礦用提升設(shè)備安全制動(dòng)的過(guò)程及其影響因素分析

劉升龍，孫錦龍，王福順

（山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦，山東 萊州 261438）

礦用提升設(shè)備也是礦井類的提升設(shè)備，沿著礦井的井筒向外輸送礦石、煤、廢石或矸石，以及升降人員、設(shè)備和器材等。礦用提升設(shè)備的提升分類非常詳盡，目前以鋼絲繩類的提升設(shè)備應(yīng)用范圍最為廣泛，鋼絲繩牽引容器在礦井井筒中按照規(guī)定的加速度，采用等速、減速、爬行速度等三種不同的升降速度，使得礦用提升設(shè)備的使用更加具有穩(wěn)固性。為了能夠使得礦用提升設(shè)備的安全制動(dòng)過(guò)程更加有效，需要研究其影響因素，并且對(duì)于影響因素進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化[1]。

1 礦用提升設(shè)備制動(dòng)過(guò)程中的主要安全問(wèn)題

1.1 礦用提升設(shè)備安全自動(dòng)研究背景

礦用提升機(jī)是一種集液壓、電力、機(jī)械于一體的大型設(shè)備，這種設(shè)備系統(tǒng)作為礦山作業(yè)過(guò)程中必備的生產(chǎn)工具，擔(dān)當(dāng)著運(yùn)輸大量物料的職責(zé)。礦用提升機(jī)常常擔(dān)負(fù)著輸送煤炭，礦石，煤矸石，以及提升生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備和物料的功能，這些運(yùn)輸?shù)膬?nèi)容相對(duì)比較復(fù)雜，而且有可能會(huì)對(duì)于礦用提升機(jī)的某些部件產(chǎn)生磨損。礦用提升機(jī)是礦山生產(chǎn)過(guò)程中非常關(guān)鍵性的設(shè)備提升，機(jī)出現(xiàn)安全制動(dòng)問(wèn)題，可能會(huì)使得礦井停工或者影響整體的生產(chǎn)進(jìn)度，影響整個(gè)礦山的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)有關(guān)研究和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前，礦用提升機(jī)對(duì)于人身傷亡和財(cái)務(wù)損失的影響比較大，如果礦用提升機(jī)出現(xiàn)了安全制動(dòng)的嚴(yán)重問(wèn)題，很有可能對(duì)于國(guó)家和煤炭行業(yè)的生產(chǎn)有很大程度的影響。換句話說(shuō)，在礦用提升機(jī)的安全制動(dòng)領(lǐng)域提升類型比較豐富，提升鋼絲繩，提升容器，減速器，滾筒拖動(dòng)電機(jī)，電控設(shè)備以及制動(dòng)裝置等部件，都有可能出現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)備運(yùn)行時(shí)如果出現(xiàn)過(guò)卷或滑動(dòng)斷繩及制動(dòng)失效，將有可能發(fā)非常嚴(yán)重的安全事故，因此對(duì)于已知事故，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析之后，可以找到事故影響的關(guān)鍵性因素，并且有助于采取合理的預(yù)防措施，提升礦用提升機(jī)設(shè)備制動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定性。

1.2 礦用提升設(shè)備安全制動(dòng)故障研究的必要性

目前在我們廣泛應(yīng)用的提升系統(tǒng)中，礦用提升設(shè)備常常使用的動(dòng)力裝置為提升鋼絲繩、提升容器、減速器等，大部分的拖動(dòng)電機(jī)均以電控設(shè)備為主。其制動(dòng)裝置常常會(huì)在設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過(guò)卷、滑動(dòng)、斷繩、制動(dòng)失效的問(wèn)題，由于這些嚴(yán)重的安全事故會(huì)導(dǎo)致礦井停產(chǎn)或整改，因此，對(duì)于設(shè)備質(zhì)量的研究和排除外部環(huán)境干擾等的重要意義不言而喻。礦井提升設(shè)備安全制動(dòng)故障的研究，需要掌握設(shè)備制動(dòng)過(guò)程中典型的工作原理和影響因素，在科學(xué)改進(jìn)其設(shè)備性能和操作規(guī)范的前提之下，實(shí)現(xiàn)提升設(shè)備運(yùn)行和制動(dòng)的穩(wěn)定性極為重要，目前大部分的設(shè)備制動(dòng)問(wèn)題都源自于設(shè)備本身的質(zhì)量問(wèn)題，或者外部環(huán)境的干擾部分原因，還可能由于操作者或管理者的使用不當(dāng)，因此，在早期采用有針對(duì)性的措施與預(yù)防是有可能杜絕這些制動(dòng)失效問(wèn)題的。

