗下放過卷事故原因分析：箕斗滿載34.8 t，以3 m/s速度下放時按急停按鈕減速停車試驗，重箕斗運行速度由3.04 m/s降至1.16 m/s，減速時間為345 ms，計算減速度為5.8 m/s2；速度由0.76 m/s降至0 m/s，減速時間為124 ms，計算減速度為6.13 m/s2。速度由3.04 m/s降至0 m/s總減速時間為538 ms，計算平均減速度為5.65 m/s2。

根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》豎井和傾角大于30°的斜井的提升設(shè)備，安全制動時的減速度應(yīng)滿足：滿載下放時應(yīng)不小于1.5 m/s2，滿載提升時應(yīng)不大于5 m/s2，以及摩擦式提升裝置，常用閘或保險閘發(fā)生作用時，全部機(jī)械的減速度不得超過鋼絲繩的滑動極限。

從前面計算可知，重載下放時不產(chǎn)生滑動的最大減速度為2.18 m/s2，實際取值必須不大于1.744 m/s2。現(xiàn)場重載箕斗下放急停試驗過程中，制動減速度最大值為6.13 m/s2，平均減速度為5.65 m/s2，制動減速度遠(yuǎn)大于2.18 m/s2滑動極限值，且在滿載下放試驗時是通過按壓司機(jī)操控臺右側(cè)急停按鈕實現(xiàn)緊急制動的，而非事故狀態(tài)下的自動停車。從調(diào)閱試驗時現(xiàn)場主導(dǎo)輪視頻監(jiān)控圖像，主導(dǎo)輪從旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)殪o止時間極短，緊急停車時未看到滾筒有幾次制動停車跡象，即未見有平緩減速制動過程，說明恒減速制動裝置未投入或投入不正常，造成緊急制動狀態(tài)下鋼絲繩嚴(yán)重打滑，導(dǎo)致重箕斗過卷進(jìn)入井底楔形罐道、空箕斗沖壞上部卸載設(shè)施的事故發(fā)生。相當(dāng)于重載汽車下陡坡時突然急剎車，勢必造成汽車嚴(yán)重打滑甚至翻車事故。

3 預(yù)防提升機(jī)滑繩措施

通過對摩擦提升機(jī)滑繩現(xiàn)象的理論計算值與實際案例分析可知，預(yù)防提升機(jī)滑繩的措施[3-4]如下：

(1)提升機(jī)的工況復(fù)雜，必需對防滑安全設(shè)計并校核、研究其襯墊的摩擦性能等，改進(jìn)提升機(jī)制動系統(tǒng)。

(2)應(yīng)增設(shè)鋼絲繩與滾筒襯塊之間的加緊防滑裝置(見圖3)，避免在緊急制動過程中由于滾筒摩擦襯塊出現(xiàn)摩擦力不足，確保防滑裝置有效性。

(3)加大對滑動系數(shù)隨提升機(jī)鋼絲繩制動裝置投入使用而增大，對滑動判斷閾值定量化研究等。

圖3 輔助鋼絲繩加緊防滑裝置

運用閉環(huán)控制現(xiàn)場的防滑裝置制動力，從而更好地發(fā)揮防滑作用。

4 結(jié) 論

針對摩擦式提升機(jī)傳遞動力、各參數(shù)驗算及實例等進(jìn)行分析，以有效避免提升過程中存在滑動的安全隱患。已有部分防滑安全裝置已在礦山企業(yè)有所應(yīng)用，并達(dá)到了一定的防滑效果。