王力生

(北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司， 北京 100013)

0 引言

紅慶河煤礦主井設(shè)計(jì)提升能力1 500 萬(wàn)t/a，井筒直徑9.5 m，裝備兩套西瑪格特寶公司生產(chǎn)的5.0×6塔式多繩摩擦式提升機(jī)，自重57 t，最大載重50.0 t，提升距離770.9 m，提升周期106 s。首繩采用6根50 mm 6X28TS-NFC B 1770 ZZ/SS三角股鍍鋅鋼絲繩，質(zhì)量10.28 kg/m，抗拉強(qiáng)度1 770 MPa。平衡尾繩采用3根扁平尾繩：中間1根采用206×33 ZAB P8×4×19型扁平尾繩，質(zhì)量19.5 kg/m，公稱抗拉強(qiáng)度1 370 MPa，最小破斷拉力總和2 880 kN；兩側(cè)兩根采用216×34 ZAB P8×4×19型扁平尾繩,質(zhì)量21.2 kg/m，公稱抗拉強(qiáng)度1 370 MPa，最小破斷拉力總和3 160 kN。主井底尾繩架平臺(tái)為鋼梁結(jié)構(gòu)，上鋪設(shè)花紋板封閉，平臺(tái)預(yù)留導(dǎo)繩通道并安裝有尾繩防扭轉(zhuǎn)裝置，防扭轉(zhuǎn)裝置采用山東艾德姆重型聚氨酯尾繩輥。

在深井多繩摩擦式提升系統(tǒng)中，往往采用扁尾繩來(lái)抵消提升容器首繩鋼絲繩運(yùn)行時(shí)的質(zhì)量變化，防止因提升機(jī)張力差超限造成鋼絲繩在滾筒摩擦襯墊上打滑。平衡扁尾繩相較于圓尾繩扁鋼絲繩具有絕對(duì)不旋轉(zhuǎn)性，單位長(zhǎng)度質(zhì)量大，運(yùn)行平穩(wěn)，在深部立井中有不可替代的作用[1]。

紅慶河煤礦主井提升機(jī)自2016年9月份投入試運(yùn)行以來(lái)，提升機(jī)扁尾繩發(fā)生尾繩側(cè)邊磨損現(xiàn)象較為嚴(yán)重，側(cè)邊緯線出現(xiàn)多處斷絲斷股現(xiàn)象，嚴(yán)重影響尾繩可靠運(yùn)行，需進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 提升機(jī)扁尾繩損傷原因分析

1.1 尾繩側(cè)邊磨損損傷的主要原因

1) 尾繩架平臺(tái)設(shè)計(jì)不合理。紅慶河煤礦主井提升系統(tǒng)尾繩架平臺(tái)采用鋼梁結(jié)構(gòu)，上面鋪設(shè)花紋板密封，尾繩架平臺(tái)預(yù)留導(dǎo)繩通道，在通道上安裝尾繩防扭結(jié)裝置，防扭結(jié)裝置采用重型聚氨酯尾繩輥，尾繩通過(guò)尾繩輥進(jìn)行導(dǎo)向，在尾繩高速運(yùn)行時(shí)，尾繩的偏擺帶動(dòng)尾繩輥同步運(yùn)轉(zhuǎn)，以此減少尾繩與尾繩輥的相對(duì)位移，起到減少尾繩的磨損作用。主井提升系統(tǒng)裝卸載設(shè)計(jì)撒煤量為0.15%，經(jīng)過(guò)多方面的整改，撒煤量最終控制在0.02%以內(nèi)，以一天4萬(wàn)t原煤提升量計(jì)算，一天撒煤量高達(dá)8 t。撒煤在尾繩架平臺(tái)上堆積，經(jīng)常造成尾繩輥被掩埋，從而導(dǎo)致其轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活或直接卡死，使尾繩側(cè)邊磨損加劇。

