立井提升系統(tǒng)過(guò)卷過(guò)放防護(hù)緩沖裝置的應(yīng)用研究

穆建榮

【摘 要】目前提升過(guò)程中的墜罐傷人事故仍時(shí)有發(fā)生。分析原因還是這些保護(hù)裝置大多為電器保護(hù)類，像提升機(jī)后備保護(hù)、深度指示器保護(hù)、過(guò)卷開(kāi)關(guān)及松繩保護(hù)等等，這些保護(hù)裝置需要經(jīng)常性的檢測(cè)、維護(hù)和保養(yǎng)，不但工作量很大，而且工作中難免有可能的疏漏，頻頻發(fā)生過(guò)卷過(guò)放事故。文章對(duì)立井提升系統(tǒng)過(guò)卷過(guò)放防護(hù)緩沖裝置的應(yīng)用措施進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】立井提升系統(tǒng)；過(guò)卷過(guò)放防護(hù)；緩沖裝置應(yīng)用

目前在國(guó)內(nèi)運(yùn)行的立井提升系統(tǒng)中大多都裝備了過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置，新建立井也在設(shè)計(jì)之初就安排設(shè)計(jì)了該種裝置。

在與其它單位的走訪參觀過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中安裝使用的該種裝置不外乎有兩種，即大多數(shù)礦井使用的變力滾筒摩擦式和較少部分礦井使用的鋼帶式，另外翻閱廠家提供的資料覺(jué)得有些廠家安裝的該種設(shè)備選型參數(shù)與實(shí)際系統(tǒng)有出入，存在安全隱患。

因此有必要對(duì)廠家的選型設(shè)計(jì)進(jìn)行嚴(yán)格的科學(xué)計(jì)算、審核并加以規(guī)范和約束，才能確保事故狀態(tài)下該設(shè)備的正常投入使用并保障礦井的安全生產(chǎn)。

一、選型計(jì)算

過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置額定緩沖制動(dòng)力Fs、緩沖減速度αs和緩沖距離Ss的數(shù)值必須按照相關(guān)規(guī)定結(jié)合實(shí)際提升方式建立數(shù)學(xué)模型并根據(jù)實(shí)際提升系統(tǒng)的計(jì)算公式和參數(shù)計(jì)算確定。

1.選型計(jì)算數(shù)學(xué)模型

為了方便數(shù)學(xué)計(jì)算模型的建立，無(wú)論對(duì)纏繞式或摩擦式提升系統(tǒng)忽略下列較小干擾因素的影響：忽略提升鋼絲繩的橫向振動(dòng)；過(guò)卷緩沖開(kāi)始時(shí)過(guò)卷開(kāi)關(guān)起作用，電動(dòng)機(jī)已切斷電源，無(wú)驅(qū)動(dòng)力矩；絞車(chē)制動(dòng)閘未施加制動(dòng)力；緩沖裝置制動(dòng)力可以視為恒定。

1）纏繞式提升系統(tǒng)計(jì)算數(shù)學(xué)模型

為了避免過(guò)卷緩沖過(guò)程中主提升鋼絲繩的張力加大超限，因此井上過(guò)卷和井下過(guò)放防護(hù)緩沖裝置作不同步布置，即把過(guò)放緩沖過(guò)程的結(jié)束作為過(guò)卷緩沖過(guò)程的開(kāi)始。根據(jù)以上假設(shè)，過(guò)卷容器的受力狀態(tài)如圖1所示。

圖1 圖2

T1+Σm1αs-Fs-Σm1g=0（1）

式中：T1為提升鋼絲繩與過(guò)卷容器連接處的張力，N；Σm1為過(guò)卷容器的總質(zhì)量，kg；αs為過(guò)卷容器的緩沖減速度，m/s2；Fs為過(guò)卷緩沖裝置的調(diào)定制動(dòng)力，N；g為重力加速度，9.18m/s2。

根據(jù)假設(shè)，T1可由下式計(jì)算

T1=ΣMαs+pH（2）

式中：ΣM為除去過(guò)卷和過(guò)放容器（含承載質(zhì)量）以外的提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量，kg；p為提升鋼絲繩單位長(zhǎng)度的重力，N/m；H為井深，m。

