徐草新,石 凱,羅文利
(陜西煤礦安全裝備檢測(cè)中心有限公司,陜西 西安 710199)
架空乘人裝置作為礦井輔助運(yùn)輸人員的主要手段之一,隨著國家安全監(jiān)管總局《淘汰落后安全技術(shù)工藝、設(shè)備目錄(2016年)》的正式發(fā)布,普通軌道斜井人車逐漸被淘汰,架空乘人裝置更是成為許多新建、改擴(kuò)建礦井人員輸送的首要選擇之一。要保證架空乘人裝置安全可靠地運(yùn)行,除日常的維護(hù)保養(yǎng)、檢查檢修外,對(duì)于裝置的定期檢測(cè)檢驗(yàn)也是必不可少,檢測(cè)檢驗(yàn)可以看作是對(duì)裝置進(jìn)行一次全面且較為深入的體檢,能夠幫助礦方發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患,進(jìn)而及時(shí)消除危險(xiǎn)。架空乘人裝置抱索器有固定式、活動(dòng)式和可摘掛式,固定式最大適應(yīng)坡度為28°,活動(dòng)式最大適應(yīng)坡度為18°,可摘掛式最大適應(yīng)坡度為25°,分別使用在不同坡度巷道中。
現(xiàn)場(chǎng)工作開展之前首先應(yīng)對(duì)猴車的相關(guān)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行檢查,確認(rèn)裝置有專項(xiàng)設(shè)計(jì)。接下來是檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)裝置安裝環(huán)境的檢查,測(cè)量工作現(xiàn)場(chǎng)空氣溫度、濕度,并對(duì)裝置的海拔高度進(jìn)行確認(rèn)。對(duì)與鋼絲繩比值相關(guān)的參數(shù)取值,應(yīng)以具體的檢測(cè)檢驗(yàn)報(bào)告中的參數(shù)為準(zhǔn),由于無極繩的特殊性,猴車鋼絲繩送檢只能在安裝前進(jìn)行,安裝后無法截取樣品。所以,猴車換繩前的檢測(cè)報(bào)告原則上不應(yīng)標(biāo)注有效期,至于鋼絲繩報(bào)廢和磨損銹蝕等條件的確認(rèn),可以通過猴車運(yùn)行狀態(tài)下的在線無損檢測(cè)檢查斷絲情況,用游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼絲繩直徑縮小量以及結(jié)合人工目檢等,判斷是否應(yīng)該更換新繩。當(dāng)實(shí)際情況限制,鋼絲繩安裝前未進(jìn)行送檢或檢測(cè)報(bào)告遺失時(shí),可以就鋼絲繩合格證中的參數(shù)進(jìn)行取值,但應(yīng)在報(bào)告中添加標(biāo)注說明。距離的粗略測(cè)量用鋼卷尺即可,巷道傾角的測(cè)定使用架空乘人裝置多參數(shù)檢測(cè)儀,至于埋深的檢查一般通過設(shè)計(jì)圖紙和說明書進(jìn)行確認(rèn)。此外,需要特別注意的是,國家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布的《禁止井工煤礦使用的設(shè)備及工藝目錄(第四批)》文件中,已對(duì)鑄造抱索器和蝸輪蝸桿減速器實(shí)行了限時(shí)淘汰(蝸輪蝸桿減速器的禁止使用范圍為運(yùn)輸距離超過1 000 m或驅(qū)動(dòng)功率大于55 kW),2019年12月28日后已正式禁止使用。實(shí)際檢測(cè)中,應(yīng)認(rèn)真檢查對(duì)照相關(guān)條件是否符合規(guī)定要求,減速器形式可以結(jié)合設(shè)備說明書確認(rèn),抱索器制造工藝可通過出廠檢驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行確認(rèn)。
