礦用提升機防墜器的優化改進

梁慧彪

（西山煤電（集團）有限責任公司官地多種經營分公司， 山西 太原 030000）

引言

在進行井下生產運輸的過程中，隨著煤炭開采力度和資源需求量的不斷增大，礦井提升機作為運送物料、矸石以及工作人員的主要機械設備，在煤礦生產中占有重要的地位。為了保證井下生產及運輸作業的安全穩定運行，設計制造了一種提升機防墜器，該防墜器的應用使礦井提升事故大大減少，不僅有效降低了人員的傷亡，而且提高了煤礦的經濟效益。但在長期的生產實踐中發現，礦井提升設備事故仍然存在，鋼絲繩斷裂的現象仍有發生，所以為了進一步加強設備的安全性，從提升機防墜器在應用中存在的問題出發，對防墜器進行了優化與改進，更有效地提高了工作人員的安全和相關機械設備的可靠性，從而減少礦井事故的發生，創造更大的經濟效益。

1 井下提升系統概況及存在的問題

某礦在進行井下運輸作業時，主要是通過副井提升機來完成的，該提升機的作用是將煤炭以及矸石運送到地面，而物料以及相關人員等運送到井下，其中副井提升機的結構為單繩纏繞式，并配備有相應的罐籠，同時在罐籠上設置有BF-111型抓捕器，該抓捕器主要是用來抓住井筒中的制動繩，一旦在運輸過程中，鋼絲繩發生了斷裂或者連接裝置發生了故障，則該抓捕器可以及時對罐籠進行抓取，從而使罐籠較穩定地停留在某一位置，避免了墜毀事故。在現場的實踐應用中，當罐籠的運行速度較小，但減速過程中的加速度較大時，在下放運行途中，罐籠的抓捕器常常會抓住制動繩，從而使罐籠停止運動，懸掛在井筒中，在這種情況下，一旦提升機的操作人員沒有及時發現抓捕器已經開始動作，而繼續開車，則很容易造成下放罐籠側提升機的鋼絲繩發生松動。當松繩次數過多時，提升機會反方向開車，此時會導致提升機故障以及損壞井筒設備等，同時抓捕器的動作過于靈敏也會影響提升機的運行，對運輸的安全性造成一定的威脅[1-2]。

2 誤動及松繩原因分析

當罐籠的運行速度較大時，若提升過程中出現了安全制動，則制動閘發生動作，促使副井提升機的滾筒開始減速，從而使提升機停止運行。慣性使提升機停機，但上提罐籠仍然會向上運動，此時主拉桿所產生的拉力降低，撥桿在彈簧拉力的作用下逐漸向上移動，且上移過程中會產生摩擦力，由于該摩擦力的存在，上行罐籠最終會停在制動繩上。而下行罐籠以速度v下降時，在一定時間內罐籠的運行速度會很快降低至0，此時由動量守恒可知，提升機的鋼絲繩會受到一個向下的力，在經過彈性變形后，鋼絲繩會帶著罐籠一起向上運動，降低了下行罐籠的主拉桿所受到的作用力，同時撥桿與制動繩之間會產生摩擦，促使下行罐籠固定在制動繩上。當提升機在較低的運行速度下制動，且在較大的加速度下進行減速停機時，抓捕器開始工作，但由于彈簧的彈力較大，提升機的工作人員常常會忽略該動作，從而導致提升機司機未及時停車，繼續加速運行，使得上行罐籠所受到的沖擊力過大，影響下行罐籠鋼絲繩的緊固程度，以致于發生松繩現象，為礦井的安全運輸埋下隱患。

當提升機在較高的運行速度下開始減速制動時，按照相關操作規范及標準的要求，司機只要對罐籠的抓捕器進行控制解鎖，就不會發生松繩現象。只有提升機在較低的運行速度下開始減速制動時，司機才有可能忽視抓捕器的動作，同時由于該礦的提升機仰角較小，當罐籠下放時，司機在座位上無法觀察到出繩孔，從而不能判斷鋼絲繩是否發生松動，因此，鋼絲繩的松動通常發生在罐籠下放過程中。單繩纏繞式提升機，要想減少其松繩的發生，保證設備的安全性，必須設置松繩保護，該提升機電控系統的松繩保護示意圖如圖1所示。在該控制系統下，既可以實現手動保護，也可以實現自動保護，且為了提升機制動后罐籠可以反方向運行，還設置了一個復位狀態，以確保鋼絲繩反方向纏緊時，可以將鋼絲繩松動復位，從而使提升機可以正常運行。從圖1中可以看出，當鋼絲繩出現松動時，Ⅰ11.0接口處于關閉狀態，此時T63繼電器開始進行動作，將其延遲0.5 s后，M131.4接口斷開，從而解除松繩保護，提升機開始制動。但是由于復位狀態下提升機的最大運行速度為0.5 m/s，M11.2對T63進行了短接，因此松繩保護不能起到作用。此時若提升機在較低的速度下開始運行，下放罐籠的抓捕器開始動作，而司機沒有及時發現，選擇繼續開車，則鋼絲繩將發生松動，此時，松繩保護還處于復位狀態，無法發揮作用，因此在該種復位狀態下必須解決松繩保護的問題[3]。

