立井提升系統過卷保護技術研究

王 勇

（山西汾西正文煤業有限責任公司， 山西 孝義 032300）

引言

當前，礦井建設逐漸朝著現代化方向發展，更多大型礦井的生產過程需要利用提升容器，這類容器擁有較高的提升速度，而現有保護裝置雖在小型礦井生產當中應用成熟，但在大型礦井中的應用還有不足之處。在改造老礦井過程當中，因為諸多固定設施難以改變，因此在過卷保護裝置的設置方面可能存在問題。通過合理設計保護裝置，能夠控制提升容器實際受力情況，防止出現過卷事故，保證人員安全。

1 立井提升系統過卷事故發生的原因分析

在眾多立井事故當中，過卷事故產生的危害最大。雖然在各類新技術的應用之下，系統運行的可靠性也不斷提高，對于特定礦井來講，過卷保護這類裝置不常被使用。但是不可以將此類事故發生的可能性排除，且礦井生產安全規程當中有明確要求，需要利用可靠的裝置作為提升系統保護裝置。

當前，過卷事故發生的原因主要有以下三種：

1）人為操作失誤。比如司機未按照規程進行操作，在短暫時間內可能導致過卷事故，為了規避此類事故，應該強化職工培訓，提高其責任意識。

2）系統故障。系統故障主要指控制系統故障，若控制元件或者系統本身存在問題，就會影響提升系統的穩定運行。在提升機的控制系統當中，數控技術應用可有效降低過卷事故的發生，但是仍然存在制動失靈或者摩擦輪打滑等問題。

3）機械故障。將多繩摩擦提升系統作為研究對象，其內卷事故主要包括如下類型：低速過卷，此時控制系統能夠起到作用。例如，提升容器運行停止時，司機出現操作失誤，但是能夠迅速采取措施，將提升機的制動系統啟動。全速過卷事故，當提升容器需減速時，由于特殊原因沒有減速，此時就會受到制動系統、保護裝置雙重作用，讓容器運行停止。如果此時控制系統沒有發生作用，那么電機的運行就會停止，導致制動力未達預期，需要利用保護裝置停止容器運行，這樣就會使提升機提升力增加，而提升力和提升機鋼絲繩、摩擦輪二者之間摩擦系數相關，如果過卷裝置力度不足，那么就會導致提升容器出現事故。除此之外，超速過卷也是導致事故的重要原因，當箕斗處于滿載狀態，并下放于井下，此時井口箕斗處于空載狀態，那么就容易出現超速過卷現象，將防撞梁撞變形[1]。

2 立井提升系統的過卷保護技術應用

2.1 摩擦型保護裝置

近年來摩擦型保護裝置是在過卷保護領域應用較為成功的保護裝置，核心部分主要是摩擦吸能裝置，可以分為摩擦繩、摩擦片多種形式，這類過卷裝置需要與斷繩托灌這類裝置融合應用。

例如：若選擇摩擦片作為保護裝置，這類裝置組成部分包括吸能器滾筒、框架，在框架上固定滾筒，并且將整體裝置放置在適合的位置上，讓鋼絲繩、吸能器滾筒之間能夠有效固定，并在套架另一端固定鋼絲繩。應用此類裝置，若發生過卷事故，則提升容器會先和框架接觸，或者同時向上運動，在吸能器滾筒上方纏繞的鋼絲繩受到拉力，將鋼絲繩釋放，此時吸能器滾筒會出現摩擦阻力，對容器提升過程產生阻礙，以免出現過卷問題。

因為此類裝置結構方面還存在不同程度問題，當摩擦裝置受到動態力的時候，雖然能夠通過結構處理，轉變力學特性，但是摩擦裝置也會在短期之內產生較多熱量，導致控制環節摩擦系數發生變化，按照制動效果的偏離理論進行計算，裝置不能保證處于復雜情況下能夠妥善承接提升容器。除此之外，更多大型礦井提升系統的使用對于保護裝置有更高要求，因此，對于重型的提升系統來講，應用此類保護技術還需要深入探討[2]。

2.2 楔形木保護裝置

在礦井的過卷保護裝置當中，楔形木管道屬于常用的裝置類型之一，應用這類保護裝置時，若發生過卷事故，箕斗罐就會進入楔形木罐區域，使得其截面長度方向逐漸變大，而木罐就會受到和提升容器的運行速度方向相反的壓力，二者之間形成抗力。同時，在長度方向的受力也會從小變大，從理論上來講可以有效制動提升容器，防止其出現過卷事故。通常來講，會利用柞木制作楔形木罐道，井口位置罐道的斜度設計為1∶100，井底位置斜度設定為1∶80。

對于過卷事故的資料信息進行分析，只有在部分事故當中保護裝置發揮了作用，容器能夠卡在木罐道之上。還有一部分事故發生時木罐道被劈開，導致提升容器和防撞梁相撞。因為裝置使用天然木材作為材料，受力性能存在差異，且木紋的方向也會影響受力，導致木罐道受擠壓，受力過程復雜，進而影響力學參數的設計，即使通過技術調整，也會因為材料紋路規律性缺乏，不能真實的將受力情況反映出來。除此之外，管道長期存在于井口、井底等位置，也會對其力學性能造成影響，加上自身結構因素，使得制動理論在長度方向存在自小到大方面的線性變化，影響前期制動環節產生的動能，在有限的制動長度之內，作用效果不明顯，后段受力過大，致使木罐道被劈開。分析上述問題，可知此類保護技術在可靠性方面還有待增強，與現代化礦井建設要求不相適應，因此需要開發更為有效的保護裝置，利用保護技術，預防過卷問題。

2.3 液壓緩沖保護裝置

最初液壓緩沖裝置是應用在電梯當中的，緩沖器的應用需要消耗能源。在大部分電梯系統當中，如果運行速度超過1 m/s，就會使用油壓緩沖器。而礦井系統運行工況和電梯之間在運行環境方面、運行速度方面、運行負載方面均存在較大的差別。如果選擇液壓緩沖技術作為過卷系統的保護裝置，緩沖器的簡圖如1 所示。

圖1 中，1 代表緩沖墊，2 代表復位彈簧，3 代表柱塞，4 代表緩沖器，5 代表安裝座，6 代表彈簧座，7代表變量棒，8 代表油缸。如果提升容器受力而向緩沖器撞擊，柱塞就會向下運動。此時，處于壓縮油缸內的油就會向提升容器傳遞，經過環形截流孔，向柱塞腔內噴射。通過環形截流孔，油液的流動面積會逐漸變小，最終變為渦流，讓液體質點能夠相互摩擦和撞擊，進而散發熱量，使提升容器擁有的動能被消耗，逐漸減速停運。若容器和緩沖器分離，此時柱塞會受到彈簧作用，而向上復位，使得油流回油缸，通過能量消耗這種方式緩沖，不會產生回彈現象。除此之外，油孔柱也會發生作用，當向下壓柱塞的時候，截流孔實際面積也會變小，讓提升容器能夠實現勻減速運動，這種緩沖形式更加平穩。此外，還有彈性、塑性等變形的緩沖器，可以應用在提升系統的過卷保護當中，但是因為受到體積、緩沖距離、反彈現象、穩定性等方面的影響而未被推廣應用[3]。

圖1 緩沖器的簡圖

3 結語

面對礦井的現代化發展需求，應該致力于高效保護系統的建設，為了預防過卷事故，需要保護裝置的設計更加可靠，保證裝置在預期事故發生之時，能夠讓提升容器制動停止，控制事故發生，降低設備損傷或者人員傷害。在事故發生以后，能夠快速恢復生產，讓過卷保護系統能夠實現復用。