對(duì)于安全保護(hù)系統(tǒng)的檢查是保障猴車安全運(yùn)行的重中之重,系統(tǒng)的各種保護(hù)功能,主要是通過控制各種電機(jī)(主電機(jī)、工作制動(dòng)器電機(jī)、液壓泵站電機(jī))的起動(dòng)、運(yùn)行和停止來實(shí)現(xiàn)的,制動(dòng)器作為最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu),首先應(yīng)檢查工作制動(dòng)器和輪邊制動(dòng)器是否已按照要求安裝,確認(rèn)其是否采用了失效安全型結(jié)構(gòu),即液壓開閘,失壓合閘,這樣可以保證系統(tǒng)意外或故障斷電情況下的停車安全。猴車安全保護(hù)常見的有欠速、過速、打滑保護(hù),過流、過壓、欠壓保護(hù),防脫繩保護(hù),變坡點(diǎn)掉繩保護(hù),固定吊椅防過擺保護(hù),沿線急停保護(hù),張緊小車限位保護(hù),重錘落地保護(hù),越位保護(hù),乘人間距保護(hù),動(dòng)力供給中斷保護(hù),液壓站過壓、超溫保護(hù),減速器油溫、油位保護(hù),以及保護(hù)閉鎖、互鎖、隔離等。主要是通過人為觀察和模擬觸動(dòng)開關(guān)裝置或改變?cè)O(shè)定值等試驗(yàn)保護(hù)效果。此外,還有以下幾種保護(hù)。
斷軸保護(hù)主要是防止斷軸事故發(fā)生后,驅(qū)動(dòng)輪、尾輪和鋼絲繩飛出傷人以及“飛車”現(xiàn)象的發(fā)生。隨著《煤礦安全規(guī)程》(2016版)對(duì)猴車斷軸保護(hù)要求的提出,礦方和猴車設(shè)備制造廠積極響應(yīng)規(guī)程要求,各類斷軸保護(hù)形式層出不窮,其中,活動(dòng)和可摘掛吊椅相比較固定吊椅,其斷軸保護(hù)布置形式更加靈活,因?yàn)闊o需考慮吊椅通過驅(qū)動(dòng)輪和尾輪的情況。就目前而言,各類斷軸保護(hù)形式大體由2部分組成。機(jī)械承接部分和斷軸信號(hào)檢測(cè)部分。機(jī)械承接裝置作用主要是斷軸后托住或卡住驅(qū)動(dòng)輪和尾輪,阻止其飛出和轉(zhuǎn)動(dòng);斷軸信號(hào)檢測(cè)能夠在斷軸后及時(shí)控制系統(tǒng)停車并發(fā)出警報(bào)。考慮到猴車實(shí)際運(yùn)行中,驅(qū)動(dòng)主軸承受的載荷最大(對(duì)比尾輪主軸),同時(shí)需要提供驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需的大扭矩以及承受沖擊載荷的影響,斷軸保護(hù)通常只設(shè)置在驅(qū)動(dòng)輪位置。主軸超聲波探傷,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)主軸出現(xiàn)的機(jī)械和使用性能缺陷,應(yīng)將其作為預(yù)防斷軸的重要手段,定期組織探傷檢查。
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)結(jié)合說明書介紹或礦方說明,目測(cè)檢查機(jī)械承接裝置設(shè)置的合理性,模擬斷軸信號(hào),檢查保護(hù)動(dòng)作情況。
安全制動(dòng)失效主要表現(xiàn)為系統(tǒng)啟動(dòng)后制動(dòng)閘無法打開和制動(dòng)間隙過大。制動(dòng)器無法打開時(shí),猴車啟動(dòng),會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器造成很大損傷;間隙過大,保護(hù)動(dòng)作時(shí)驅(qū)動(dòng)輪無法可靠制動(dòng)。保護(hù)裝置一般設(shè)置為感應(yīng)式閘間隙檢測(cè)或行程開關(guān)限位,當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后,相應(yīng)開關(guān)對(duì)間隙信號(hào)進(jìn)行捕捉,檢測(cè)到間隙異常后,發(fā)出報(bào)警信號(hào)并停止猴車運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)通過模擬觸動(dòng)相應(yīng)間隙檢測(cè)開關(guān)進(jìn)行。
