摩擦式提升機滑繩預防措施

2018-10-16 09:37:04林陽輝

現代礦業 2018年9期

林陽輝

(福建馬坑礦業股份有限公司)

我國礦產資源豐富，在經濟社會中占有極為重要的地位。在礦產開采過程中，礦用提升機作為聯系地面與井下的核心設備，素有礦井咽喉之稱。近年，隨著國內礦山開采深度的不斷加深，摩擦式提升機因其適用深井、回轉力矩小、電機容量低、能耗小等優勢被廣泛使用。但摩擦式提升機在使用生產中存在滑繩問題，故對預防摩擦式塔式提升機滑繩措施等理論與實際進行了深入研究，并提出了有效的改進及預防措施。

1 理論上摩擦提升機滑繩三大因素

摩擦提升機在設計過程中，雖然進行了防滑驗算，但其滑繩現象仍時有發生[1-2]。摩擦提升機結構原理見圖1、傳動原理見圖2。

圖1 摩擦提升機結構原理

理論上摩擦提升機滑繩三大因素如下：

(1)提升機襯墊摩擦系數降低。提升機襯墊的摩擦系數并非定值，與其所處環境溫度、鋼絲繩的表面狀態、蠕動速度、比壓等有關，且在多種因素影響作用下，其系數變化復雜。

(2)配重不足或超載。在主井提升過程中，經常發生箕斗未卸完或引起過載，導致滾筒兩側鋼絲繩張力差過大。

圖2 摩擦提升機傳動原理

(3)啟動力矩或制動力矩調整過大，使滾筒兩側鋼絲繩張力過大，導致滑動。

2 實例分析

2.1 某礦山塔式提升基礎資料

井塔高40 m，井口標高+640.25 m，裝載標高-73.1 m，卸載標高+454 m，尾繩環標高-105.1 m，主導輪圍包角α=192°49'，襯墊摩擦系數μ=0.25、eμα=2.319，重載側提升鋼絲繩長度H=753.35 m，重載側尾繩長度Hw=21 m，空載側提升鋼絲繩長度H1=226.25 m，空載側尾繩長度Hw1=559.1 m，箕斗自重Qj=40 t，有效載重Qx=34.88 t，首繩6根，Ps=7.26 kg/m，尾繩4根，Pw=10.5 kg/m，導向輪質量mL=11 900 kg。

2.2 理論上提升防滑參數值計算

重載側鋼絲繩總質量m1=108.58 t，空載側鋼絲繩總質量m2=73.8 t，礦井阻力Pw=26 kN，鋼絲繩作用在主導輪上的最大靜拉力S1=1 064.1 kN，鋼絲繩作用在主導輪上的最小靜拉力S2=723.24 kN。

(1)重載側和空載側的靜張力比kj。kj=S1/S2=1.47<1.5，滿足《金屬非金屬礦山安全規程》多繩摩擦提升系統，靜防滑安全系數應大于1.75，動防滑安全系數應大于1.25，重載側和空載側的靜張力比應小于1.5。

(2)靜防滑安全系數μj。μj=S2(eμα-1)/(S1-S2)=2.8>1.75，滿足《金屬非金屬礦山安全規程》要求。

(3)動防滑安全系數μd。μd=1.7>1.25，滿足《金屬非金屬礦山安全規程》要求。

(4)重載加速提升時最大許用加速度a1。C=1 744，a1max=1.81 m/s2，為防滑安全許用加速度a1≤0.8a1max=1.448 m/s2，根據《金屬非金屬礦山安全規程》中豎井提升設備安全制動時的減速度應滿足：滿載下放時應不小于1.5 m/s2，滿載提升時應不大于5 m/s2，以及摩擦式提升裝置常用閘或保險閘發生作用時，全部機械的減速度不得超過鋼絲繩的滑動極限。

(5)重載下放時最大許用減速度a3。a3max=2.18 m/s2，為防滑安全許用加速度a3必須滿足規定范圍：1.5≤a3≤0.8a3max，即1.5≤a3≤1.744 m/s2。

2.3 緊急停車情況分析。

緊急停車試驗情況見表1。

表1 緊急停車試驗情況

(1)箕斗載重28 t，以12 m/s速度上提過程中進行減速停車。實際速度由12.04 m/s降為0.3 m/s，減速時間為4.16 s，減速度為2.82 m/s2鋼絲繩不打滑，試驗正常。

(2)箕斗載重28 t，以1.5 m/s速度下放過程中進行減速停車。實際速度由1.79 m/s降為0.25 m/s，減速時間為938.7 ms，減速度為1.64 m/s2鋼絲繩不打滑，試驗正常。

(3)箕斗滿載34.8 t，以12 m/s速度上提過程中進行減速停車。實際速度由12.08 m/s降為0.32 m/s，減速時間為3.86 s，減速度為3.04 m/s2鋼絲繩不打滑，試驗正常。

(4)箕斗滿載34.8 t，以3 m/s速度下放時進行減速停車。實際速度由3.04 m/s降為0 m/s，減速時間583 ms，提升鋼絲繩在主導輪上產生了嚴重的滑繩現象，導致下放側的重箕斗過卷，被井底楔形罐道卡住，上升側的空箕斗超速沖擊卸載直軌，引起卸載直軌裝置及支撐梁變形和位移，主導輪摩擦襯墊繩槽局部磨損嚴重。

重箕斗下放過卷事故原因分析：箕斗滿載34.8 t，以3 m/s速度下放時按急停按鈕減速停車試驗，重箕斗運行速度由3.04 m/s降至1.16 m/s，減速時間為345 ms，計算減速度為5.8 m/s2；速度由0.76 m/s降至0 m/s，減速時間為124 ms，計算減速度為6.13 m/s2。速度由3.04 m/s降至0 m/s總減速時間為538 ms，計算平均減速度為5.65 m/s2。

根據《金屬非金屬礦山安全規程》豎井和傾角大于30°的斜井的提升設備，安全制動時的減速度應滿足：滿載下放時應不小于1.5 m/s2，滿載提升時應不大于5 m/s2，以及摩擦式提升裝置，常用閘或保險閘發生作用時，全部機械的減速度不得超過鋼絲繩的滑動極限。

從前面計算可知，重載下放時不產生滑動的最大減速度為2.18 m/s2，實際取值必須不大于1.744 m/s2?，F場重載箕斗下放急停試驗過程中，制動減速度最大值為6.13 m/s2，平均減速度為5.65 m/s2，制動減速度遠大于2.18 m/s2滑動極限值，且在滿載下放試驗時是通過按壓司機操控臺右側急停按鈕實現緊急制動的，而非事故狀態下的自動停車。從調閱試驗時現場主導輪視頻監控圖像，主導輪從旋轉運動變為靜止時間極短，緊急停車時未看到滾筒有幾次制動停車跡象，即未見有平緩減速制動過程，說明恒減速制動裝置未投入或投入不正常，造成緊急制動狀態下鋼絲繩嚴重打滑，導致重箕斗過卷進入井底楔形罐道、空箕斗沖壞上部卸載設施的事故發生。相當于重載汽車下陡坡時突然急剎車，勢必造成汽車嚴重打滑甚至翻車事故。