αs值由下式計(jì)算

αs= （3）

式中：ν0為容器過(guò)卷時(shí)的初始速度，m/s；S為井架最大允許過(guò)卷距離，m。依據(jù)煤安國(guó)家中心相關(guān)暫行規(guī)定，對(duì)于纏繞式提升系統(tǒng)，提人罐籠過(guò)卷緩沖減速度αs≤1g；提物箕斗過(guò)卷緩沖減速度αs≤3g。為防止箕斗物料的過(guò)度拋灑，可取αs≤1.5g。根據(jù)假設(shè)和設(shè)備布置方式由（1）式推導(dǎo)（1），過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置額定制動(dòng)力數(shù)值Fs的計(jì)算公式為罐籠提人時(shí)

（4）

箕斗提物時(shí)

（5）

需要說(shuō)明的是不等式左邊Σm1需代入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空容器（乘1人）質(zhì)量，以使得計(jì)算出的緩沖裝置制動(dòng)力數(shù)值不致過(guò)小而造成緩沖行程過(guò)大。過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提升系統(tǒng)中緩沖減速度αs由下式計(jì)算

（6）

過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提升系統(tǒng)中緩沖距離Ss依據(jù)容器中隨機(jī)載荷的不同，由下式計(jì)算

Ss=（7）

對(duì)于纏繞式提升系統(tǒng)，計(jì)算出的緩沖裝置制動(dòng)力數(shù)值還必須經(jīng)過(guò)主提升鋼絲繩的安全系數(shù)校核，即要保證主提升鋼絲繩安全系數(shù)n≥3。為保證人身安全，罐籠在混提情況下過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置制動(dòng)力按提人確定，以下的摩擦提升方式計(jì)算也是如此。

2）摩擦式提升系統(tǒng)計(jì)算數(shù)學(xué)模型

為了避免過(guò)卷緩沖過(guò)程中提升鋼絲繩張力差超過(guò)限度造成摩擦輪打滑，因此井上過(guò)卷和井下過(guò)放防護(hù)緩沖裝置作不同步布置，過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置的緩沖制動(dòng)過(guò)程與過(guò)放容器無(wú)關(guān)，與首繩相關(guān)。根據(jù)以上假設(shè)，過(guò)卷容器的受力狀態(tài)如圖2。根據(jù)假設(shè)和設(shè)備布置方式，過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置Fs定制動(dòng)力數(shù)值的計(jì)算公式為

Fs=Σm1geμα+Σmαs-Σmg（8）

式中：Σm1為首繩質(zhì)量，kg；e為自然常數(shù)e=2.718281828459；μ為首繩對(duì)摩擦輪襯墊的摩擦系數(shù)μ=0.2；α為首繩對(duì)摩擦輪的圍包角，以弧度制為單位代入；Σm為過(guò)卷容器的隨機(jī)質(zhì)量，kg；αs為容器過(guò)卷緩沖減速度，m/s2；g為重力加速度，9.81m/s2。依據(jù)煤安國(guó)家中心相關(guān)暫行規(guī)定，對(duì)于摩擦提升系統(tǒng)罐籠提升過(guò)卷緩沖減速度αs≤1g，箕斗提αs≤3g料，為減少過(guò)卷緩沖過(guò)程中箕斗中物料的過(guò)度拋灑，可取αs≤1.5g，則過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置在罐籠提人時(shí)，取αs≤1g，則

Fs≤Σm1geμα（9）

過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置在箕斗提料時(shí)，取αs≤1.5g，則

Fs≤Σm1geμα+0.5Σmg（10）

過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提升系統(tǒng)中緩沖減速度αs由下式計(jì)算

（11）

過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提升系統(tǒng)中緩沖距離Ss依據(jù)容器中隨機(jī)載荷的不同，由下式計(jì)算

Ss=（12）

對(duì)于摩擦提升系統(tǒng)不驗(yàn)算提升鋼絲繩的安全系數(shù)，只考慮過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置給出的制動(dòng)力不能造成提升繩在摩擦輪的滑繩，并且平衡兩容器間的張力差。

