礦井提升鋼絲繩斷繩事故分析

龔 文，周 建

（長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

1 事故簡介

2018年4月，湖南省某金礦2號斜井發生一起提升鋼絲繩斷繩事故，事故由提升絞車牽引3輛重載礦車從井口變坡點附近斜坡上下放時，礦車底盤被斜坡上地滾裝置卡住不動，絞車司機繼續放繩情況下井口信號工發出急停信號，提升絞車司機立即停止下放鋼絲繩，幾秒鐘后突然出現礦車自由下行在強大的沖擊力作用下致使鋼絲繩出現斷繩，礦車在重力作用下急速下行并撞毀井筒內設備設施，造成較大的運輸安全事故。

2 事故鋼絲繩的取樣及現場相關數據信息的采集

現場對斜井相關數據信息進行測量記錄，對提升絞車相關參數和發生事故時的運行數據信息進行采集。在事故現場未遭到破壞的情況下，對事故鋼絲繩斷繩處的兩個繩頭進行取樣，帶回試驗室進行力學性能檢測檢驗。

3 事故鋼絲繩樣品檢驗

3.1 樣品外觀檢查

斷繩處繩頭部位：①鋼絲繩表面磨損嚴重，一個捻距內出現多根鋼絲斷絲。②斷口部位鋼絲繩繩蕊缺油，鋼絲存在嚴重的銹蝕問題。

3.2 折股制樣鋼絲外觀檢查

制樣過程中發現折股鋼絲存在銹蝕嚴重和磨損嚴重的現象，部分鋼絲的最薄處甚至達到用手一掰就斷的程度。

3.3 拆股鋼絲力學性能檢驗

依據相關標準要求的試驗項目和方法對鋼絲進行力學性能的檢驗，檢驗結果見下表1。

表1 力學性能檢驗項目及結果

3.4 事故鋼絲繩檢驗結果綜合判定

根據以上外觀檢查和實驗室檢驗結果，得知事故發生前鋼絲繩的結構和力學性能已發生嚴重變化，抗拉強度和韌性已嚴重下降，整根鋼絲繩中鋼絲均為不合格鋼絲，不合格鋼絲的斷面積與鋼絲總斷面積之比達到100%，綜合判定為不合格。

