趙瑞祥

（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司 檢測(cè)檢驗(yàn)中心，河北 邯鄲 056201）

1 概 況

目前，國(guó)內(nèi)許多礦山均采用立井單繩罐籠提升人員，而防墜器是罐籠上的一個(gè)重要組成部分，依據(jù)AQ2019-2008《金屬非金屬礦山豎井提升系統(tǒng)防墜器安全性能檢測(cè)檢驗(yàn)規(guī)范》定義，防墜器特指豎井單繩提升系統(tǒng)中，提升鋼絲繩或連接裝置斷裂時(shí)，能使提升容器（礦山提升使用的罐籠、箕斗、吊桶和吊罐等可乘人容器）平穩(wěn)的支撐在罐道或制動(dòng)繩上的保護(hù)裝置。防墜器應(yīng)為專業(yè)生產(chǎn)單位生產(chǎn)的合格產(chǎn)品，按GB16423 的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行日常維護(hù)和處于運(yùn)行狀態(tài)，螺紋連接件和鎖緊件齊全牢固。制動(dòng)鋼絲繩、緩沖鋼絲繩的磨損量不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的要求，驅(qū)動(dòng)彈簧完好。

為了保證升降人員的安全，2016 年版《煤礦安全規(guī)程》第393 條規(guī)定“升降人員或者升降人員和物料的單繩提升罐籠必須裝設(shè)可靠的防墜器”；第415 條規(guī)定“防墜器必須定期實(shí)驗(yàn)。防墜器各個(gè)連接和傳動(dòng)部分，必須處于靈活狀態(tài)”。防墜器的實(shí)驗(yàn)包括實(shí)驗(yàn)前檢查、靜負(fù)荷實(shí)驗(yàn)、脫鉤實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前檢查目的是確保防墜器靜態(tài)完好。靜負(fù)荷實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菣z查防墜器各部件動(dòng)作是否靈活，同時(shí)為脫鉤實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)演。脫鉤實(shí)驗(yàn)包括空載脫鉤實(shí)驗(yàn)和實(shí)際最大載荷（重載）脫鉤實(shí)驗(yàn)，是驗(yàn)證防墜器是否合格的標(biāo)準(zhǔn)手段。脫鉤實(shí)驗(yàn)中豎井采用零速脫鉤，斜井采用動(dòng)負(fù)荷脫鉤，即全速重載脫鉤實(shí)驗(yàn)。生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位每年需要結(jié)合檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)罐籠的防墜器進(jìn)行不脫鉤、脫鉤實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證防墜器是否符合《煤礦安全規(guī)程》和《礦用防墜器技術(shù)條件》的要求，確保人員提升的安全。

但罐籠及防墜器安裝在豎井井筒中，傳統(tǒng)的檢測(cè)檢驗(yàn)方法為純手工測(cè)量計(jì)算，必須在井口的高危場(chǎng)所進(jìn)行，檢測(cè)過(guò)程施工時(shí)間長(zhǎng)、工序繁瑣、安全性差，而且檢測(cè)結(jié)果經(jīng)常不理想。為了優(yōu)化礦山豎井提升系統(tǒng)中防墜器檢測(cè)工作的操作程序，提升作業(yè)人員的操作安全和經(jīng)濟(jì)效益，本文對(duì)礦用防墜器自動(dòng)化無(wú)線檢驗(yàn)技術(shù)在礦山防墜器檢測(cè)工作中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析。

2 自動(dòng)化無(wú)線檢驗(yàn)技術(shù)

如圖1 所示，煤山乘人提升容器常多采用FS型和BF 型繩制動(dòng)防墜器，由緩沖繩、緩沖器、連接器、制動(dòng)繩、抓捕器（楔盒、楔子）、驅(qū)動(dòng)彈簧、拉桿等組成。

