任宏偉

（陽煤集團(tuán)三礦， 山西 陽泉 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)無法正常工作的原因主要包括有：

1）現(xiàn)場對松繩保護(hù)系統(tǒng)的檢測方法不足，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)操作過程中對鋼絲繩松繩量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

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段的受力情況，特針對提升系統(tǒng)在松繩狀態(tài)下弦長的受力情況（見圖1）進(jìn)行分析。

圖1 鋼絲繩弦長受力情況

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為鋼絲繩在弦長段的質(zhì)量；β為弦長段鋼絲繩與水平面的夾角。由于垂直段和弦長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度，Lx為鋼絲繩在弦長段的長度。

根據(jù)式（2）可知，當(dāng)天輪與提升容器之間鋼絲繩的長度H＞Lx/sinβ時(shí)，處于弦長段的鋼絲繩不會(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)弦長段鋼絲繩最長為60 m，且弦長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)無法發(fā)揮其應(yīng)有作用的問題，從以下兩個(gè)方面對當(dāng)前的松繩保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)[5]。

3.1 優(yōu)化松繩檢測裝置

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

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，要求松繩檢測裝置能夠同時(shí)監(jiān)測托輥轉(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，將松繩檢測裝置所采集到的松繩信息分為如下三種，并采用針對性方案進(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)松繩檢測裝置檢測到上述情況時(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

對傳統(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)對松繩故障的檢測與保護(hù)任務(wù)。此外，結(jié)合箕斗的運(yùn)行狀態(tài)，對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。