彭建紅(湖北煤監(jiān)局安全技術(shù)中心,湖北武漢 430071)

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提升機技術(shù)改造及造成鋼絲繩斷繩事故分析

彭建紅
(湖北煤監(jiān)局安全技術(shù)中心,湖北武漢 430071)

【摘 要】煤礦提升機是咽喉設(shè)備,產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代,老產(chǎn)品原本落后的結(jié)構(gòu)問題暴露突出,需要進(jìn)行技術(shù)改造,但技術(shù)改造不全面,改造后的安全措施不到位,可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。2008年,南方某煤礦對主提升機進(jìn)行技術(shù)改造后,連續(xù)發(fā)生兩起斜井?dāng)嗬K跑車事故,雖然沒有人員傷亡,卻毀壞了井筒和沿巷的電纜、風(fēng)管、水管等設(shè)施。本文通過對斷繩原因分析,提出技術(shù)改造的建議。

【關(guān)鍵詞】煤礦 技術(shù)改造 斷繩事故

1 事故經(jīng)過

2008年為了提高礦井產(chǎn)量，該礦對地面主斜井提升機JK-2/30進(jìn)行提速改造，僅更換了減速箱齒輪，將變速比由30改為20，提升機其它運行參數(shù)未作任何改變，也未采取保護(hù)措施，導(dǎo)致連續(xù)兩起鋼絲繩在使用三個月后，串車上行至距井口10m左右時，提升絞車緊急制動發(fā)生蹬繩斷裂。

經(jīng)調(diào)查分析認(rèn)為，提升機技術(shù)改造后速度增大，斜井重載上提時，提升機緊急制動時，鋼絲繩將出現(xiàn)松弛現(xiàn)象，受串車的沖擊力作用，導(dǎo)致斷繩事故的發(fā)生。

2 事故的原因分析

2.1 自然減速度Ac

a為斜井傾角，a=29°；f1為串車沿軌道運行時的阻力系數(shù)，f1=0.01～0.015。

2.2 斷繩時實際工作最大制動力FZ

式中：FZ為提升機實際工作制動力，Nm；Pe為與Me相對應(yīng)的提升絞車設(shè)計油壓值，MPa；Rz制動盤平均摩擦半徑，m。查該型提升機的盤型制動器的技術(shù)參數(shù)可知Pe=3.196 MPa，Me=18000×9.81Nm，Rz=1.08m；C制動盤閘各阻力之和，C=P1+P2+P3=2.06MPa；其中P1為保證全松閘時的閘瓦間隙所需油壓，P1≈0.88MPa；P2為油缸密封圈、彈簧阻力所折算的油壓值，P2≈0.69MPa；P3為制動狀態(tài)時系統(tǒng)殘壓，P3≈0.49MPa；Px提升絞車制動系統(tǒng)實際需要的工作油壓，現(xiàn)場查看PX=5.1MPa。由于改造后工作油壓未調(diào)整，故改造前后的制動力均為155520N。

2.3 斷繩時靜阻力Fj

在斷繩時，提升機所承受的靜阻力為：

由此，十八大后的這兩個“一號文件”將新時代“三農(nóng)”工作所處的歷史方位日益勾勒清晰，對進(jìn)一步解放思想，穩(wěn)中求進(jìn)，改革創(chuàng)新，堅決破除體制機制弊端，堅持農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地位不動搖，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和社會主義新農(nóng)村建設(shè)取得新進(jìn)展提出了要求，也為新時代“三農(nóng)”工作由“補短腿、補短板”向“強美富”發(fā)展舉好旗定好向，為改革創(chuàng)新再出發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。

式中：k為一次提升的礦車數(shù)，k = 6；Q為礦車裝載重量，Q=1120kg；Q0為礦車自身重量，Q0=595kg；f2為鋼絲繩運行時的阻力系數(shù)，f2=0.2；p為鋼絲繩單位長度重量，采用提升鋼絲繩型號為6×7-24-1670+FC，直徑24mm，鋼絲繩中所有鋼絲破斷拉力總和為381024N，p=2.141 N/m； L0斷繩點至天輪的長度， L0=50m。

改造時對提升載荷未調(diào)整，故改造后在斷繩時，提升機所承受的靜阻力仍為51043.4N。

2.4 提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量∑m

提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量∑m為：

式中：LP為鋼絲繩全長，LP=630m； mj為提升機的變位重量 改造前mj=6800kg，改造后mj=5900kg；md為電動機轉(zhuǎn)子的變位重量，配用電機型號為JR1410-8，功率280KW，飛輪轉(zhuǎn)矩為GDd2=180kg.m2，根據(jù)md=i2GDd2/D2，改造前md=40500kg，改造后md=18000kg，i減速比，改造前i=30，改造后i=20，D提升機滾筒直徑，D=2m；mt為天輪的變位重量，采用固定TSG2000/13.5天輪，mt=307kg。

代入上述參數(shù)至式中，改造前提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量∑m=6039.3kg；改造后提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量∑m=3654.1kg。

2.5 改造前后的緊急制動減速度azj

提升機緊急制動時，提升系統(tǒng)受到制動力和靜阻力，其制動減速度為：

經(jīng)計算改造前緊急制動減速度azj=3.49m/s2〈Ac；改造后緊急制動減速度azj=5.76m/s2〉A(chǔ)c。

由計算結(jié)果可知，改造后azj＞Ac，重串車自然上沖速度大于鋼絲繩上提速度，鋼絲繩產(chǎn)生松繩，松繩大小與制動時運行速度有關(guān)。

2.6 鋼絲繩的松繩量

(1)提升機產(chǎn)生制動效果后，其收繩量為：

式中：vm改造后提升機的最大運行速度Vm=3.82m/s。

(2)提升機緊急制動后，重載串車沿軌道上沖的距離為：

(3)鋼絲繩的實際松繩長度為：

S=S2-S1=0.33m

2.7 松繩時對鋼絲繩所受的沖擊力Fc

由能量法可知，鋼絲繩沖擊過程中所積累的應(yīng)變能Ud等于重串車在此過程中所作的功W，即

Ud=W

其中W=Q′（S+△d ）

Q′繩端載荷重,Q′=k（Q+Q0）（sina -f1cosa）=4852.1(kg)，L0為提升容器至提升絞車卷筒與鋼絲繩相切處的長度，即筒外長度，L0=75+10=85m(提升機至井口鋼絲繩長75m)；E為鋼絲繩的彈性模量，取E=0.8×105GMPa；A為鋼絲繩的橫截面積，取A=2.2288 cm2。

可求得重串車作用在鋼絲繩上的沖擊力Fc：

3 對策與建議

(1)為了防止斜井提升斷繩跑車事故的發(fā)生，提升機改造要全面考慮各系統(tǒng)的適應(yīng)性。合理設(shè)置液壓系統(tǒng)的油壓或改造制動系統(tǒng)，采用二級制動方式，分級施加制動力矩，可避免松繩現(xiàn)象的發(fā)生，保證制動安全可靠。(2)適當(dāng)延長制動的空動時間。對于斜井提升，如果空動時間太短，使制動減速度小于上提重載的自然減速度，避免松繩造成沖擊斷繩跑車。(3)井口采用托繩裝置，使鋼絲繩在井口松弛長度盡可能減小，避免產(chǎn)生過大的沖擊力。(4)在井口附近應(yīng)盡量采用慢速運行，采用限速和減速提醒保護(hù)，保證選擇的提升速度小于《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最大值。