圖1 繩制動(dòng)防墜器Fig.1 Rope brake anti-dropper

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法主要用粉筆、米尺等工具，在防墜器的楔子、彈簧、制動(dòng)繩、罐籠與井架、緩沖繩等各部位做記，然后分別測(cè)量防墜器實(shí)際實(shí)驗(yàn)動(dòng)作前后各部件的外露長(zhǎng)度，從而計(jì)算動(dòng)作行程，再利用理論公式計(jì)算其減速度。整個(gè)過(guò)程操作繁復(fù)，人員需頻繁在已經(jīng)脫鉤的罐籠上反復(fù)測(cè)量，安全性差；根據(jù)《金屬非金屬礦山豎井提升系統(tǒng)防墜器安全性能檢測(cè)檢驗(yàn)規(guī)范》要求，防墜器脫鉤實(shí)驗(yàn)需分別進(jìn)行靜負(fù)荷和脫鉤實(shí)驗(yàn)，脫鉤實(shí)驗(yàn)又包括空載脫鉤實(shí)驗(yàn)和實(shí)際最大載荷（重載）脫鉤實(shí)驗(yàn)，以上兩種實(shí)驗(yàn)每種需進(jìn)行3 次，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果差距不確定，無(wú)法體現(xiàn)防墜器的實(shí)際安全性能；傳統(tǒng)的檢測(cè)過(guò)程全部采用人工測(cè)量，易造成人為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差，影響防墜器安全性能檢測(cè)結(jié)果。

隨著科技的進(jìn)步，無(wú)線技術(shù)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，本文對(duì)礦用防墜器自動(dòng)化無(wú)線檢驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析介紹。

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

礦用防墜器自動(dòng)化無(wú)線檢驗(yàn)技術(shù)采用ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感設(shè)計(jì)，配備高性能主機(jī)、非接觸式紅外激光測(cè)距傳感器和數(shù)字分析、存儲(chǔ)軟件，可以對(duì)礦用防墜器安全性能方面的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行全面檢測(cè)，保障設(shè)備的安全運(yùn)行。

集合成數(shù)的無(wú)線測(cè)距技術(shù)、振動(dòng)傳感器技術(shù)及基于ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)的傳感器具有低復(fù)雜度和距離短、功耗低、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。礦用無(wú)線加速度傳感器、礦用無(wú)線激光測(cè)距傳感器、檢測(cè)主機(jī)等均采用數(shù)字信號(hào)采集、傳輸技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)精度高、響應(yīng)及時(shí)、性能穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)安裝使用方便等特點(diǎn)。在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的情況下，簡(jiǎn)化了檢測(cè)過(guò)程，提高了檢測(cè)效率,同時(shí)具備現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)、查閱等功能，方便后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)是一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本、低數(shù)據(jù)速率的雙向無(wú)線通信技術(shù)，由IEEE.802.15.4 無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)而來(lái)。ZigBee 的響應(yīng)速度快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms，相比較，藍(lán)牙需要3～10 s、WiFi 需要3 s。ZigBee 可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由1 個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多1 個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254 個(gè)子節(jié)點(diǎn)；主節(jié)點(diǎn)可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65 000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。ZigBee 提供了三級(jí)安全模式，包括安全設(shè)定、使用訪問控制清單(Access Control List,ACL)以及高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128)的對(duì)稱密碼。

檢測(cè)設(shè)備主機(jī)采用高性能、功能齊全的三防安卓平板電腦，適用于復(fù)雜惡劣環(huán)境，具備語(yǔ)音通訊、視頻功能，滿足現(xiàn)場(chǎng)多功能使用要求。

加速度傳感器采用壓電效應(yīng)原理設(shè)計(jì)，具有體積小、重量輕、功能全、頻響高、分辨能力高、耗能低，性能穩(wěn)定、可靠使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。激光測(cè)距傳感器采用非接觸式紅外激光源，適應(yīng)性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

礦用防墜器自動(dòng)化無(wú)線檢驗(yàn)設(shè)備對(duì)防墜器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先要確保傳感器開機(jī)，然后將傳感器安裝在相應(yīng)部位，如圖2 所示。

圖2 礦用防墜器自動(dòng)化無(wú)線檢驗(yàn)設(shè)備Fig.2 Automatic wireless inspection equipment for mine falling-proof device

用夾具將制動(dòng)繩和制動(dòng)繩位移傳感器分別固定在制動(dòng)鋼絲繩和罐籠抓捕器上，將緩沖繩和緩沖繩位移傳感器分別安裝在緩沖鋼絲繩和緩沖器上，加速度傳感器安裝在提升容器內(nèi)底部平坦處。安裝位置要考慮傳感器檢測(cè)范圍，防止數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，另外也要預(yù)估傳感器與目標(biāo)物的距離，防止實(shí)驗(yàn)失敗而損壞儀器。

2.2.1 靜負(fù)荷實(shí)驗(yàn)

