斜井提升機鋼絲繩松繩原因分析及其預防措施研究

李正漢

（中國平煤神馬集團平煤股份二礦，河南 平頂山 467000）

引言

礦井斜井提升機主要用于重載運行，提升容器整體質量較大，因此在上行過程中一旦出現緊急制動或者軌道變坡等情況，其很容易在慣性的影響下無法及時改變狀態，導致上行距離超出預期，造成鋼絲繩松繩；下行過程中因過大的慣性導致下行距離超出預期，造成鋼絲繩松繩。鋼絲繩松繩會導致提升容器無牽引力作用，運行方向難以控制，給系統帶來破壞。本文對提升容器自身結構以及不同工況下的實際運行情況進行綜合分析，總結出鋼絲繩松動的影響因素，以此為依據制定合理的解決方案，降低此類事故發生的概率。

1 斜井提升機工作原理

斜井提升機的主要組成部分包括提升主機、提升鋼絲繩、天輪裝置、提升容器、制動系統和控制系統等，斜井提升機的工作原理如圖1 所示。鋼絲繩的兩端分別與提升容器以及提升主機相連接，通過天輪裝置起到限位導向的作用。電動機負責提供提升容器所需的牽引力，經過減速器降速帶動外層卷筒運轉，確保提升容器能在鋼絲繩的作用下沿軌道上升，控制系統和制動裝置用于提升設備工況的控制，確保物料能夠被準確運輸至指定位置。

圖1 斜井提升機工作原理

2 鋼絲繩松繩原因分析

2.1 從設備運行使用方面分析

1）依照《煤礦安全規程》中的相關內容[1-2]，根據礦井傾角的不同，提升設備制動裝置的減速度參數應當滿足以下要求，提升系統安全制動減速度規定值如表1 所示。

表1 提升系統安全制動減速度規定值

表1 中，自然減速度公式為：

式中：g 為重力加速度，m/s2；θ 為井巷傾角，（°）；f 為繩端載荷的運行阻力系數，一般取0.010～0.015。

重載狀態下，通過滾筒的轉動帶動鋼絲繩不斷纏繞提升物料，由于提升容器質量過大，減速過程中所需制動力較大，過大的制動力會導致卷筒轉動速度減小超出安全規程規定要求，鋼絲繩的纏繞速度難以跟上卷筒的轉動速度，造成鋼絲繩出現松繩現象。

2）長距離提升過程中。為了確保牽引力充足以及提升過程穩定可靠，通常在卷筒上纏繞3 層鋼絲繩。由于不同鋼絲繩之間的速度難以保持完全一致，因此提升過程中很容易出現鋼絲繩線速度和卷筒轉速不協調，導致速度較慢的鋼絲繩出現松動現象。

2.2 從設備制造方面分析

1）卷筒圓度超標。圓度誤差是卷筒形狀的評價參數，如果圓度誤差不符合相關標準，就會導致運行過程中，鋼絲繩沿卷筒持續跳動，使得鋼絲繩極易從輪槽中跳出，造成鋼絲繩出現松動。

2）天輪輪槽的深度不符合相關要求，會導致使用過程中鋼絲繩由于跳動現象極易從輪槽中跳出，導致鋼絲繩出現松動現象。因此制造過程中輪槽深度不得小于鋼絲繩直徑的1.5 倍[3]。

3 鋼絲繩松繩防護措施

針對上述問題，本文從制動減速度參數設置、鋼絲繩纏繞數量、松動報警設置以及輪槽加工制造等方面提出針對鋼絲繩的防松措施。

3.1 鋼絲繩排繩

為了避免多排鋼絲繩在卷筒轉動過程中出現纏繞混亂現象，可以通過事前引導的方式確保纏繞過程中鋼絲繩的有序排布，也可以通過監測系統，在鋼絲繩排布混亂時及時發出警報，提升調節效率。

1）設計一種事前引導裝置，確保鋼絲繩的有序排布。排繩器的工作原理如圖2 所示。排繩器的主要原理是將鋼絲繩纏繞在導桿、絲杠機構上，卷筒轉動過程中排繩裝置、導桿、絲杠有序運動，確保鋼絲繩的合理排布。裝置制造過程中應當確保絲杠螺距和卷筒繩槽節距相同，確保卷筒轉動過程中，絲杠和卷筒的角速度大小相同，卷筒每轉動一周，鋼絲繩沿絲杠橫向運動一個螺距。通過排繩裝置的設置，能夠確保卷筒轉動過程中鋼絲繩的有序排布，避免了鋼絲繩纏繞導致提升設備難以正常工作。

