斜井提升机钢丝绳防松问题分析

刘同欣，于伟涛，崔万昌

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039

3中信重工机械股份有限公司 河南洛阳 471039

在矿山斜井提升中，提升容器在斜坡轨道重载上行运行，在紧急制动或者在轨道变坡点前后，提升容器受惯性影响，继续沿斜面轨道上行，这极易引起系统中提升钢丝绳松绳；提升容器在斜坡轨道下行运行，受到卡阻或者在变坡点前后，也易引起提升钢丝绳松绳，提升容器处于无牵引状态，给系统造成危害。笔者结合提升容器运行工况以及设备自身状况，探讨提升钢丝绳松绳原因，提出预警及预防措施，防止事故发生。

1 斜井提升机工作原理

斜井提升机系统主要由提升主机、提升钢丝绳、天轮装置、提升容器、制动系统及控制系统等组成，其工作原理如图1 所示。钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端经过天轮装置与提升容器相连。电动机作为动力源，经过减速器传动，带动卷筒运转，从而缠绕钢丝绳。钢丝绳带动提升容器在斜坡轨道上运行，制动系统控制提升机在井底或井口停车位置的制动，达到提升物料目的。

图1 斜井提升的工作原理Fig.1 Principle of hoisting in inclined shaft

2 钢丝绳松绳原因分析

设备在运行过程中，引起钢丝绳松绳的因素比较多，笔者从提升设备运行使用及制造两方面进行逐一分析。

2.1 从设备运行使用方面分析

（1）《煤矿安全规程》第427 条（一）中规定，各类提升机的制动装置发生作用时，提升系统的安全制动减速度必须符合表1 的要求[1]。

表1 提升系统安全制动减速度规定值Tab.1 Specified values of safe braking acceleration and deceleration of hoisting system

表1 中，自然减速度

Ac＝g（sinθ＋fcosθ），

式中：g为重力加速度，m/s2；θ为井巷倾角，（°）；f为绳端载荷的运行阻力系数，一般取 0.010～0.015。

重载提升物料时，钢丝绳在卷筒上缠绕，带动提升容器上行，减速时，由于制动力过大，导致制动减速度过大，超出了安全规程的要求值，造成卷筒的转动速度降幅较快，从而影响钢丝绳的缠绕线速度。在高速惯性的作用下，提升容器的运行速度大于钢丝绳的缠绕速度，使得钢丝绳发生松绳。

（2）在斜井长距离提升时，安全规程规定斜井提升钢丝绳可以缠绕3 层。钢丝绳在卷筒上进行多层缠绕，当缠绳混乱时，易出现钢丝绳线速度与容器运行速度不匹配的情况，引起钢丝绳松动。

（3）斜坡轨道不平整或存在障碍时，提升容器下放受阻，造成钢丝绳线速度与容器运行速度不匹配，引起钢丝绳松动。

2.2 从设备制造方面分析

（1）卷筒圆度超标。当其超标时，钢丝绳在卷筒上高速缠绕时，钢丝绳上下跳动过大，影响钢丝绳在卷筒绳槽的缠绕以及容器在轨道上的运行，极易引起钢丝绳从天轮轮槽中跳出，造成钢丝绳松动，引起事故。

（2）通过天轮的钢丝绳与天轮轮缘的高差不满足安全规程的要求。规程要求高差不得小于钢丝绳直径的1.5 倍，否则钢丝绳易从天轮轮槽中跳出，造成钢丝绳松动，引起事故。

3 钢丝绳松绳防护措施

根据上述分析，结合实际使用情况，笔者主要从制动减速度的控制、钢丝绳排绳、钢丝绳防松预警监测、钢丝绳脱槽防护等角度，探讨分析钢丝绳松绳防护措施。

3.1 控制制动减速度

《煤矿安全规程》第 426 条（三）中规定[1]：对质量模数较小的提升机，上提重载保险闸的制动减速度超过本规程规定值时，K值可以适当降低，但不得小于 2。

K值为制动装置产生的制动力矩与实际提升最大载荷旋转力矩之比，简称制动力矩倍数。制动减速度a与制动力矩倍数K的关系如下。

重物上提工况时，

重物下放工况时，

式中：ΣM为旋转部分的变位质量，kg；m为系统直线运动部分质量，kg。

对于选型已经确定了的矿井或已建成的矿井，提升机规格、提升容器、钢丝绳、载荷量、巷道倾角等参数已经确定了，具体到式（1）、（2）来说，A、θ、f为已知值[2]，可根据上述公式调整K值，使制动减速度满足规程要求。具体可以按照以下两种方法实施：

（1）调整实际提升载荷以改变K值，从而获得合适的制动减速度；

（2）采用可变力矩液压站，根据上提、下放不同工况，分别设定不同的制动油压，以实现制动力矩的控制调整，从而获得与上提、下放工况相匹配的制动减速度。

3.2 钢丝绳排绳

为防止钢丝绳在卷筒上缠绕时出现混乱，可以从主动引导钢丝绳有序排列、进行事前预防的角度考虑，也可以对排绳混乱进行监测并施行相关干预，采取适当的措施预防事故发生。

（1）设计一种排绳装置，引导钢丝绳进行有序缠绕。排绳装置的工作原理如图2 所示。排绳器安装在排绳装置的丝杠和导杆上，引导钢丝绳在卷筒上有序排列，并沿导杆进行轴向移动。丝杠的上螺距与卷筒绳槽的节距一致，在导轮 a、b 的带动下，丝杠的转速与卷筒的转速保持一致，卷筒转动一周，排绳器在丝杠上移动一个螺距。在排绳器的引导下，钢丝绳将顺利且有序地缠绕，防止钢丝绳脱槽，避免发生事故。

图2 排绳器的工作原理Fig.2 Working principle of rope-aligning appliance

（2）设计钢丝绳排绳监测装置，当排绳混乱时，提前预警。如图3 所示，排绳监测装置位于钢丝绳下方，当排绳混乱时，会触碰监测装置的传感器并发出信号，控制系统接收到信号后，可及时进行安全制动，避免发生事故。

图3 钢丝绳排绳监测装置Fig.3 Monitoring device for alignment of wire rope

3.3 钢丝绳松绳预防

钢丝绳松绳极易造成排绳混乱，引发事故。对于钢丝绳松绳的预防，可以从钢丝绳受力状态的变化和位置状态的变化两方面考虑。当上述状态发生变化并达到预警值时，控制系统得到信号并及时采取安全措施，预防事故发生。

（1）设置钢丝绳拉力监测装置，如图4 所示。当提升钢丝绳拉力小于预设值时，拉力监测装置提前预警。在天轮轴上设置测力销，当发生松绳时，滑轮轴受力减小，测力销中的传感器输出值发生变化，并将信号传送到控制系统，当超出系统设定的范围后，控制系统发出制动指令，系统进行及时安全制动，防止事故发生。

图4 钢丝绳拉力监测装置Fig.4 Monitoring device for traction of wire rope

（2）设置钢丝绳防松保护装置，如图5 所示。当钢丝绳发生松弛时，触压防松装置中的张紧绳，使防松装置中的触碰装置与行程开关分离，触发行程开关发出信号，信号并入 PLC 控制系统，使系统采取安全措施，进而避免事故发生。

图5 钢丝绳防松保护装置Fig.5 Protection device for loosening of wire rope

4 结语

分析了斜井提升机钢丝绳松绳原因，提出了被动监测到主动防护的措施，给同类斜坡式钢丝绳牵引装置的钢丝绳防松设计提供了多种思路，为今后钢丝绳牵引斜面提升系统的安全运行提供指导。