礦用無(wú)極繩絞車鋼絲繩更換方法優(yōu)化與實(shí)踐

艾敬國(guó)，劉會(huì)彬，楊 博

(彬縣煤炭有限責(zé)任公司，陜西 咸陽(yáng) 712000)

0 引言

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，提升系統(tǒng)屬于一個(gè)重要環(huán)節(jié)，尤其是鋼絲繩在整個(gè)系統(tǒng)中有重要作用。鋼絲繩由于磨損及疲勞，要不定期進(jìn)行更換。礦用無(wú)極繩絞車鋼絲繩的更換歷來(lái)是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，操作難度大的工作任務(wù)，目前通用的方法主要利用無(wú)極繩梭車牽引新的鋼絲繩，以實(shí)現(xiàn)對(duì)新繩的布設(shè)，同時(shí)在尾輪處設(shè)置滑輪做臨時(shí)尾輪，從而達(dá)到導(dǎo)向的目的[1]。此種方法所需用工器具及準(zhǔn)備工作較多，工序上費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且人力作業(yè)量較大，實(shí)際操作過(guò)程中困難也較多，不利于安全作業(yè)。為了礦井的安全高效生產(chǎn)，某煤礦嘗試從主運(yùn)輸大巷無(wú)極繩絞車鋼絲繩更換方法上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，研究摸索出更加省時(shí)省力、操作簡(jiǎn)單的換繩工藝方法[2]。

1 背景技術(shù)

礦用無(wú)極繩絞車作為一種常用的輔助運(yùn)輸裝備，應(yīng)用十分廣泛。作為提供直接拉力的媒介，絞車鋼絲繩承受著負(fù)荷及摩擦，特別是主要運(yùn)輸巷道的無(wú)極繩絞車，運(yùn)行繁忙，工作量大，容易疲勞磨損，鋼絲繩必須加強(qiáng)繩徑及斷絲情況的日常檢查，不能滿足安全使用要求，需及時(shí)進(jìn)行更換[3]。由于鋼絲繩的使用時(shí)限及疲勞造成強(qiáng)度下降，一般鋼絲繩運(yùn)行每半年就需進(jìn)行更換。目前通用的方法主要利用無(wú)極繩梭車牽引新鋼絲繩，以實(shí)現(xiàn)對(duì)新繩的布設(shè)，同時(shí)在尾輪處設(shè)置20T滑輪做臨時(shí)尾輪，從而達(dá)到導(dǎo)向的目的。新鋼絲繩穿過(guò)軌道底部叉道及通過(guò)無(wú)極繩絞車張緊器和滾筒時(shí)，均需人工操作，完成后重新將新繩固定在梭車上。新繩布設(shè)完成后，最后進(jìn)行緊繩試車，完成整個(gè)換繩工作。

此種方法主要存在以下不足。一是所需用工器具及準(zhǔn)備工作較多，需要提前準(zhǔn)備并安裝3臺(tái)調(diào)度絞車，其中2臺(tái)分別安設(shè)于前后尾輪處用于繩頭換向時(shí)拉繩，第3臺(tái)調(diào)度絞車則用于回收舊繩，同時(shí)要單獨(dú)安裝20T滑輪做臨時(shí)尾輪。二是工藝上費(fèi)力，人工作業(yè)量較大，需作業(yè)人員約15人，要多次拆卸、安裝梭車鋼絲繩，將新繩從岔道下穿過(guò)；3臺(tái)調(diào)度絞車打運(yùn)、安裝穩(wěn)固需多人分組進(jìn)行；新繩穿入張緊器及纏繞無(wú)極繩絞車滾筒時(shí)，也需多人人工操作。三是所用時(shí)間較長(zhǎng)，整個(gè)換繩過(guò)程所用時(shí)間需2個(gè)單班共計(jì)16 h以上，各個(gè)工序之間還要合理安排，緊密配合。四是作業(yè)安全性不高，作業(yè)過(guò)程中由于工序多、人工作業(yè)量大、人員交叉作業(yè)多，實(shí)際操作中困難也較多，不利于現(xiàn)場(chǎng)指揮，作業(yè)安全性難以有效保障。