2) 尾繩輥選型不合適。紅慶河煤礦主井提升系統(tǒng)尾繩架初始安裝的尾繩防扭結(jié)裝置采用山東艾德姆重型聚氨酯尾繩輥，中間尾繩正反面接觸的為φ260 mm、長(zhǎng)2 300 mm的重型聚氨酯尾繩輥，側(cè)邊接觸的為φ260 mm、長(zhǎng)430 mm尾繩輥，該尾繩輥直徑粗，體積大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，當(dāng)尾繩高速運(yùn)行中發(fā)生偏移擺動(dòng)，側(cè)邊擦碰尾繩輥時(shí)，尾繩輥往往不能及時(shí)隨動(dòng)，因而造成尾繩側(cè)邊與尾繩輥直接形成滑動(dòng)摩擦，加劇尾繩側(cè)邊磨損。

3) 尾繩架防扭結(jié)裝置設(shè)計(jì)缺陷。紅慶河煤礦主井提升系統(tǒng)尾繩架初始安裝的尾繩防扭結(jié)裝置由尾繩輥輪支架，兩根φ260 mm、長(zhǎng)2 150 mm的重型聚氨酯尾繩輥，4根φ260 mm、長(zhǎng)430 mm尾繩輥組成，如圖1所示。尾繩實(shí)際高速運(yùn)行過(guò)程中，尾繩的偏擺是不固定的，往往有兩根尾繩相對(duì)靠近相對(duì)偏擺，兩根尾繩對(duì)中間1個(gè)尾繩輥形成夾擊，尾繩輥兩側(cè)同時(shí)受到相反的高速摩擦力，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)形成滑動(dòng)摩擦，導(dǎo)致相鄰兩根尾繩側(cè)邊磨損加劇，見(jiàn)圖2所示。

1-尾繩； 2-尾繩保護(hù)鋼絲繩； 3-φ260 mm尾繩輥；

圖2 相鄰尾繩偏擺同時(shí)擦碰同一尾繩輥輪

4) 尾繩電氣保護(hù)設(shè)置不完善。由圖1可以看出，紅慶河煤礦提升機(jī)尾繩電氣保護(hù)僅為尾繩輥單邊安裝偏擺保護(hù)開(kāi)關(guān)，保護(hù)范圍僅在一側(cè)，僅能對(duì)尾繩正反面經(jīng)線、正面尾繩輥脫落起到一定的保護(hù)作用，而對(duì)尾繩側(cè)邊沒(méi)有任何保護(hù)作用。

1.2 尾繩損傷的其他原因

1) 井筒墜物機(jī)械損傷。立井提升系統(tǒng)，尤其是深部立井提升系統(tǒng)，井筒墜物一直是對(duì)井筒裝備、井筒電纜、管路、尾繩造成危害的主要原因，由于尾繩在井筒最底部，底部尾繩彎曲部分面積大，高空墜落的鐵器、工器具和大塊煤矸都有可能造成尾繩破損或斷裂。

2) 機(jī)械鋼性摩擦造成尾繩快速損傷。由于提升機(jī)尾繩架防扭結(jié)裝置安裝不合理，設(shè)計(jì)不符合現(xiàn)場(chǎng)要求，檢修不到位，尾繩輥破損、脫落、軸承損傷，尾繩架及防扭結(jié)裝置支架變形，異物進(jìn)入防扭結(jié)裝置造成卡死，這些都會(huì)造成尾繩與金屬部位直接產(chǎn)生鋼性摩擦，造成尾繩快速磨損，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，則會(huì)造成尾繩破損，直至斷裂[2]。

我們有說(shuō)有笑地來(lái)到了滑雪場(chǎng)，那里早已經(jīng)人山人海，門(mén)口排了很長(zhǎng)的隊(duì)伍。雖然天氣還不是很冷，可滑雪場(chǎng)里卻是低于冰點(diǎn)的溫度，我們走進(jìn)滑雪場(chǎng)后，都忍不住縮了縮脖子，真的好冷?。?/p>

3) 主井底堆煤，尾繩壓埋拖拽造成尾繩損傷。若主井底清理撒煤不及時(shí)，或往井筒錯(cuò)裝、漏裝，都會(huì)造成井筒底部煤位過(guò)高，對(duì)尾繩壓埋或拖底，在尾繩高速運(yùn)行中，極易把尾繩拉斷或造成快速磨損，直至斷裂。