斷繩保護(hù)一般設(shè)置為機(jī)械式的斷繩抓捕結(jié)構(gòu),依靠液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)作,一般以斷繩后鋼絲繩速度的瞬間增大作為斷繩取樣信號(hào)。與此同時(shí),斷繩信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)既要反應(yīng)靈敏,又要防止保護(hù)裝置誤動(dòng)作,所以還會(huì)設(shè)置其他形式的斷繩取樣信號(hào),例如,負(fù)載突然降低時(shí)電機(jī)電流的突變,張緊裝置張緊力的突變以及重錘位置的變化等。實(shí)際斷繩信號(hào)的確認(rèn)一般需檢測(cè)到多種形式的信號(hào)時(shí)才能確定,否則容易導(dǎo)致誤動(dòng)作,對(duì)正常運(yùn)行的鋼絲繩造成損傷。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于捕繩器的設(shè)置一筆帶過,沒有介紹更多的細(xì)節(jié),現(xiàn)場(chǎng)一般也只在機(jī)頭附近設(shè)置2副抓捕機(jī)構(gòu),對(duì)于猴車幾百至上千米的運(yùn)行區(qū)間而言,其作用只能用“聊勝于無”來形容。就目前的實(shí)際使用來看,不應(yīng)該僅依靠斷繩保護(hù),應(yīng)該加強(qiáng)鋼絲繩實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)并結(jié)合定期的人工目檢,及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷絲、斷股、惡性銹蝕,直徑明顯縮小等問題,做到防患于未然。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)保護(hù)應(yīng)該結(jié)合使用說明書,找到裝置動(dòng)作的觸發(fā)條件,然后人為模擬動(dòng)作試驗(yàn)。需要注意的是,斷繩保護(hù)試驗(yàn)可能會(huì)對(duì)鋼絲繩造成一定損傷,為盡量降低這種情況的發(fā)生,試驗(yàn)應(yīng)在空載低速運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行,同時(shí)應(yīng)盡量降低張緊重錘的配重。
拉力和制動(dòng)力測(cè)試之前首先應(yīng)該對(duì)尾輪預(yù)緊張力進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。由于張緊裝置中有滑輪組,所以尾輪張緊力等于重錘的重量乘以張緊繩數(shù)量。重錘重量通過測(cè)力裝置進(jìn)行測(cè)量,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)條件受限,也可就配重塊單重和數(shù)量進(jìn)行計(jì)算,配重吊架重量可用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量。尾輪最大預(yù)緊張力不應(yīng)超過鋼絲繩破斷拉力的8%,當(dāng)鋼絲繩檢驗(yàn)報(bào)告中只有合格鋼絲破斷力總和時(shí),應(yīng)就合格證中的鋼絲繩破斷拉力與合格鋼絲破斷力總和進(jìn)行比較,取較小值進(jìn)行計(jì)算(通常鋼絲繩破斷拉力較小),如不合格,需調(diào)整配重至合格為止。