圖2 排繩器的工作原理

2）設置鋼絲繩纏繞狀態監測系統，在鋼絲繩纏繞混亂時及時發出警報。鋼絲繩排繩監測裝置如圖3 所示，排繩監測裝置布置在卷筒的下端，和卷筒間存在一定的間隙，正常情況下鋼絲繩有序排布，由于間隙的存在排繩監測裝置上集成的傳感器不會被觸發，裝置不會發出警報，一旦鋼絲繩纏繞混亂，卷筒直徑增大，間隙被填滿，傳感器被觸發，控制系統發出警報并控制設備及時制動，避免事故出現。

圖3 鋼絲繩排繩監測裝置

3.2 鋼絲繩松繩預防

為避免鋼絲繩出現松繩現象，從鋼絲繩受力狀態的變化以及位置狀態的變化進行分析。通過控制系統對信號采集模塊的采集信息進行實時判斷，一旦發現相關數值超過預警，控制系統發出警報并采取對應措施，避免事故的出現。

1）設置鋼絲繩拉力監測裝置，鋼絲繩拉力監測裝置如圖4 所示。將測力銷和鋼絲繩相連接，卷筒正常運行時鋼絲繩有序纏繞，測力銷受力幾乎不變，一旦鋼絲繩出現松繩現象，測力銷傳感器數值減小，控制系統進行故障判斷，發出信號確保提升系統及時制動。

圖4 鋼絲繩拉力監測裝置

2）設置鋼絲繩防松保護裝置，鋼絲繩防松保護裝置如圖5 所示。防松裝置設置在卷筒的下方，鋼絲繩正常纏繞時防松裝置中的張緊繩處于松弛狀態，行程開關斷開，一旦鋼絲繩纏繞混亂，張緊繩受到觸壓，行程開關發出信號，控制系統發出警報并及時采取相應的安全措施。

圖5 鋼絲繩防松保護裝置

4 鋼絲繩的應用管理

4.1 備用鋼絲繩管理

4.1.1 備用鋼絲繩驗收

鋼絲繩在使用過程中由于持續受到較大的拉應力和摩擦力，經常會出現不同種類的故障導致其無法正常工作。因此應當定期對鋼絲繩進行質量檢測，發現問題及時進行更換或者維修，更換備用繩后應當及時進行質量檢測，確保備用繩的質量滿足要求。

4.1.2 備用鋼絲繩儲存注意事項

為確保備用鋼絲繩使用時的質量滿足要求，存儲過程中應當注意以下幾點：存儲區域應當干燥通風，避免鋼絲繩受到腐蝕；存儲時間較長時應當定期進行轉動，確保油脂的均勻分布；存儲區域盡量保持恒溫狀態，避免因為溫度的頻繁變化導致鋼絲繩的物理性能下降。

4.2 在用鋼絲繩管理

4.2.1 鋼絲繩檢查管理

1）根據鋼絲繩種類制定不同的質檢周期，提升鋼絲繩每日一檢，平衡鋼絲繩每周一檢，每次檢查過程中及時將檢查結果進行記錄，相關人員填寫檢查內容，明確責任劃分，檢查內容應當包括斷絲、銹蝕、直徑縮小、捻距變化等。

2）驅動電機的檢查不得低于每月一次，檢查后應當注明檢查日期，便于統一管理。

4.2.2 鋼絲繩數據管理

1）鋼絲繩的直徑。鋼絲繩直徑指的是鋼絲繩的外徑數值。

2）鋼絲繩捻距。捻距分為股的捻距和繩的捻距，前者指的是鋼絲圍繞中心絲旋轉一周相對應的兩點的直線距離；后者指的是股圍繞鋼絲繩芯旋轉一周相對應的兩點的直線距離。

3）斷絲。鋼絲繩檢查過程中，對于發現的斷絲位置，應當以提升容器為參考進行位置標定，對于斷絲頻率較高的區域應當重點進行檢查。常見的斷絲檢查方式有人工檢查和機器檢查兩種，由于斷絲檢查準確度較高，因此根據實際情況任選其一，均可滿足檢查要求。相關人員每周進行一次斷絲全面檢查，并根據檢查數據確定下周檢查的重點區域；每15 d 左右采用機器檢測的方式進行鋼絲繩檢測，將檢測結果和人工檢測相比較進行斷絲判斷。對于不影響鋼絲繩正常使用的斷絲，直接剪去避免斷絲在纏繞過程中被拉長。

5 結語

文章對斜井提升裝置鋼絲繩出現松繩現象的原因進行詳細分析，對現有方案中的被動監測方式進行優化，實現了鋼絲繩防松的主動防護，給同類型斜井的鋼絲繩防松方案制定提供了重要借鑒，在此基礎上對鋼絲繩的保養和維修方案進行了總結，提升了鋼絲繩的使用壽命，提高了斜井提升的作業效率。