2 影響礦用提升設(shè)備安全制動(dòng)的若干因素

礦井提升設(shè)備的歷史非常悠久，應(yīng)用也比較廣泛，鋼絲繩牽引容器在礦井中按照規(guī)定的速度升降，并據(jù)此開(kāi)發(fā)了多種多樣的礦井提升系統(tǒng)，目前最為先進(jìn)的礦井提升設(shè)備分為交流繞線型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)和直流他激電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)兩種方式。直流拖動(dòng)調(diào)速性能好,調(diào)速時(shí)電耗小,工作方式轉(zhuǎn)換方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；但需要一套整流設(shè)備，初期投資大。大功率可控硅整流裝置的發(fā)展，促進(jìn)了直流拖動(dòng)的應(yīng)用。在中國(guó)單機(jī)容量大于1000kW時(shí)，考慮采用直流拖動(dòng)。交流拖動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單,投資小,容量小時(shí)采用。礦井提升設(shè)備已向自動(dòng)控制發(fā)展。主井提升實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，副井提升負(fù)載變化大，一般采用遙控方式實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化（礦井自動(dòng)化）[2]。

2.1 制動(dòng)減速過(guò)程中的各類影響因素

礦用提升設(shè)備在安全制動(dòng)中出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)不同，提升設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常情況，可能是由于電控系統(tǒng)的安全保護(hù)裝置出現(xiàn)緊急拖停，此時(shí)，電機(jī)電源可能因?yàn)榘踩苿?dòng)系統(tǒng)的跳閘而無(wú)法正常使用。礦用提升機(jī)處于較高的運(yùn)行速度，使其變位質(zhì)量的慣性因素，將使得系統(tǒng)具有較大的動(dòng)能，此時(shí)具有一定的危險(xiǎn)性。制動(dòng)器以一個(gè)適當(dāng)?shù)恼龎毫Π凑疹A(yù)定的反應(yīng)速度抱閘，一旦抱閘動(dòng)作不穩(wěn)定或者抱閘動(dòng)作不當(dāng)，就可能使得減速度過(guò)大，導(dǎo)致鋼絲繩負(fù)載量超過(guò)其所能承受的沖擊力度，這對(duì)于礦井的斜井提升制動(dòng)來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的，因此，有關(guān)部門要求對(duì)于斜井提升制動(dòng)的減速度進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范，不能使其減速度過(guò)大，而且提升鋼絲繩負(fù)載量，在重力作用之下的減速度應(yīng)該控制在斜井傾角計(jì)算值有關(guān)范圍之內(nèi)。通常而言在繩端負(fù)載運(yùn)行時(shí)，計(jì)算其阻力，系數(shù)控制阻力系數(shù)，f在0.01～0.015范圍之內(nèi)，g為重力加速度，應(yīng)保持重力加速度符合正函數(shù)要求。在保險(xiǎn)閘發(fā)生作用之后，機(jī)械減速必須符合動(dòng)力矩倍數(shù)K，K的取值范圍一般在大于等于3m以上，從而能夠保證其對(duì)于最大靜止荷載重力的旋轉(zhuǎn)力矩加以有效控制。如果礦井提升機(jī)緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器將會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，此時(shí)制動(dòng)力矩K不能大于鋼絲繩和摩擦輪之間的摩擦力矩，否則必然會(huì)出現(xiàn)摩擦部件的滑動(dòng)現(xiàn)象。但是如果出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，亦可以使用二級(jí)制動(dòng)即緊急制動(dòng)的方式，施加一級(jí)制動(dòng)力矩之后使其減速度大于等于1.5m高鐵/s2，這是一種使得升降速度迅速降低為0，施加第2制動(dòng)力矩之后，最大程度制動(dòng)以保證提升設(shè)備安全制動(dòng)的緊急預(yù)防方法，這種方式能夠在最危急的情況下使用，而且會(huì)保證礦井提升過(guò)程不出現(xiàn)松繩的問(wèn)題，在下放重載時(shí)也有足夠的制動(dòng)力矩，保證其制動(dòng)減速度azx≥ 0.75m/s2。