鋼絲繩牽引力是依靠驅(qū)動(dòng)輪與鋼絲繩之間的摩擦而產(chǎn)生的。測(cè)試時(shí),先將測(cè)力傳感器兩端分別與2根鋼絲繩(測(cè)試用,直徑不小于15 mm)的一端連接,將一根測(cè)試鋼絲繩用專用卡繩裝置與牽引鋼絲繩緊繩側(cè)連接牢固,另一根測(cè)試鋼絲繩剩余一端與固定受拉件可靠連接。準(zhǔn)備就緒后,啟動(dòng)猴車,直到驅(qū)動(dòng)輪與牽引鋼絲繩出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng),讀取儀器拉力值,測(cè)試進(jìn)行2次,取平均值。
猴車制動(dòng)通過工作制動(dòng)器和輪邊制動(dòng)器(也叫安全制動(dòng)器)進(jìn)行,其動(dòng)作過程如下。正常啟動(dòng)時(shí),輪邊制動(dòng)器先打開,工作制動(dòng)器后打開,防止啟動(dòng)瞬間電機(jī)堵轉(zhuǎn);正常制動(dòng)時(shí),工作制動(dòng)器先制動(dòng),輪邊制動(dòng)器經(jīng)短暫延時(shí)至工作制動(dòng)器動(dòng)作完成后再進(jìn)行制動(dòng),這樣不會(huì)對(duì)電機(jī)造成大的沖擊,也利于猴車平穩(wěn)停車。經(jīng)過以上制動(dòng)過程可知,只有工作制動(dòng)器參與了猴車的正常制動(dòng),所以對(duì)于猴車制動(dòng)力的測(cè)量應(yīng)該分開進(jìn)行,即工作制動(dòng)器和輪邊制動(dòng)器應(yīng)分別滿足,達(dá)到額定牽引力1.5~2倍的技術(shù)要求。制動(dòng)力測(cè)試前,分別打開工作制動(dòng)器或安全制動(dòng)器,單獨(dú)測(cè)試另一組制動(dòng)器制動(dòng)力,具體測(cè)試過程相同。
取測(cè)試用鋼絲繩一根,一端通過專用卡繩裝置與牽引鋼絲繩連接牢固,另一端連接測(cè)力傳感器,傳感器另一端與倒鏈連接,用倒鏈將測(cè)試鋼絲繩拉緊,至制動(dòng)器開始打滑時(shí),讀取儀器拉力數(shù)值。對(duì)于制動(dòng)器未開始打滑,鋼絲繩即與驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的情況,可以臨時(shí)增加機(jī)尾配重或改變測(cè)試位置,測(cè)試位置可以選擇驅(qū)動(dòng)輪輻條和輪緣的夾角部位,測(cè)試應(yīng)沿驅(qū)動(dòng)輪切線方向進(jìn)行,測(cè)量拉力半徑換算為等效驅(qū)動(dòng)輪半徑下的制動(dòng)拉力。
AQ 1038—2007《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗(yàn)規(guī)范》中規(guī)定,重車下行、空車上行時(shí)工作制動(dòng)器的平均減速度不應(yīng)小于0.3 m/s2;重車上行、空車下行時(shí)工作制動(dòng)器的平均減速度不應(yīng)大于1.5 m/s2。此處提到的是“工作制動(dòng)器的平均減速度”,由3.2猴車制動(dòng)過程可知,正常制動(dòng)減速過程中只有工作制動(dòng)器參與制動(dòng),所以很容易誤解為,制動(dòng)減速度是在猴車正常制動(dòng)情況下進(jìn)行測(cè)試的。仔細(xì)分析制動(dòng)減速度取值范圍的規(guī)定,同時(shí)對(duì)比關(guān)于礦井提升機(jī)安全制動(dòng)減速度的規(guī)定會(huì)發(fā)現(xiàn),提出制動(dòng)減速度這一參數(shù)的出發(fā)點(diǎn)在于,緊急情況下系統(tǒng)能夠可靠并平穩(wěn)地停車,結(jié)合AQ 1038—2007發(fā)布的時(shí)間(2007年),當(dāng)時(shí)并未對(duì)輪邊制動(dòng)器提出要求,猴車僅設(shè)置有工作制動(dòng)器(用于正常制動(dòng)和安全制動(dòng)),所以猴車制動(dòng)減速度應(yīng)該測(cè)試安全制動(dòng)狀態(tài)下(工作制動(dòng)器和安全制動(dòng)器同時(shí)發(fā)生作用時(shí))的系統(tǒng)平均減速度。