矿用提升设备安全制动的过程及其影响因素分析

刘升龙，孙锦龙，王福顺

（山东黄金矿业股份有限公司新城金矿，山东 莱州 261438）

矿用提升设备也是矿井类的提升设备，沿着矿井的井筒向外输送矿石、煤、废石或矸石，以及升降人员、设备和器材等。矿用提升设备的提升分类非常详尽，目前以钢丝绳类的提升设备应用范围最为广泛，钢丝绳牵引容器在矿井井筒中按照规定的加速度，采用等速、减速、爬行速度等三种不同的升降速度，使得矿用提升设备的使用更加具有稳固性。为了能够使得矿用提升设备的安全制动过程更加有效，需要研究其影响因素，并且对于影响因素进行测试和优化[1]。

1 矿用提升设备制动过程中的主要安全问题

1.1 矿用提升设备安全自动研究背景

矿用提升机是一种集液压、电力、机械于一体的大型设备，这种设备系统作为矿山作业过程中必备的生产工具，担当着运输大量物料的职责。矿用提升机常常担负着输送煤炭，矿石，煤矸石，以及提升生产运输设备和物料的功能，这些运输的内容相对比较复杂，而且有可能会对于矿用提升机的某些部件产生磨损。矿用提升机是矿山生产过程中非常关键性的设备提升，机出现安全制动问题，可能会使得矿井停工或者影响整体的生产进度，影响整个矿山的经济效益。根据有关研究和调查发现，目前，矿用提升机对于人身伤亡和财务损失的影响比较大，如果矿用提升机出现了安全制动的严重问题，很有可能对于国家和煤炭行业的生产有很大程度的影响。换句话说，在矿用提升机的安全制动领域提升类型比较丰富，提升钢丝绳，提升容器，减速器，滚筒拖动电机，电控设备以及制动装置等部件，都有可能出现问题，设备运行时如果出现过卷或滑动断绳及制动失效，将有可能发非常严重的安全事故，因此对于已知事故，现场调查分析之后，可以找到事故影响的关键性因素，并且有助于采取合理的预防措施，提升矿用提升机设备制动过程的稳定性。

1.2 矿用提升设备安全制动故障研究的必要性

目前在我们广泛应用的提升系统中，矿用提升设备常常使用的动力装置为提升钢丝绳、提升容器、减速器等，大部分的拖动电机均以电控设备为主。其制动装置常常会在设备运行时出现过卷、滑动、断绳、制动失效的问题，由于这些严重的安全事故会导致矿井停产或整改，因此，对于设备质量的研究和排除外部环境干扰等的重要意义不言而喻。矿井提升设备安全制动故障的研究，需要掌握设备制动过程中典型的工作原理和影响因素，在科学改进其设备性能和操作规范的前提之下，实现提升设备运行和制动的稳定性极为重要，目前大部分的设备制动问题都源自于设备本身的质量问题，或者外部环境的干扰部分原因，还可能由于操作者或管理者的使用不当，因此，在早期采用有针对性的措施与预防是有可能杜绝这些制动失效问题的。

2 影响矿用提升设备安全制动的若干因素

矿井提升设备的历史非常悠久，应用也比较广泛，钢丝绳牵引容器在矿井中按照规定的速度升降，并据此开发了多种多样的矿井提升系统，目前最为先进的矿井提升设备分为交流绕线型异步电动机拖动和直流他激电动机拖动两种方式。直流拖动调速性能好,调速时电耗小,工作方式转换方便，易于实现自动化；但需要一套整流设备，初期投资大。大功率可控硅整流装置的发展，促进了直流拖动的应用。在中国单机容量大于1000kW时，考虑采用直流拖动。交流拖动设备简单,投资小,容量小时采用。矿井提升设备已向自动控制发展。主井提升实现自动化，副井提升负载变化大，一般采用遥控方式实现半自动化（矿井自动化）[2]。