圖1 原松繩保護示意圖

3 提升機防墜器的優化改進

3.1 防墜器結構的優化改進

3.1.1 緩沖器的優化改進

礦用提升機緩沖器作為防墜器中的一個重要構件，可以使罐籠在下墜過程中保持穩定，且以較低的速度下落，同時在正常運行狀態下，該裝置也在工作，因此該緩沖器會給鋼絲繩帶來阻力，且由于鋼絲繩提升的作用，鋼絲繩的壽命會受到很大影響，因此為了解決上述問題，應該使緩沖器只有在斷繩現象發生時才起作用，故對緩沖器進行了優化改進。具體表現在將緩沖器中的螺旋桿換成了制動桿，該制動桿可以自由伸長與縮短，在實際應用中，當提升機處于正常狀態下時，制動桿不受力，緩沖器不工作，不會對鋼絲繩產生阻力，影響鋼絲繩的使用壽命。一旦鋼絲繩發生斷裂時，制動桿在拉力的作用下被壓縮，從而產生制動力，使緩沖器開始運行，對罐籠進行緩沖，避免罐籠直接墜毀。

3.1.2 抓捕器的優化改進

傳統的抓捕器是由滑楔、杠桿、平衡板以及連接梁組成，當鋼絲繩發生斷裂時，在拉力的作用下，傳動彈簧回到原位，進而通過杠桿將該力傳導滑楔上，從而使滑楔被壓緊，抓捕器開始制動，將罐籠固定在鋼絲繩上。但由于該過程發生的時間非常短，即使緩沖器給罐籠的下落帶來了一定的阻力，但仍然會產生很大的沖擊作用，而該沖擊作用對罐籠以及工作人員來說，所帶來的傷害又是不可逆轉的，因此在進行制動時，必須盡量減少這種沖擊力，故針對該問題，對抓捕器進行了如下的優化改進。具體改進措施為：在抓捕器的中心拉桿位置處增設了一個阻尼元件，通過該阻尼元件，一旦鋼絲繩發生斷裂時，該元件可以對中心拉桿產生阻力，從而使拉桿不會很快恢復變形，而是逐漸回到原位，此時滑楔也不會在較短時間內就被壓緊，而是隨著中心拉桿的逐漸伸長，緩慢地實現鋼絲繩的制動，從而減少制動所帶來的沖擊力對罐籠以及工作人員的影響。此外為了保證緩沖器的靈敏性，使緩沖器與抓捕器在工作狀態下不會相互影響，特使用柔性鋼繩來連接中心拉桿，這樣可以使斷繩發生時緩沖器及時起到減速作用，同時抓捕器的中心拉桿在阻力的作用下，可以平穩地實現鋼絲繩的制動，保證提升機以及罐籠的穩定運行[4]。

3.2 防墜器系統的優化改進

3.2.1 彈簧長度的優化改進

該礦提升機防墜器中的彈簧長度是365mm，且彈簧的彈力為3140 N，為了保證彈簧可以及時復位，對彈簧的長度進行了調整，將其設計成了350mm，彈簧彈力設計為2730 N，改進后經過對該彈簧的靜負荷試驗以及罐籠脫鉤試驗發現，其抓捕器的制動距離、罐籠的下降距離等都符合相關規程的規定，且當罐籠在減低速度下進行制動時抓捕器并未開始作用，而當罐籠在較高的運行速度下進行制動時上行罐籠的抓捕器開始動作，因此對彈簧長度進行改進后，不僅可以使抓捕器發揮其應有的作用，且保證了提升機的安全運行，提高了運輸的效率。

3.2.2 松繩保護改進

在鋼絲繩發生松動后，為了使提升機可以順利地反向進行開車，對該提升機的電控系統進行了改進，其電控系統的示意圖如下頁圖2所示。從圖中可以看出，在控系統中增設了一個Ⅰ107.6松繩復位按鈕，并將其串聯在復位狀態繼電器中，當在復位狀態下時，一旦鋼絲繩出現了松動，則該按鈕會斷開，實現松繩保護，使提升機制動停車。而當提升機的司機在發現松繩故障后，可以及時有效地向井口傳遞反方向開車的信號，從而使該按鈕開啟，連通保護回路，并將提升機的鋼絲繩繞緊，使其恢復到正常狀態，避免事故的發生。

圖2 優化改進后的松繩保護示意圖

4 優化效果分析

通過對礦用提升機防墜器進行上述優化改進并將其應用于實際礦井后發現，該防墜器的安全系數大大提高，在煤礦井下運輸的過程中，提升機發生故障的幾率也隨之減小，同時罐籠墜毀、抓捕器未及時動作、鋼絲繩松動等現象的發生次數也相應地降低，不僅解決了提升機防墜器在應用過程中存在的問題，還改善了煤礦提升的效率，在確保提升安全性的同時，增加了煤礦企業的經濟效益。

5 結論

為了解決提升機防墜器在實際應用中存在的問題，對其進行了優化設計，將緩沖器中的螺旋桿換成了制動桿，提高了緩沖器的緩沖效果，并延長了鋼絲繩的使用壽命；在抓捕器的中心拉桿處增設了一個阻尼元件，以用來減少罐籠下落所產生的沖擊力；此外對抓捕器中的彈簧長度進行了改進，由原來的365mm改為了350mm，并對電控系統中的松繩保護進行了改進，增加了一個松繩復位按鈕。通過上述改進，該提升機可以有效地進行制動，并在松繩事故發生后對其進行保護，避免了罐籠墜毀、人員傷亡、井筒設備損壞事故的發生，保證了提升系統的安全運行。