任宏偉

（陽(yáng)煤集團(tuán)三礦， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

絞車作為煤礦提升的動(dòng)力，屬于煤礦提升系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。絞車松繩保護(hù)一直貫穿于提升過程中，并基于接近開關(guān)或者形成開關(guān)對(duì)松繩保護(hù)的安全回路進(jìn)行控制。在絞車控制提升容器下行時(shí)，只有當(dāng)懸垂鋼絲繩自身重力小于鋼絲繩弦長(zhǎng)受重力作用在垂直方向上的分力時(shí)，絞車的松繩保護(hù)系統(tǒng)才能發(fā)揮其作用[1]。而在提升過程中，經(jīng)常出現(xiàn)提升容器下行受阻導(dǎo)致提升系統(tǒng)的鋼絲繩變得松弛。此時(shí)松繩保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法發(fā)揮其應(yīng)用的保護(hù)功能，常出現(xiàn)松繩過多進(jìn)而導(dǎo)致斷繩、卡箕斗的事故發(fā)生，故需對(duì)絞車的松繩保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

1 松繩保護(hù)系統(tǒng)概述

目前，在實(shí)際生產(chǎn)過程中可通過采集不同的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車松繩保護(hù)系統(tǒng)松繩信號(hào)的控制。絞車提升系統(tǒng)的松繩保護(hù)系統(tǒng)一般情況下均可正常工作，除非特殊情況導(dǎo)致其無(wú)法正常工作，進(jìn)而出現(xiàn)了卡箕斗等事故的發(fā)生[2]。經(jīng)調(diào)研可知，導(dǎo)致松繩系統(tǒng)無(wú)法正常工作的原因主要包括有：

1）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)松繩保護(hù)系統(tǒng)的檢測(cè)方法不足，導(dǎo)致作業(yè)人員憑經(jīng)驗(yàn)完成松繩保護(hù)操作，僅有很少一部分作業(yè)人員在松繩保護(hù)操作過程中對(duì)鋼絲繩松繩量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2）礦井提升系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)存在一定的缺陷，導(dǎo)致提升系統(tǒng)在卸載過程中出現(xiàn)鋼絲繩松弛到井筒中，而提升系統(tǒng)側(cè)面鋼絲繩并未出現(xiàn)松弛的現(xiàn)象。導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法判斷松繩保護(hù)系統(tǒng)是否需動(dòng)作。

3）由于松繩保護(hù)系統(tǒng)延長(zhǎng)工作面3 s后其安全回路才會(huì)斷開，在此階段會(huì)造成鋼絲繩的跳動(dòng)進(jìn)而對(duì)松繩保護(hù)系統(tǒng)造成沖擊，最終影響松繩保護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮其應(yīng)用效果[3]。

2 提升過程弦長(zhǎng)段受力分析

為能夠精確掌握絞車提升系統(tǒng)在實(shí)際提升過程中鋼絲繩弦長(zhǎng)段的受力情況，特針對(duì)提升系統(tǒng)在松繩狀態(tài)下弦長(zhǎng)的受力情況（見圖1）進(jìn)行分析。

圖1 鋼絲繩弦長(zhǎng)受力情況

在本次受力分析中忽略提升系統(tǒng)天輪鋼絲繩的長(zhǎng)度以及天輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鋼絲繩所受的阻力大小。鋼絲繩弦長(zhǎng)出現(xiàn)下垂情況時(shí)，需滿足式（1）的條件：

式中：G2為鋼絲繩在垂直方向的質(zhì)量；G1為鋼絲繩在弦長(zhǎng)段的質(zhì)量；β為弦長(zhǎng)段鋼絲繩與水平面的夾角。由于垂直段和弦長(zhǎng)段鋼絲繩的密度是均勻的，則式（1）可轉(zhuǎn)化為式（2）：

式中：H為鋼絲繩在垂直段的長(zhǎng)度，Lx為鋼絲繩在弦長(zhǎng)段的長(zhǎng)度。

根據(jù)式（2）可知，當(dāng)天輪與提升容器之間鋼絲繩的長(zhǎng)度H＞Lx/sinβ時(shí)，處于弦長(zhǎng)段的鋼絲繩不會(huì)出現(xiàn)松弛的現(xiàn)象。若此時(shí)，天輪與提升容器之間的鋼絲繩出現(xiàn)松繩事故時(shí)，松繩保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法動(dòng)作[4]。而且，隨著提升容器的不斷下行，松繩保護(hù)系統(tǒng)的失效范圍越來越大。根據(jù)煤炭安全規(guī)程的相關(guān)規(guī)定，提升系統(tǒng)弦長(zhǎng)段鋼絲繩最長(zhǎng)為60 m，且弦長(zhǎng)段鋼絲繩方向與水平方向的夾角應(yīng)在30°～50°的范圍之內(nèi)。即：Lx≤60 m、30°≤β≤50°。