2 換繩工藝優(yōu)化改進(jìn)的思路和方法

2.1 主要思路

為了克服以往技術(shù)方法存在工序繁多、準(zhǔn)備工作量及人工作業(yè)量大、工藝上費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且作業(yè)的安全性難以得到可靠保證等問(wèn)題和不足，聯(lián)系井下斜巷運(yùn)輸皮帶裁剪、更換方法，研究探索一種新的鋼絲繩更換方法，簡(jiǎn)化工序，節(jié)約人力、物力和時(shí)間成本，進(jìn)一步提高作業(yè)的安全高效性。

2.2 皮帶更換方法概述

根據(jù)常見(jiàn)斜巷皮帶輸送示意圖，如圖1所示。對(duì)皮帶更換方法進(jìn)行概述。裁切、更換皮帶時(shí)，首先將要裁切的部分起點(diǎn)轉(zhuǎn)到K點(diǎn)，并將皮帶夾緊，防止滑脫；從K處裁切，將K點(diǎn)上端帶頭與新帶進(jìn)行硫化搭接；硫化結(jié)束后，拆除夾帶裝置，用鋼絲繩捆綁K點(diǎn)處的舊帶頭，與提前安置的調(diào)度絞車相連；然后同時(shí)開(kāi)啟調(diào)度絞車和皮帶機(jī)，保持二者同速，硫化的新帶由皮帶機(jī)滾筒向上拉，調(diào)度絞車從K點(diǎn)向外拉舊帶頭，從而完成舊帶的裁切及回撤；舊帶裁撤后再硫化另一處皮帶接頭，最后完成緊帶及調(diào)試工作[4]。

圖1 斜巷皮帶輸送示意Fig.1 Belt conveying in inclined roadway

優(yōu)化后的鋼絲繩更換方法思路來(lái)源于此，即利用原驅(qū)動(dòng)裝置及調(diào)度絞車實(shí)現(xiàn)一進(jìn)一出、循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，采用新舊皮帶及鋼絲繩搭接的方法一次性完成新帶、新繩的鋪設(shè)，減少準(zhǔn)備工作量，節(jié)約時(shí)間，提高工作效率。

2.3 鋼絲繩更換技術(shù)方案

無(wú)極繩絞車鋼絲繩更換過(guò)程示意圖，如圖2所示。首先準(zhǔn)備好新鋼絲繩盤，將無(wú)極繩梭車停在軌道端頭處，分別取下舊繩兩端并固定好以防滑脫，然后用電機(jī)車將新繩頭拉至梭車處，將新繩繩頭和舊繩下行端拆解開(kāi)，將2個(gè)繩頭的繩股各剁去一半，然后進(jìn)行編織纏繞、完成插接，插接部分用細(xì)鐵絲緊扎，舊繩另一端固定在電機(jī)車尾部。準(zhǔn)備工作就緒后，開(kāi)啟無(wú)極繩絞車緩慢下行，同時(shí)電機(jī)車上行拉舊繩，運(yùn)行過(guò)程中保持二者速度一致，這樣就完成了新舊繩的循環(huán)更換。

圖2 無(wú)極繩絞車鋼絲繩更換過(guò)程示意Fig.2 Wire rope replacement process of endless rope winch

電機(jī)車向外拉繩時(shí)可根據(jù)井下環(huán)境實(shí)際情況，分段拉出，將舊繩回收，也可采用專用的收繩裝置回收舊繩。過(guò)程中，新繩繩頭通過(guò)無(wú)極繩絞車硐室張緊器及絞車滾筒時(shí)，需要密切關(guān)注。新繩布設(shè)到位后，將兩端頭分別取下并選取合適長(zhǎng)度固定在梭車上，再進(jìn)行緊繩試車，完成整個(gè)換繩工作[5-7]。