4 事故鋼絲繩所受沖擊力計算

根據現場采集數據和收集資料：斷繩事故發生之前，事故鋼絲繩牽引3輛重載礦車下行，事故發生后，斷繩點到井口變坡點位置距離為7m（斷繩點靠近礦車與鋼絲繩的連接端）。

距離井口變坡點7m位置鋼絲繩所受沖擊力計算：

斜坡角度θ=28°；斜坡長度L=260m；

滿載礦車質量m≈1950kg×3=5850kg；

鋼絲繩與地滾、地面接觸面間的運動阻力系數f1，取0.15；

礦車與鋼軌接觸面間的運動阻力系數f2，取0.01；

鋼絲繩單位長度質量；ρ=2.17kg/m；

斷繩點至井口變坡點距離L1=7m；斷繩點至滾筒距離L2=40m；

鋼絲繩中鋼絲總斷面積S=195.72mm2；

松繩長度：h=3m；重力加速度；g=9.8m/s2；

鋼絲繩彈性模量ES為：ES=（73.5～147.0）×109Pa。

考慮鋼絲繩使用時間較長，磨損、銹蝕嚴重，對鋼絲繩彈性的影響，參照力學性能檢驗結果的數據，彈性模量取最小值，即：

鋼絲繩靜負荷伸長Δj：

受沖擊時動荷系數Kd：

所受沖擊力Fd：

將數據代入公式（2）～（4）得：

由以上計算所知，3輛重載礦車自由下行對斷繩點所產生的沖擊力為268kN，大于斷繩點處試驗樣品的破斷拉力。

5 事故鋼絲繩安全系數計算

（1）根據現場數據采集和資料收集，可知提升絞車實際提升3輛滿載礦車位于斜井井底斜坡上時鋼絲繩承受最大靜張力，計算公式如下：

將已知數據代入公式（5）得：

（2）安全系數的計算，提升鋼絲繩最小鋼絲破斷拉力總和與實際承受最大靜張力之比為鋼絲繩安全系數，詳見表2。

表2 鋼絲繩的安全系數

由以上計算數據可知，事故鋼絲繩的安全系數低于《金屬非金屬礦山安全規程》對提升鋼絲繩的要求，無法滿足該斜井提升任務的要求。

6 事故原因

①斜井井口變坡點位置地滾安裝不合理，致使礦車運行至該位置時底盤被地滾卡住而引起鋼絲繩出現松繩現象。②事故鋼絲繩缺少日常維護保養?，F場調取該鋼絲繩的日常維護保養記錄本，發現記錄本上無相關記錄，后向礦方相關人員詢問得知，礦方制定有鋼絲繩的定期維護保養制度，但該制度并未執行到位，鋼絲繩長期缺少維護保養。由于該原因事故鋼絲繩存在嚴重銹蝕、嚴重磨損、嚴重斷絲等缺陷，鋼絲繩的結構和力學性能發生嚴重變化，致使抗拉強度和韌性嚴重下降，鋼絲繩無法承受外部沖擊力而最終導致鋼絲繩發生斷繩事故。③查閱礦方提供的鋼絲繩日常檢查記錄，發現部分檢查項目無記錄和記錄內容與實際不符，存在項目漏檢和檢查數據弄虛作假的現象，致使礦方不能實時掌握鋼絲繩的真實現狀。④設備設施日常安全管理不到位，對鋼絲繩的定期安全檢測檢驗意識不強?！督饘俜墙饘俚V山安全規程》明確要求礦方應委托有相應資質的檢測檢驗機構按規定的檢驗周期對使用中的鋼絲繩進行檢驗，事故鋼絲繩最近一次的定期檢驗時間（2017年3月）至事故發生時已有13個月，超過規程要求的半年時間。

7 事故教訓

①斜坡上的地滾安裝不合理，將給礦車的安全運行帶來嚴重的影響。②鋼絲繩如得不到及時的維護保養，必將導致鋼絲繩的安全性能出現嚴重下降。③鋼絲繩的日常檢查工作如果敷衍了事，肯定不能及時發現鋼絲繩存在的安全隱患。④不按規程要求的檢驗周期委托檢驗單位對鋼絲繩進行定期檢驗，礦山企業將無法實時了解到鋼絲繩的安全性能。

8 預防對策

（1）對井口變坡點處地滾重新進行合理安裝，在以后的生產運行過程中對其做好日常維護保養和檢查工作，如發現其存在任何故障和安全隱患，應及時對其進行修復或更換。

（2）對使用中鋼絲繩加大日常維護保養、日常檢查和定期檢測檢驗工作的力度。根據提升任務的要求和現場環境的實際情況定期給鋼絲繩加注潤滑油，以確保鋼絲繩一直處于良好的潤滑狀態。加強日常檢查工作，對檢查項目的結果做好詳細的記錄，以實時了解鋼絲繩的使用現狀，如發現鋼絲繩存在超過《金屬非金屬礦山礦山安全規程》和相關標準要求的安全隱患，應及時予以解決，必要時應對不符合要求的鋼絲繩進行更換。同時按規程要求委托有相應資質的檢測檢驗機構按規定的檢驗周期對使用中的鋼絲繩進行檢驗，以了解其是否處于安全可用狀態，如鋼絲繩檢驗結果為不合格，應及時對其進行更換。

（3）通過各種方式的技能培訓和安全知識講座進一步提升企業員工的生產技能和安全生產意識。以使各崗位員工能做到技能熟練，操作得當，安全到位。

（4）購置鋼絲繩在線無損檢測儀器，以便企業能實時對鋼絲繩進行檢測，實時掌握鋼絲繩的現狀，為判定鋼絲繩能否繼續使用提供真實、可靠的依據。

（5）企業各級管理部門進一步強化現場安全管理工作，對設備操作人員的操作方式和安全注意事項、對現場工作人員的安全行為進行嚴格監督，對發現的任何違規操作的現象，要做到有違必糾。