由圖1可知，h=H-Lxsinβ≤Lx（1-sin2β）/sinβ。

將數(shù)值代入上式得：32 m＜h＜90 m。即，當(dāng)提升容器在距離地面32～90 m的范圍之內(nèi)時(shí)，松繩保護(hù)系統(tǒng)是有效的。

3 松繩保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)

針對(duì)當(dāng)提升容器下行至一定位置后，絞車提升系統(tǒng)的松繩保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法發(fā)揮其應(yīng)有作用的問題，從以下兩個(gè)方面對(duì)當(dāng)前的松繩保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)[5]。

3.1 優(yōu)化松繩檢測(cè)裝置

對(duì)目前的松繩檢測(cè)裝置進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)避免由于鋼絲繩振動(dòng)而對(duì)松繩檢測(cè)裝置造成的沖擊。

為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼絲繩的異常振動(dòng)現(xiàn)象，通過采用松繩保護(hù)系統(tǒng)對(duì)提升系統(tǒng)中箕斗在坡上的不同運(yùn)行狀態(tài)下鋼絲繩的振動(dòng)幅度來判斷鋼絲繩是否出現(xiàn)振動(dòng)異常。一般地，當(dāng)箕斗處于加速階段或在爬行階段時(shí)，鋼絲繩的振幅不大于300 mm左右為正常，否則視為鋼絲繩異常振動(dòng)；當(dāng)箕斗完成加速后處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，鋼絲繩的振幅不大于70 mm左右為正常，否則視鋼絲繩為異常振動(dòng)。

根據(jù)鋼絲繩的振動(dòng)幅度和托輥在輸送帶中的功能，特將輸送帶中的普通托輥更換為剛性托輥。剛性托輥的應(yīng)用可承擔(dān)很強(qiáng)的載荷，并承受鋼絲繩在不同運(yùn)動(dòng)階段的振動(dòng)。此外，要求松繩檢測(cè)裝置能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)托輥轉(zhuǎn)動(dòng)及松繩保護(hù)的信息。

3.2 優(yōu)化處理采集松繩保護(hù)信息

在提升過程中，將松繩檢測(cè)裝置所采集到的松繩信息分為如下三種，并采用針對(duì)性方案進(jìn)行處理。

1）箕斗在卸載過程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與重力方向相反的沖擊力，在該沖擊力的影響下鋼絲繩會(huì)出現(xiàn)大幅度的上下晃動(dòng)。當(dāng)松繩檢測(cè)裝置檢測(cè)到上述情況時(shí)，若上述晃動(dòng)持續(xù)超過3 s，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行安全制動(dòng)操作，即提升系統(tǒng)的松繩操作立即停止工作。

2）當(dāng)系統(tǒng)在加速運(yùn)行階段時(shí)，由于存在牽引力突變的情況，導(dǎo)致在加速階段內(nèi)鋼絲繩會(huì)出現(xiàn)大幅度的振動(dòng)。牽引力突變所導(dǎo)致的鋼絲繩大幅度振動(dòng)會(huì)不斷對(duì)松繩保護(hù)裝置造成沖擊。當(dāng)鋼絲繩解除松繩保護(hù)檢測(cè)托輥的時(shí)間超過0.5 s時(shí)，松繩系統(tǒng)會(huì)立即停止工作。

3）在系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)托輥轉(zhuǎn)動(dòng)100°或鋼絲繩與托輥相接觸的情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即斷電，并由之前的線性變化狀態(tài)轉(zhuǎn)換為完全制動(dòng)狀態(tài)，從而使正在提升過程中的容器緩慢停機(jī)。

基于上述不同運(yùn)行狀態(tài)下所采取的不同停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，待系統(tǒng)趨于穩(wěn)定后，將鋼絲繩與松繩保護(hù)檢測(cè)裝置之間的距離調(diào)整到90 mm左右，以確保系統(tǒng)在加速階段不會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩與松繩保護(hù)裝置相碰撞的現(xiàn)象。即便是當(dāng)箕斗的運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常，甚至出現(xiàn)掉軌的故障時(shí)，鋼絲繩能夠在第一時(shí)間內(nèi)與松繩托輥相碰撞，進(jìn)而達(dá)到在故障早期就及時(shí)停機(jī)的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)傳統(tǒng)保護(hù)裝置改進(jìn)后能夠通過鋼絲繩與托輥相接觸以及鋼絲繩與托輥相互搓動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)松繩故障的檢測(cè)與保護(hù)任務(wù)。此外，結(jié)合箕斗的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)所采集到的松繩信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理。當(dāng)箕斗處于異常動(dòng)作狀態(tài)時(shí)，鋼絲繩的張力及其運(yùn)行阻力的變化卻是呈不規(guī)則形態(tài)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可通過提升系統(tǒng)鋼絲繩振動(dòng)幅度來判斷箕斗的工作狀態(tài)，進(jìn)而做出相應(yīng)的控制手段，以確保提升系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。