浅谈副斜井单滚筒缠绕式提升机光幕松绳保护装置

2018-02-17靳慧勇

机电工程技术 2018年7期

靳慧勇

0 引言

主提升设备是每个矿井井上下联系的主要纽带，是生产系统的“咽喉要道”，在整个煤矿生产系统中有着无可比拟的重要位置。为了保障安全生产，煤矿企业在对主提升设备的维护、保养、人员操作等方面有着极其严格的要求。特别是对提升设备的安全保护方面，国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局在《煤矿安全规程》第四百二十三条做出了明确规定，其中对松绳保护装置有如下具体规定：缠绕式提升机应当设置松绳保护装置并接入安全回路或者报警回路[1]。

1 松绳保护的作用

当缠绕式提升机下放物料的过程中，所提物料运行发生卡阻与运行中的钢丝绳速度出现不一致时，将导致正常运行的钢丝绳发生松弛，当松弛到一定程度时钢丝绳将出现严重扭结现象。若此时提升物料突然出现下落运动，钢丝绳在下落物料巨大的惯性冲击下可能造成钢丝绳断绳事故[2]。当松绳保护装置接入报警回路和安全回路后，在钢丝绳发生松弛现象时能及时发出报警信号并切断安全回路自动断电，避免发生重大事故。

2 松绳保护的意义

在斜井提升中，松绳原因多在以下情况下容易发生：（1）在上提重载物料进入变坡点瞬间；（2）在下放重载物料进入变坡点后；（3）因运行速度发生骤变钢丝绳出现弹跳现象时；（4）物料矿车在斜井巷道内发生掉道、运行中突然被卡阻；（5）物料矿车与钢丝绳的连接销发生脱落或者发生断绳时；（6）物料矿车运行至井底平巷后发生过放现象时等。例如：在绞车下放物料的过程中发生物料矿车跳道并被外物卡阻停止运行，此时物料矿车处于静止状态，而钢丝绳在主滚筒驱动作用下仍然处于正常下放状态，如果此时被卡矿车因自重原因克服外物阻力而突然向下发生滑动，其向下急速的自由运动将对匀速运行中的钢丝绳产生巨大的冲击力，严重情况下甚至直接造成断绳，继而发生严重的安全事故，故而松绳保护装置在提升系统的保护中有着极其重要的作用[3]。

3 传统的松绳保护装置实现方式

到目前为止，大部分老式单滚筒缠绕式提升机松绳保护是采用机械结构触发行程开关来实现的，即用∏型金属支撑架固定一组机械式行程开关置于主提升机房钢丝绳出绳口处的墙体上，机械式行程开关两侧置有横杆弹簧复位机构和上置的横杆机构，横杆机构置于在钢丝绳发生松绳时正好能压住的地方。根据日常观察及运行经验使钢丝绳与行程开关横杆机构保持一定距离（以确保正常运行时的钢丝绳不会触发松绳保护装置机构动作）。当钢丝绳发生松绳事故时，钢丝绳将会压住行程开关上方的横杆机构，在钢丝绳重力作用下横杆机构克服行程开关两侧复位弹簧的弹力，迫使下方的机械式行程开关动作，其串于安全回路的常闭触点（或报警回路的常开或常闭触点）反转，则安全回路断开（或报警回路接通），使提升机进行安全制动（或发出松绳预警）。

4 单滚筒缠绕式提升机老式松绳保护存在的问题及尝试过的解决方法

本单位副斜井单滚筒缠绕式提升机安装于2011年，型号为JK-2.5×2P，电机功率为280 kW，最大提升速度为2.53米/秒，主要用于下放物料、工具和设备等使用。其实用的老式的松绳保护装置安装于提升机房钢丝绳出绳口处的墙体上，但是重车下放进入变坡点瞬间、重车下放停车较猛，或者别的原因引起钢丝绳发生大幅度抖动或发生弹性颤动碰触检测装置时，因钢丝绳上下摆动力度大，极易造成松绳保护误动作，为了解决该问题，曾把机械松绳保护装置置于主滚筒正下方，很好地解决了因钢丝绳发生大幅度抖动或发生弹性颤动碰触检测装置引发的误动作，但新的问题也接踵而来，由于主滚筒钢丝绳的养护主要依靠黄油或者粘度较高的润滑油来进行养护，而主绞车房由于出绳口与外界无任何遮挡，且主绞车房搭建材料多为彩钢结构，保暖性极差，当粘稠的油脂混合灰尘依附到行程开关和松绳装置的活动机构上之后，在寒冷的的冬季极易造成行程开关和松绳活动机构动作迟缓甚至卡死，致使松绳保护失效[8]，失去保护应具有的灵敏性及可靠性，且由于行程开关活动部位的不严密性，触点极易受到外界油脂或潮气的影响造成触点的锈蚀，导致行程开关内动、静触点间的接触电阻增大，致使保护动作失效，保护效果不理想。