2.1 制动减速过程中的各类影响因素

矿用提升设备在安全制动中出现问题的环节不同，提升设备运行过程中出现异常情况，可能是由于电控系统的安全保护装置出现紧急拖停，此时，电机电源可能因为安全制动系统的跳闸而无法正常使用。矿用提升机处于较高的运行速度，使其变位质量的惯性因素，将使得系统具有较大的动能，此时具有一定的危险性。制动器以一个适当的正压力按照预定的反应速度抱闸，一旦抱闸动作不稳定或者抱闸动作不当，就可能使得减速度过大，导致钢丝绳负载量超过其所能承受的冲击力度，这对于矿井的斜井提升制动来说是非常危险的，因此，有关部门要求对于斜井提升制动的减速度进行严格规范，不能使其减速度过大，而且提升钢丝绳负载量，在重力作用之下的减速度应该控制在斜井倾角计算值有关范围之内。通常而言在绳端负载运行时，计算其阻力，系数控制阻力系数，f在0.01～0.015范围之内，g为重力加速度，应保持重力加速度符合正函数要求。在保险闸发生作用之后，机械减速必须符合动力矩倍数K，K的取值范围一般在大于等于3m以上，从而能够保证其对于最大静止荷载重力的旋转力矩加以有效控制。如果矿井提升机紧急制动时，制动器将会产生制动力矩，此时制动力矩K不能大于钢丝绳和摩擦轮之间的摩擦力矩，否则必然会出现摩擦部件的滑动现象。但是如果出现这种现象时，亦可以使用二级制动即紧急制动的方式，施加一级制动力矩之后使其减速度大于等于1.5m高铁/s2，这是一种使得升降速度迅速降低为0，施加第2制动力矩之后，最大程度制动以保证提升设备安全制动的紧急预防方法，这种方式能够在最危急的情况下使用，而且会保证矿井提升过程不出现松绳的问题，在下放重载时也有足够的制动力矩，保证其制动减速度azx≥ 0.75m/s2。

图1 矿用提升设备安全制动

2.2 矿井提升设备紧急制动影响因素的测试与调整环节

现有的矿井提升设备有钢丝绳式的提升设备、立井式的提升设备、斜井式的提升设备和自动化矿井提升设备，这些提升设备各有各的优势，根据系统和矿井开采的实际需求选择合适的设备，能够降低矿井提升设备紧急制动的安全隐患，并且可以在可靠的器件维护之下，提升矿井的整体开采效率。矿井提升设备的提升系统由给定的斜井倾斜角度，而其制动力矩成为提升设备可靠性非常重要的影响因素，因此，在实际的矿井开采及提升作业环节内应对于矿井提升设备进行反复定期测试和检查，确保提升钢丝绳和提升部件的力矩能够符合安全生产和提升要求。具体的提升测试首先应确保矿井提升设备的钢丝绳处于无任何外力作用的松弛状态，将拉力传感器与拉力计时器相融合，使用电子智能化的安全性能监测仪器，将关闭检测盘型闸的阀门作为实验的前提，同时打开其他阀门，逐渐施加拉力。滚筒用移动盘形闸测试完毕，要求设备盘形闸的制动力距能够满足安全规程的要求，且能够使得制动闸闸门之间的间隙保持在一定的范围之内。另外矿井提升设备的制动阀工作，油压不能太低，残留压强不能超标，在测试的过程中，既要检测以上问题同时也要对于这些残压超标的问题进行有效的排解调整制动力矩，使其重回最佳的安全制动状态。矿井提升设备紧急制动影响因素的测试是为了能够在工作中对于其制动因素的变化和部件的老化情况进行监控和及时调整，无论是在矿井提升设备加速还是减速的环境内，一旦发现任何影响紧急制动的因素都应该马上停止测试，并对于其一级制动和二级制动的时间及影响因素进行调整，通过解决以上一系列问题，将制动速度控制在安全规程要求之内，尤其注重控制制动的减速度[3]。

3 结论

综上所述，在现代矿井提升制动系统的发展过程中，人们希望能够利用液压装置达到更高的可靠性使用减速度恒定的液压制动系统，更好的保障人们的生命及财产安全，尤其是在具体的矿井开采和生产环节之内使用多路活有保护或残压保护处理等原则，及时解除矿井提升设备所有可能存在的制动故障，通过定期的检测和实验，利用可编程控制器PLC控制技术提升矿井提升设备的这种安全性和稳定性。只有这样才能使我国的矿井提升设备使用效率和水平，紧跟国际发展步伐，在矿用提升系统的可靠性和高效性方面更进一步[4]。