2.實(shí)例計(jì)算

1）纏繞式提升系統(tǒng)實(shí)例計(jì)算

已知某礦副立井為纏繞式提升系統(tǒng)，雙層提人。相關(guān)提升參數(shù)如下：最大提升速度νmax=ν0=6.85m/s；罐籠自身質(zhì)量（含懸掛及抓捕器）m=3850/kg；罐籠內(nèi)總乘人數(shù)及質(zhì)量24×75=1800kg；單層提礦車(chē)，加載總質(zhì)量（含礦車(chē)）Q=3500kg提升鋼絲繩型號(hào)為18×7多層不旋轉(zhuǎn)Φ36，最大總破斷力為P=0.995×106N；提升系統(tǒng)變位質(zhì)量（罐籠除外）：ΣM=28922kg；允許最大過(guò)卷距離：S=8m。罐籠提人時(shí)，容器的計(jì)算質(zhì)量Σm1=3850+75=3925kg將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（4），算得容器（乘一人）在全速過(guò)卷時(shí)需要的緩沖制動(dòng)力范圍為57825N≤Fs≤283725N，要滿足主提升鋼絲繩安全系數(shù)n≥3，則

Fs< =331666N

因此，取均值Fs=170775N對(duì)于提升系統(tǒng)是安全的。姑且取中間值Fs=171kN。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（6）、（7），算得容器全速過(guò)卷過(guò)程的緩沖減速度和緩沖距離分別為αs=6.38m/s2

Ss=3.68m

以上計(jì)算出的數(shù)據(jù)既符合有關(guān)規(guī)定要求，也滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。對(duì)于纏繞式箕斗提升系統(tǒng)的計(jì)算根據(jù)（5）、（6）和（7）式與上同理進(jìn)行計(jì)算。

2）摩擦式提升系統(tǒng)實(shí)例計(jì)算

已知某礦立井為摩擦提升系統(tǒng)。相關(guān)提升參數(shù)如下：最大提升速度νmax=ν0=11m/s；容器自身質(zhì)量（含自動(dòng)張力平衡懸掛）m=26291kg；總乘人數(shù)及質(zhì)量2×36×75=5400kg，載物質(zhì)量19800kg；提升鋼絲繩（首繩）型號(hào)：6V33-40-1770、鋼絲繩懸垂長(zhǎng)度669m，使用四根繩，每根繩單位長(zhǎng)度質(zhì)量p=6.35kg/m；尾繩型號(hào)：170×28扁尾繩，兩根繩使用，每根繩單位長(zhǎng)度質(zhì)量p=12.3kg/m；主提升鋼絲繩對(duì)摩擦輪的圍抱角α=181.84°，換算成弧度制為α=1.01π；允許最大過(guò)卷距離：S=10m。首繩質(zhì)量為Σm1=6.35×669×4=16992kg，罐籠的計(jì)算質(zhì)量（乘一人）Σm=26291+75=26366kg，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（9），算得容器（乘一人）全速過(guò)卷需要的緩沖制動(dòng)力為Fs≤314335N取值Fs=300kN，并將其它有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（6）、（7），算得容器全速過(guò)卷過(guò)程（乘一人）的緩沖減速度和緩沖距離分別為

αs=9.26m/s2≤9.81m/s2

Ss=6.53m≤10m

以上計(jì)算出的數(shù)據(jù)既符合有關(guān)規(guī)定要求，也滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。如果依照式（6）計(jì)算出的αs值大于9.81m/s2，則可將Fs取值減小再代入（6）式計(jì)算，直到滿足要求為止。對(duì)于摩擦式箕斗提升系統(tǒng)的計(jì)算根據(jù)（10）、（11）和（12）式與上同理進(jìn)行計(jì)算。

二、結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)纏繞式和摩擦式兩種提升系統(tǒng)中容器的受力分析，建立了過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置在容器全速過(guò)卷事故狀態(tài)下的緩沖制動(dòng)力、緩沖減速度和緩沖距離數(shù)值的計(jì)算模型，經(jīng)過(guò)實(shí)例計(jì)算確定以上數(shù)值，用來(lái)對(duì)廠家提供的過(guò)卷防護(hù)緩沖裝置進(jìn)行選型審核，保證了礦井安裝的此類設(shè)備符合相關(guān)要求，也保障了礦井提升系統(tǒng)的安全。

參考文獻(xiàn)：

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