打開檢驗(yàn)設(shè)備主機(jī)，建立通訊連接，依次點(diǎn)擊觸摸屏“防墜器”、“防墜器測(cè)試”、“新建任務(wù)”，輸入單位名稱、編號(hào)等信息并保存，然后依次點(diǎn)擊“靜負(fù)荷實(shí)驗(yàn)”、“開始”進(jìn)行檢測(cè)，提升機(jī)反轉(zhuǎn)，放松提升鋼絲繩，罐籠懸掛在兩制動(dòng)鋼絲繩上，5 s 后依次點(diǎn)擊儀器“停止”、“保存”，測(cè)試自動(dòng)結(jié)束并計(jì)算出各位移量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)3 次。每次實(shí)驗(yàn)完畢后應(yīng)檢查防墜器的零部件是否損壞或產(chǎn)生永久變形，若損壞，則對(duì)相應(yīng)的零部件進(jìn)行更換并重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 脫鉤實(shí)驗(yàn)

脫鉤實(shí)驗(yàn)在靜負(fù)荷實(shí)驗(yàn)合格后進(jìn)行，分為空載脫鉤和重載脫鉤實(shí)驗(yàn)。

（1）空載脫鉤實(shí)驗(yàn)。待提升容器穩(wěn)定，打開儀器主機(jī)，建立通訊連接，依次點(diǎn)擊觸摸屏“防墜器”、“防墜器測(cè)試”、“新建任務(wù)”，輸入單位名稱、編號(hào)等信息并保存，點(diǎn)擊“脫鉤實(shí)驗(yàn)”，“開始”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。人工拉動(dòng)控制繩打開脫鉤器，提升容器自靜止開始自由下落，防墜器動(dòng)作，將提升容器抱在制動(dòng)鋼絲繩上，待提升容器穩(wěn)定后，依次點(diǎn)擊儀器上“停止”、“保存”，儀器自動(dòng)計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，完成空載脫鉤實(shí)驗(yàn)。若實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合技術(shù)要求，則拆除儀器，查找原因并處理后重新實(shí)驗(yàn)至合格；若實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合技術(shù)要求，則拆除儀器，恢復(fù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)至正常運(yùn)行狀態(tài)，檢查防墜器的相關(guān)零部件、制動(dòng)繩、緩沖繩等是否有損壞，如有損壞，則更換相應(yīng)的零部件并重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)至合格。

（2）重載脫鉤實(shí)驗(yàn)。重載實(shí)驗(yàn)與空載實(shí)驗(yàn)的方式方法基本相同，只是在提升容器內(nèi)按照提升最大載荷進(jìn)行配重。

空載、重載實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)結(jié)果合格的情況下分別只做1 次。每次實(shí)驗(yàn)合格后，應(yīng)對(duì)井架、罐道、制動(dòng)繩、懸掛裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、抓捕機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)彈簧、連接裝置及制動(dòng)繩張緊裝置進(jìn)行檢查和恢復(fù)。

3 安全效益和經(jīng)濟(jì)效益

礦用防墜器自動(dòng)化無(wú)線檢驗(yàn)技術(shù)從防墜器的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程規(guī)范化、操作標(biāo)準(zhǔn)化入手，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程一次安裝傳感器、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)計(jì)算，檢測(cè)機(jī)構(gòu)相關(guān)人員只要學(xué)習(xí)掌握了礦用防墜器無(wú)線多參數(shù)測(cè)試儀的使用方法，就可以在安裝好測(cè)試裝置后撤離到安全地點(diǎn)，操作平板電腦對(duì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)取、查看檢測(cè)數(shù)據(jù)，避免了傳統(tǒng)測(cè)試方法中頻繁出入罐籠和高空作業(yè)，提高了操作人員的安全。

高精度傳感器和簡(jiǎn)便的操作程序，可以在保證測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的前提下縮短一半以上的實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，減少礦方停工時(shí)間和人員成本支出。

4 結(jié) 語(yǔ)

礦用防墜器自動(dòng)化無(wú)線檢驗(yàn)技術(shù)是目前先進(jìn)可靠的檢測(cè)技術(shù)手段，能夠安全、高效、準(zhǔn)確的對(duì)防墜器進(jìn)行檢測(cè)檢驗(yàn)，減少施工時(shí)間，降低危險(xiǎn)環(huán)境下的作業(yè)量，具有良好的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益，保障煤礦安全生產(chǎn)和人員生命安全。