5 光幕式松绳保护装置的组成、原理及优势

（1）光幕式松绳保护装置主要有24V开关电源、调制的红外LED发光管组成的投光器、红外接受光敏元件组成的受光器、外置动作执行继电器等元件组成；动作响应时间小于10毫秒，光幕的光柱间距80 mm[6]，工作电压为DC24V，静态工作电流小于200MA。装置机身采用铝合金，两端采用ABS增强尼龙组成，防护等级IP65，具有极高的防尘等级和一定的防低压喷溅水能力，受光器在太阳光下受光面照度达10000LX无误动作，具有极强的抗光干扰功能[6-7]。

（2）安装及检测原理：与传统的机械式松绳保护装置安装位置不同，安装时把光幕发射装置和接收装置紧贴在主滚筒卷筒边沿正下方两侧墙壁之上，安装方向与钢丝绳运行方向平行，很好地避开滚筒油脂滴落污染区域，使光幕发射装置的发出的光束与钢丝绳运转的方向成垂直角，正常工作时，光幕发射与接收装置区域间无外物遮挡，光幕接收装置处于截止状态，无高电平信号输出，外置检测继电器常闭触点不动作，安全回路处于接通状态，提升机正常工作。当因故发生松绳故障时，主滚筒卷筒上的钢丝绳就会松弛下垂，当下垂的钢丝绳超出主滚筒卷筒边沿时就会进入光幕发射接收检测区域，遮挡光幕信号的正常发射接收[5-6]，此时光幕接收装置因失去部分红外信号而由截止状态转换为导通状态，输出高电平，驱动外置检测继电器使其动作，继电器触点发生反转，常闭变常开，安全回路断开，主控台收到信号后则发出预警或者停车信号，实现松绳保护[4]。

（3）优势：相对于传统的行程开关式松绳保护装置安装位置置于提升机房钢丝绳出绳口处的墙体上，红外光幕式松绳保护装置做出了移动更改，把保护装置置于紧贴主滚筒卷筒边沿的正下方，只有钢丝绳发生真正的松弛时检测装置才会检测动作，减少了误判，且因为安装位置的更改，光幕式检测装置在其检测部没有了与钢丝绳直接接触的部分，避免了钢丝绳工作时因大幅度的颤动碰触到行程机构引发的误动作；响应时间快，10毫秒的极速响应在发生松绳事故时能做到真正的争分夺秒，快速而有效的触发保护减少事故发生的几率；IP65的防护等级能有效杜绝一切灰尘，并能有效承受低压水全方位的喷射和油脂的侵蚀，极好地保护了检测电路的安全；用光幕代替原有机械式松绳保护装置部件彻底解决了冬季因油脂灰尘低温固化，引起的行程开关及松绳保护活动附件机构引发的动作迟缓、卡死、触点锈蚀、短路等问题；当试验松绳保护时，只需要用任意物体遮挡光幕区即可验证松绳保护是否灵敏可靠。

6 安装改造后使用效果

（1）该松绳保护装置安装极其简单、便于操作，并且不对原电控系统电路进行任何改动，直接无损安装，并可后期根据情况增加松绳故障报警后延时断电功能，便于司机接到松绳预警信号后及时进行反向操作，防止事故扩大。

（2）极大地提高了绞车运行的安全性能。传统的机械式松绳保护装置因保护误动作多，从而导致提升系统频繁停车制动，对绞车和钢丝绳的冲击较大，其对钢丝绳的冲击伤害肉眼无法及时觉察，极大地缩短了设备和钢丝绳的使用寿命，并为断绳事故埋下了隐患。相比原来使用的机械式行程开关保护装置，光幕式松绳保护装置很好地解决了机械式保护装置的误动作多、动作不灵敏等问题，在改造之后当钢丝绳发生松绳状况时，该装置动作灵敏，无误动作、运行十分可靠。

（3）维护工作量下降：因检测装置为光幕红外式，检测部位为红外光线检测，不存在机械磨损，故障率极低，因红外光幕式松绳保护防护等级较高，且避开了钢丝绳的甩油区，避免了检测设备被钢丝绳甩油污染[6]。极大地降低了检修维护人员的工作量。

（4）保护的稳定性能提高，避免了因保护频繁动作维修人员甩保护的现象发生，保证了安全生产。