按照猴車實(shí)際運(yùn)行單側(cè)最大載人量和吊椅間距設(shè)置吊椅數(shù)量,每個(gè)吊椅配重按95 kg(乘人75 kg,攜帶重物20 kg)設(shè)置,當(dāng)實(shí)際情況難以滿足配重要求時(shí),可適當(dāng)降低配重,但應(yīng)據(jù)實(shí)記錄。制動(dòng)減速度測(cè)定應(yīng)在猴車最大坡度重載上行或下行時(shí)進(jìn)行,正常制動(dòng)猴車,用測(cè)試儀器測(cè)量相應(yīng)的制動(dòng)減速度。
《煤礦安全規(guī)程》(2016版)中提到,鋼絲繩的安全系數(shù)等于實(shí)測(cè)的合格鋼絲拉斷力的總和與其所承受的最大靜拉力(包括繩端載荷和鋼絲繩自重所引起的靜拉力)之比。合格鋼絲拉斷力總和不同于鋼絲繩破斷拉力,前者是指對(duì)鋼絲繩中的所有鋼絲做拉斷力試驗(yàn),然后求和;后者是對(duì)整根鋼絲繩直接做拉斷力試驗(yàn),直接測(cè)量出破斷拉力。一般來說,合格鋼絲拉斷力總和應(yīng)大于鋼絲繩破斷拉力,因?yàn)檎K承受拉力過程中無法保證每根鋼絲同時(shí)達(dá)到其拉力極限。基于這個(gè)考慮,對(duì)于某些現(xiàn)場(chǎng)無法提供有效檢測(cè)報(bào)告,而鋼絲繩合格證中也只提供有鋼絲繩破斷拉力(合格證中提供有標(biāo)準(zhǔn)拉力值和實(shí)測(cè)拉力值,一般安全起見,選用較小值參與計(jì)算)的情況,也可以用鋼絲繩破斷拉力代替合格鋼絲拉斷力總和進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。
(1)
式中,m為鋼絲繩安全系數(shù);SK為合格鋼絲拉斷力總和,N;Smax為最大張力點(diǎn)張力,N。
如圖1所示,Smax的取值為S1~S4張力中的最大值。

圖1 鋼絲繩張力計(jì)算模型Fig.1 Calculation model of wire rope tension
5.2.1 最小張力點(diǎn)張力
Smin=C·q·g
(2)
式中,Smin為鋼絲繩最小張力點(diǎn)的張力,N;C為鋼絲繩撓度系數(shù),取1 000;q為牽引鋼絲繩每米質(zhì)量,kg/m;g為重力加速度,取9.8 m/s2。
5.2.2 各特征點(diǎn)張力
線路運(yùn)行阻力:
(3)
(4)
式中,W4-1為上行運(yùn)行阻力,N;q為牽引鋼絲繩每米質(zhì)量,kg/m;Q1,Q2為分別為吊椅、乘員的質(zhì)量,kg;λ1為吊椅間距,m;ω為摩擦系數(shù),動(dòng)力運(yùn)行時(shí),取0.02,制動(dòng)運(yùn)行時(shí),取0.012,為簡(jiǎn)化計(jì)算,統(tǒng)一取值0.02;α為鋼絲繩線路傾角,(°);L為驅(qū)動(dòng)輪和尾輪中心距,m;g為重力加速度,取9.8 m/s2;W2-3為下行運(yùn)行阻力,N。
各點(diǎn)張力:當(dāng)W4-1>0、W2-3>0時(shí),S2=Smin;S4=1.01S3;S1=S4+W4-1;S3=S2+W2-3;當(dāng)W4-1>0、W2-3<0時(shí),S2=Smin;S4=1.01S3;S1=S4+W4-1;S2=S3-W2-3(即S2=S3+|W2-3|)
式中,S2為張力點(diǎn)2,N;S4為張力點(diǎn)4,N;S1為張力點(diǎn)1,N;S3為張力點(diǎn)3,N。
最大張力點(diǎn)張力Smax分析:由公式(3)、(4)可知,在α一定的情況下,影響W4-1和W2-3絕對(duì)值大小的變量只有Q1和Q2,再結(jié)合S1和S2的計(jì)算過程,最終得出,最大張力計(jì)算,只需考慮猴車上升和下降側(cè)同時(shí)滿員時(shí)的線路張力即可,選出其中最大值。根據(jù)規(guī)程規(guī)定,α的最大取值范圍為[0°,28°],下面分別分析W4-1>0、W2-3>0和W4-1>0、W2-3<0時(shí)的α取值范圍,方便計(jì)算分析,ω統(tǒng)一取值為0.02。