3 優(yōu)化工藝實(shí)施流程

下面結(jié)合技術(shù)方案對(duì)工藝作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

3.1 新繩準(zhǔn)備

準(zhǔn)備好新鋼絲繩，在軌道端頭適當(dāng)位置將新鋼絲繩盤用支撐架吊起來(lái)，支撐架需提前加工，包括左右對(duì)稱的一副支撐架及一根橫軸，橫軸穿過(guò)繩盤，坐落于支撐架上。整個(gè)支撐架要求穩(wěn)固牢靠，能支撐整盤鋼絲繩重量，繩盤能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，并且現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備制動(dòng)桿，用于系統(tǒng)停車時(shí)臨時(shí)制動(dòng)，防止繩盤由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)[8]。

3.2 無(wú)極繩梭車準(zhǔn)備

將無(wú)極繩梭車停在軌道端頭、新繩盤附近，從梭車上分別取下舊繩兩端，并用繩卡固定好以防滑脫，兩端頭均需額外留足長(zhǎng)度以利于作業(yè)，其中下行端外留部分用以和新繩插接，上行端需和電機(jī)車連接。

3.3 新舊繩頭插接

將新繩頭用電機(jī)車牽引至梭車處，分別拆解開(kāi)新繩繩頭和舊繩下行端，并將2個(gè)繩頭的繩股各剁去一半，接著將2個(gè)繩頭對(duì)在一起編織纏繞，進(jìn)行插接。插接長(zhǎng)度參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，小插接一般不小于鋼絲繩直徑的40～50倍，《煤礦安全規(guī)程》第414條規(guī)定，鋼絲繩接頭的插接長(zhǎng)度不得小于鋼絲繩直徑的1 000倍。這2種插接長(zhǎng)度的要求是為了確保鋼絲繩正常安全使用。以小插接法為例計(jì)算，礦井常用無(wú)極繩絞車為SQ-120(132)P型變頻式無(wú)極繩絞車，鋼絲繩直徑為φ28 mm，計(jì)算插接長(zhǎng)度約11.2～14 m。考慮到換繩過(guò)程中無(wú)極繩絞車不帶負(fù)載、低速運(yùn)行，且插接段僅在換繩過(guò)程中使用一次，結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)情況，插接長(zhǎng)度一般不小于5 m[9]。

編制插接過(guò)程中要注意鋼絲繩的捻向，對(duì)繩頭時(shí)要拉緊使兩端繩的捻距一致。插接完成后，再用細(xì)鐵絲(14#)對(duì)插接段進(jìn)行緊扎以提高連接強(qiáng)度，最后將舊繩另一端用鋼絲繩卡重新固定在電機(jī)車尾部，由電機(jī)車向外拉[10]。

3.4 新舊鋼絲繩更換

一切準(zhǔn)備工作就緒后，開(kāi)啟無(wú)極繩絞車緩慢下行，速度控制在0.5～1 m/s之間，同時(shí)電機(jī)車反方向運(yùn)行向外拉舊繩，運(yùn)行過(guò)程保持二者速度一致。電機(jī)車?yán)f繩時(shí)，受巷道長(zhǎng)度限制，可分次進(jìn)行，每次需取下固定的鋼絲繩并裁切拉出的部分，電機(jī)車空車返回并重新固定鋼絲繩，如此反復(fù)。舊繩的回撤、回收也可采用專用的收繩裝置或調(diào)度絞車。

無(wú)極繩絞車運(yùn)行時(shí)，沿途需安排多人進(jìn)行監(jiān)護(hù)，過(guò)程中要密切關(guān)注插接頭運(yùn)行情況，特別是過(guò)夾繩輪、尾輪及無(wú)極繩絞車硐室張緊器和絞車滾筒，發(fā)現(xiàn)插接繩頭或緊扎的細(xì)鐵絲有松動(dòng)現(xiàn)象則立即停車處理。

