提升机技术改造及造成钢丝绳断绳事故分析

彭建红(湖北煤监局安全技术中心,湖北武汉 430071)



提升机技术改造及造成钢丝绳断绳事故分析

彭建红
(湖北煤监局安全技术中心,湖北武汉 430071)

【摘 要】煤矿提升机是咽喉设备,产品不断更新换代,老产品原本落后的结构问题暴露突出,需要进行技术改造,但技术改造不全面,改造后的安全措施不到位,可能导致事故的发生。2008年,南方某煤矿对主提升机进行技术改造后,连续发生两起斜井断绳跑车事故,虽然没有人员伤亡,却毁坏了井筒和沿巷的电缆、风管、水管等设施。本文通过对断绳原因分析,提出技术改造的建议。

【关键词】煤矿 技术改造 断绳事故

1 事故经过

2008年为了提高矿井产量，该矿对地面主斜井提升机JK-2/30进行提速改造，仅更换了减速箱齿轮，将变速比由30改为20，提升机其它运行参数未作任何改变，也未采取保护措施，导致连续两起钢丝绳在使用三个月后，串车上行至距井口10m左右时，提升绞车紧急制动发生蹬绳断裂。

经调查分析认为，提升机技术改造后速度增大，斜井重载上提时，提升机紧急制动时，钢丝绳将出现松弛现象，受串车的冲击力作用，导致断绳事故的发生。

2 事故的原因分析

2.1 自然减速度Ac

a为斜井倾角，a=29°；f1为串车沿轨道运行时的阻力系数，f1=0.01～0.015。

2.2 断绳时实际工作最大制动力FZ

式中：FZ为提升机实际工作制动力，Nm；Pe为与Me相对应的提升绞车设计油压值，MPa；Rz制动盘平均摩擦半径，m。查该型提升机的盘型制动器的技术参数可知Pe=3.196 MPa，Me=18000×9.81Nm，Rz=1.08m；C制动盘闸各阻力之和，C=P1+P2+P3=2.06MPa；其中P1为保证全松闸时的闸瓦间隙所需油压，P1≈0.88MPa；P2为油缸密封圈、弹簧阻力所折算的油压值，P2≈0.69MPa；P3为制动状态时系统残压，P3≈0.49MPa；Px提升绞车制动系统实际需要的工作油压，现场查看PX=5.1MPa。由于改造后工作油压未调整，故改造前后的制动力均为155520N。

2.3 断绳时静阻力Fj

在断绳时，提升机所承受的静阻力为：

由此，十八大后的这两个“一号文件”将新时代“三农”工作所处的历史方位日益勾勒清晰，对进一步解放思想，稳中求进，改革创新，坚决破除体制机制弊端，坚持农业基础地位不动摇，加快推进农业现代化和社会主义新农村建设取得新进展提出了要求，也为新时代“三农”工作由“补短腿、补短板”向“强美富”发展举好旗定好向，为改革创新再出发奠定了坚实基础。

式中：k为一次提升的矿车数，k = 6；Q为矿车装载重量，Q=1120kg；Q0为矿车自身重量，Q0=595kg；f2为钢丝绳运行时的阻力系数，f2=0.2；p为钢丝绳单位长度重量，采用提升钢丝绳型号为6×7-24-1670+FC，直径24mm，钢丝绳中所有钢丝破断拉力总和为381024N，p=2.141 N/m； L0断绳点至天轮的长度， L0=50m。

改造时对提升载荷未调整，故改造后在断绳时，提升机所承受的静阻力仍为51043.4N。

2.4 提升系统总变位质量∑m

提升系统总变位质量∑m为：

式中：LP为钢丝绳全长，LP=630m； mj为提升机的变位重量 改造前mj=6800kg，改造后mj=5900kg；md为电动机转子的变位重量，配用电机型号为JR1410-8，功率280KW，飞轮转矩为GDd2=180kg.m2，根据md=i2GDd2/D2，改造前md=40500kg，改造后md=18000kg，i减速比，改造前i=30，改造后i=20，D提升机滚筒直径，D=2m；mt为天轮的变位重量，采用固定TSG2000/13.5天轮，mt=307kg。

代入上述参数至式中，改造前提升系统总变位质量∑m=6039.3kg；改造后提升系统总变位质量∑m=3654.1kg。

2.5 改造前后的紧急制动减速度azj

提升机紧急制动时，提升系统受到制动力和静阻力，其制动减速度为：

经计算改造前紧急制动减速度azj=3.49m/s2〈Ac；改造后紧急制动减速度azj=5.76m/s2〉Ac。

由计算结果可知，改造后azj＞Ac，重串车自然上冲速度大于钢丝绳上提速度，钢丝绳产生松绳，松绳大小与制动时运行速度有关。

2.6 钢丝绳的松绳量

(1)提升机产生制动效果后，其收绳量为：

式中：vm改造后提升机的最大运行速度Vm=3.82m/s。

(2)提升机紧急制动后，重载串车沿轨道上冲的距离为：

(3)钢丝绳的实际松绳长度为：

S=S2-S1=0.33m

2.7 松绳时对钢丝绳所受的冲击力Fc

由能量法可知，钢丝绳冲击过程中所积累的应变能Ud等于重串车在此过程中所作的功W，即

Ud=W

其中W=Q′（S+△d ）

Q′绳端载荷重,Q′=k（Q+Q0）（sina -f1cosa）=4852.1(kg)，L0为提升容器至提升绞车卷筒与钢丝绳相切处的长度，即筒外长度，L0=75+10=85m(提升机至井口钢丝绳长75m)；E为钢丝绳的弹性模量，取E=0.8×105GMPa；A为钢丝绳的横截面积，取A=2.2288 cm2。

可求得重串车作用在钢丝绳上的冲击力Fc：

3 对策与建议

(1)为了防止斜井提升断绳跑车事故的发生，提升机改造要全面考虑各系统的适应性。合理设置液压系统的油压或改造制动系统，采用二级制动方式，分级施加制动力矩，可避免松绳现象的发生，保证制动安全可靠。(2)适当延长制动的空动时间。对于斜井提升，如果空动时间太短，使制动减速度小于上提重载的自然减速度，避免松绳造成冲击断绳跑车。(3)井口采用托绳装置，使钢丝绳在井口松弛长度尽可能减小，避免产生过大的冲击力。(4)在井口附近应尽量采用慢速运行，采用限速和减速提醒保护，保证选择的提升速度小于《煤矿安全规程》规定的最大值。