由式(3)可知,(ωcosα+sinα)>0,則W4-1>0,得出tanα>-ω,則α的范圍為(0°,28°]。
由式(4)可知,(ωcosα-sinα)>0,則W2-3>0,得出tanα<ω,則α的范圍為[0°,1.15°)。同理可得W2-3<0時(shí),α的范圍為(1.15°,28°]。
最終得出,①W4-1>0、W2-3>0時(shí),α取值范圍(0°,1.15°)。結(jié)合S1~S4相應(yīng)關(guān)系式,有S1>S4>S3>S2,故最大張力點(diǎn)張力為
Smax=S1=S4+W4-1=1.01S3+W4-1=1.01(S2+W2-3)+W4-1=1.01(Smin+W2-3)+W4-1
(5)
②W4-1>0、W2-3<0時(shí),α取值范圍(1.15°,28°]。結(jié)合S1~S4相應(yīng)關(guān)系式,有S1>S4>S3和S2>S3。比較W4-1和W2-3絕對(duì)值大小。
(6)
式中,α取值(1.15°,28°],2ωcosα>0,則W4-1>|W2-3|,S1=S4+W4-1>S3+|W2-3|=S2,最大張力點(diǎn)張力為
Smax=S1=S4+W4-1=1.01S3+W4-1=1.01Smin+W4-1
(7)
根據(jù)圖1計(jì)算模型標(biāo)注各特征點(diǎn)(S1、S2、S3、S4),結(jié)合鋼絲繩線路實(shí)際傾角,選擇公式(5)或(7)帶入公式(1),即可得出鋼絲繩安全系數(shù)m,鋼絲繩安全系數(shù)不得小于6。
架空乘人裝置檢測(cè)檢驗(yàn)?zāi)軌蛴行У貛椭V方及時(shí)消除潛在的事故隱患,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)也發(fā)現(xiàn)檢測(cè)檢驗(yàn)工作本身存在的一些問題,標(biāo)準(zhǔn)文件和《煤礦安全規(guī)程》(2016版)相互間存在不統(tǒng)一的情況。相比于2016年發(fā)布的《煤礦安全規(guī)程》,MT/T 873—2000《煤礦固定抱索器架空乘人裝置技術(shù)條件》和AQ 1038—2007《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗(yàn)規(guī)范》分別發(fā)布于2000年和2007年,已明顯有些“不合時(shí)宜”。隨著國家對(duì)安全生產(chǎn)工作重視程度的不斷提高,許多存在安全隱患的設(shè)備和工藝都被淘汰,這在促進(jìn)了礦用產(chǎn)品升級(jí)換代的同時(shí),也進(jìn)一步使得老舊標(biāo)準(zhǔn)無法滿足安全生產(chǎn)的需要。《煤礦安全規(guī)程》(2016版)作為通用性的寬泛規(guī)定,對(duì)于具體設(shè)備的安全要求也只是淺嘗輒止,不可能達(dá)到相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的深度。文中安全保護(hù)系統(tǒng)檢查和鋼絲繩安全系數(shù)計(jì)算結(jié)合了《煤礦安全規(guī)程》(2016版)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB/T 25652—2010《地下礦用架空索道設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的同時(shí),也參考了部分猴車制造廠家的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)文件。希望相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化管理部門和技術(shù)委員會(huì)能夠盡快組織制定適應(yīng)安全生產(chǎn)要求的新標(biāo)準(zhǔn)。