無(wú)極繩絞車過(guò)后導(dǎo)向輪時(shí)，需拆除原固定的兩端繩頭，調(diào)換方向并重新固定，然后再換向上行，從而完成新繩的鋪設(shè)。

3.5 緊繩試車

當(dāng)無(wú)極繩絞車牽引新繩頭運(yùn)行至前導(dǎo)向輪附近時(shí)，此時(shí)舊繩已經(jīng)回撤完畢，取下舊繩繩頭；然后將新繩盤的繩頭取下，繞過(guò)前導(dǎo)向輪后選取合適長(zhǎng)度固定在梭車上；最后再緊繩試車，完成整個(gè)換繩工作。

4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

優(yōu)化后的鋼絲繩更換方法經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，并多次在實(shí)踐中得到應(yīng)用，取得了良好效果。目前新的方法已經(jīng)運(yùn)用成熟，并得到推廣。

4.1 工藝簡(jiǎn)單，準(zhǔn)備工作量及作業(yè)環(huán)節(jié)顯著減少

作業(yè)過(guò)程不需用提前打運(yùn)、安設(shè)臨時(shí)尾輪、調(diào)度絞車等工具和設(shè)備，準(zhǔn)備工作大大減少；換繩過(guò)程中不需要人工將鋼絲繩穿過(guò)道岔，且鋼絲繩進(jìn)入無(wú)極繩絞車張緊器、纏繞滾筒不需人工作業(yè)，整個(gè)作業(yè)過(guò)程中間作業(yè)環(huán)節(jié)少，工藝簡(jiǎn)單，易于操作。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全性較高

由于準(zhǔn)備工作量及中間作業(yè)環(huán)節(jié)大大減少，人員數(shù)量便可以有效縮減，人工作業(yè)量降低，且易于操作，作業(yè)人員的安全性大大提高；工藝簡(jiǎn)單，交叉作業(yè)量小，易于現(xiàn)場(chǎng)管理人員指揮、監(jiān)護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

4.3 節(jié)省人力，降低作業(yè)人員勞動(dòng)工作量

新鋼絲繩的布設(shè)由舊繩牽引，動(dòng)力主要由無(wú)極繩絞車和電機(jī)車形成閉合循環(huán)，不需用操作調(diào)度絞車，也不需人力穿過(guò)岔道及無(wú)極繩張緊器。相較以往換繩方法，所需作業(yè)人員數(shù)量從15人降至6～10人，可以有效減少近一半的作業(yè)人員數(shù)量，并大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量。

4.4 節(jié)省時(shí)間，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益

新工藝方法準(zhǔn)備工作及中間環(huán)節(jié)大大減少，整個(gè)換繩過(guò)程中除新繩頭過(guò)后導(dǎo)向輪及暫停分次裁撤舊繩外，幾乎不停車。整個(gè)換繩過(guò)程所用時(shí)間由2個(gè)單班共計(jì)16 h以上可以降至一個(gè)單班8 h之內(nèi)，顯著節(jié)約礦井正常生產(chǎn)時(shí)間，可以創(chuàng)造直接生產(chǎn)效益[11-12]，也減少了其他區(qū)隊(duì)不必要的勞動(dòng)力及時(shí)間浪費(fèi)，降低成本。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)政策改革和煤炭能源行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的推行，煤炭工業(yè)要朝向高質(zhì)量發(fā)展的道路。煤礦企業(yè)，要依靠科技創(chuàng)新，減員增效，實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)。快速、安全的完成鋼絲繩更換便是礦井安全性、經(jīng)濟(jì)性的內(nèi)在要求。新的鋼絲繩更換方法便是從實(shí)際工作中不斷摸索并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，優(yōu)化形成的一種新的成熟工藝。優(yōu)化后的鋼絲繩更換方法，工藝簡(jiǎn)單、省時(shí)省力、作業(yè)安全性大大提高，對(duì)于提升礦井運(yùn)輸安全、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益有顯著作用，具有很好的推廣意義。