圖1 礦用提升設(shè)備安全制動(dòng)

2.2 礦井提升設(shè)備緊急制動(dòng)影響因素的測(cè)試與調(diào)整環(huán)節(jié)

現(xiàn)有的礦井提升設(shè)備有鋼絲繩式的提升設(shè)備、立井式的提升設(shè)備、斜井式的提升設(shè)備和自動(dòng)化礦井提升設(shè)備，這些提升設(shè)備各有各的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)系統(tǒng)和礦井開(kāi)采的實(shí)際需求選擇合適的設(shè)備，能夠降低礦井提升設(shè)備緊急制動(dòng)的安全隱患，并且可以在可靠的器件維護(hù)之下，提升礦井的整體開(kāi)采效率。礦井提升設(shè)備的提升系統(tǒng)由給定的斜井傾斜角度，而其制動(dòng)力矩成為提升設(shè)備可靠性非常重要的影響因素，因此，在實(shí)際的礦井開(kāi)采及提升作業(yè)環(huán)節(jié)內(nèi)應(yīng)對(duì)于礦井提升設(shè)備進(jìn)行反復(fù)定期測(cè)試和檢查，確保提升鋼絲繩和提升部件的力矩能夠符合安全生產(chǎn)和提升要求。具體的提升測(cè)試首先應(yīng)確保礦井提升設(shè)備的鋼絲繩處于無(wú)任何外力作用的松弛狀態(tài)，將拉力傳感器與拉力計(jì)時(shí)器相融合，使用電子智能化的安全性能監(jiān)測(cè)儀器，將關(guān)閉檢測(cè)盤(pán)型閘的閥門作為實(shí)驗(yàn)的前提，同時(shí)打開(kāi)其他閥門，逐漸施加拉力。滾筒用移動(dòng)盤(pán)形閘測(cè)試完畢，要求設(shè)備盤(pán)形閘的制動(dòng)力距能夠滿足安全規(guī)程的要求，且能夠使得制動(dòng)閘閘門之間的間隙保持在一定的范圍之內(nèi)。另外礦井提升設(shè)備的制動(dòng)閥工作，油壓不能太低，殘留壓強(qiáng)不能超標(biāo)，在測(cè)試的過(guò)程中，既要檢測(cè)以上問(wèn)題同時(shí)也要對(duì)于這些殘壓超標(biāo)的問(wèn)題進(jìn)行有效的排解調(diào)整制動(dòng)力矩，使其重回最佳的安全制動(dòng)狀態(tài)。礦井提升設(shè)備緊急制動(dòng)影響因素的測(cè)試是為了能夠在工作中對(duì)于其制動(dòng)因素的變化和部件的老化情況進(jìn)行監(jiān)控和及時(shí)調(diào)整，無(wú)論是在礦井提升設(shè)備加速還是減速的環(huán)境內(nèi)，一旦發(fā)現(xiàn)任何影響緊急制動(dòng)的因素都應(yīng)該馬上停止測(cè)試，并對(duì)于其一級(jí)制動(dòng)和二級(jí)制動(dòng)的時(shí)間及影響因素進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)解決以上一系列問(wèn)題，將制動(dòng)速度控制在安全規(guī)程要求之內(nèi)，尤其注重控制制動(dòng)的減速度[3]。

3 結(jié)論

綜上所述，在現(xiàn)代礦井提升制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中，人們希望能夠利用液壓裝置達(dá)到更高的可靠性使用減速度恒定的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，更好的保障人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全，尤其是在具體的礦井開(kāi)采和生產(chǎn)環(huán)節(jié)之內(nèi)使用多路活有保護(hù)或殘壓保護(hù)處理等原則，及時(shí)解除礦井提升設(shè)備所有可能存在的制動(dòng)故障，通過(guò)定期的檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)，利用可編程控制器PLC控制技術(shù)提升礦井提升設(shè)備的這種安全性和穩(wěn)定性。只有這樣才能使我國(guó)的礦井提升設(shè)備使用效率和水平，緊跟國(guó)際發(fā)展步伐，在礦用提升系統(tǒng)的可靠性和高效性方面更進(jìn)一步[4]。