4) 環(huán)境、淋水造成尾繩銹蝕，氧化損傷。煤礦立井提升系統(tǒng)，尤其是深部立井提升系統(tǒng)，尾繩長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境下工作，通常很快就會(huì)發(fā)生氧化銹蝕，破壞尾繩結(jié)構(gòu)，造成尾繩鋼絲強(qiáng)度變小，壽命降低。這種情況往往需要加強(qiáng)維護(hù)，定期對(duì)尾繩涂抹防銹油脂，以減少銹蝕情況，延長(zhǎng)尾繩壽命。

5) 尾繩疲勞損傷。礦井提升機(jī)，尤其是主井提升機(jī)，往往都是滿負(fù)荷頻繁運(yùn)行，尾繩在底部彎曲部位頻繁發(fā)生彎曲變形。在尾繩使用后期或尾繩材質(zhì)、質(zhì)量有問(wèn)題時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間頻繁彎曲變形，會(huì)造成尾繩疲勞，鋼絲繩斷絲情況急劇增加，故應(yīng)該盡快更換鋼絲繩[3]。

2 提升機(jī)尾繩保護(hù)裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1) 尾繩保護(hù)平臺(tái)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。為防止密封花紋鋼板上堆積撒煤，拆除尾繩平臺(tái)花紋鋼板。用120#槽鋼及φ20 mm鋼筋制作篦子狀平臺(tái)，如圖3所示。 網(wǎng)孔間距100 mm，既可保證人員安全，又可確保撒煤能順利灑落至井底，尾繩平臺(tái)無(wú)撒煤堆積，避免了尾繩輥因壓埋或異物卡阻造成轉(zhuǎn)動(dòng)不靈。

圖3 改造后的尾繩保護(hù)平臺(tái)

2) 尾繩防扭結(jié)裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)。由于初始安裝的尾繩防扭結(jié)裝置、尾繩輥存在體積大、超長(zhǎng)及笨重，搬運(yùn)及吊裝困難等問(wèn)題，因而對(duì)尾繩防扭結(jié)裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，改造后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1-尾繩； 2-回路尾繩保護(hù)鋼絲繩； 3-回路尾繩保護(hù)鋼絲繩；4-防扭結(jié)尾繩保護(hù)支架； 5-φ159尾繩輥；6-1/2回路尾繩保護(hù)開(kāi)關(guān)。

尾繩防扭結(jié)裝置的改造措施有：

(1) 尾繩防扭結(jié)保護(hù)支架改為3層設(shè)計(jì)，最下面一層為尾繩正反面防偏擺防護(hù)，正面防護(hù)尾繩輥由原來(lái)的兩個(gè)φ260 mm、長(zhǎng)2 150 mm尾繩輥，分解為兩邊共6個(gè)φ159 mm、長(zhǎng)600 mm尾繩輥。

(3) 尾繩中間的尾繩輥分層錯(cuò)開(kāi)，使每根尾繩側(cè)面都有不同的尾繩分輪進(jìn)行防護(hù)，避免了兩根尾繩對(duì)中間一個(gè)尾繩輥形成夾擊[4]。

(4) 由于縮小了尾繩輥直徑，軸承改為密封高速滾珠軸承，減小了輥輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，在尾繩高速運(yùn)行中，當(dāng)尾繩偏擺擦靠尾繩輥時(shí)，尾繩輥能快速隨動(dòng)，減少尾繩輥與尾繩的滑動(dòng)摩擦，從而減少尾繩的磨損。

(5) 尾繩輥體積和重量都縮小，便于維護(hù)及更換操作，減少了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。

3) 尾繩防扭結(jié)電氣保護(hù)改進(jìn)。由圖4看出，由單側(cè)單個(gè)尾繩保護(hù)改進(jìn)為全方位的雙回路尾繩保護(hù)，保護(hù)鋼絲繩環(huán)繞全部尾繩的正面、側(cè)面，對(duì)任何磨損超限或尾繩輥脫落都能可靠地進(jìn)行防護(hù)，兩回路尾繩防護(hù)開(kāi)關(guān)能確保開(kāi)關(guān)可靠動(dòng)作，在鋼絲繩受外力或斷線時(shí)，能及時(shí)發(fā)出保護(hù)信號(hào)。

4) 主井井底煤位檢測(cè)保護(hù)。為預(yù)防井筒撒煤堆積過(guò)高，或往井筒誤裝、錯(cuò)裝，導(dǎo)致尾繩壓埋或拖底運(yùn)行，在尾繩平臺(tái)下部安裝超聲波煤位線性傳感器。通過(guò)模擬量接入提升機(jī)系統(tǒng)，一方面可以實(shí)時(shí)檢測(cè)井底撒煤煤位狀態(tài)，提醒維護(hù)人員及時(shí)清理積煤；另一方面可在積煤堆積到安全警戒值之前對(duì)提升機(jī)進(jìn)行閉鎖，禁止提升機(jī)提升，以保護(hù)尾繩的安全可靠。

5) 尾繩視頻監(jiān)控系統(tǒng)。為了實(shí)時(shí)檢查觀測(cè)尾繩架尾繩防扭結(jié)裝置的運(yùn)行情況，同時(shí)實(shí)時(shí)觀測(cè)主井底撒煤煤位堆積情況，分別在尾繩架尾繩防扭結(jié)裝置上方和主井底煤倉(cāng)附近安裝高清視頻監(jiān)控?cái)z像頭，接入提升機(jī)司機(jī)操作室及裝載司機(jī)操作室，確保操作司機(jī)可以實(shí)時(shí)觀察尾繩、尾繩防扭結(jié)裝置和主井底的現(xiàn)場(chǎng)煤位情況，意外發(fā)生時(shí)能第一時(shí)間觀察到實(shí)時(shí)情況。另一方面，在尾繩電氣保護(hù)動(dòng)作時(shí)，可以及時(shí)查看保護(hù)動(dòng)作原因，以便采取有效措施進(jìn)行處理。

6) 完善管理制度，杜絕井筒墜物及井筒非常規(guī)撒煤。具體包括：

(1) 制定完善的井筒檢修制度，確保工具留繩、工具材料防丟、防墜措施。

(2) 加強(qiáng)井筒裝備檢查，對(duì)各種護(hù)欄，井筒裝備固定件進(jìn)行定期檢查、緊固，對(duì)銹蝕、松脫的裝置及時(shí)緊固或更換，杜絕失修[5]。

(3) 加強(qiáng)尾繩架及尾繩輥檢查，對(duì)磨損超限、轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的輥輪及時(shí)更換。

(4) 加強(qiáng)裝卸載程序的邏輯審查，對(duì)主要裝、卸載閘門(mén)檢測(cè)傳感器做雙組設(shè)計(jì)，避免單個(gè)傳感器失靈或誤動(dòng)作造成錯(cuò)裝的可能。對(duì)裝載流程、閉鎖邏輯全方位檢查，對(duì)主要閉鎖裝置加設(shè)軟件、硬件接點(diǎn)的雙重閉鎖保護(hù)，杜絕單個(gè)點(diǎn)誤動(dòng)作造成錯(cuò)裝的可能。

3 結(jié)論

尾繩保護(hù)裝置通過(guò)不斷地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)，而提出改進(jìn)措施。經(jīng)過(guò)近3 a的運(yùn)行，紅慶河煤礦尾繩運(yùn)行情況得到改善，尾繩側(cè)邊磨損得到有效的扼制，尾繩電氣保護(hù)靈敏，動(dòng)作可靠，堆煤保護(hù)及視頻監(jiān)控的投入，解決了尾繩拖底運(yùn)行及過(guò)力拉斷的后患，確保提升系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行，紅慶河煤礦尾繩保護(hù)的整改過(guò)程，為其煤礦同類提升機(jī)保護(hù)提供了有效的借鑒經(jīng)驗(yàn)。