煤礦井下架空乘人裝置故障分析與治理

栗 帥

(山西潞安集團)

隨著煤礦物料、設備及人員運輸量的不斷增加，運輸系統(tǒng)成為能否實現(xiàn)礦井安全、高效、高產(chǎn)目標的重要因素之一，是否具有先進的輔助運輸設備也成為評價煤礦現(xiàn)代化水平的重要標準。井下輔助運輸能力與煤礦實際生產(chǎn)效率直接掛鉤，大力發(fā)展礦用輔助運輸設備是煤炭工業(yè)的重要保障。

當前煤礦井下主要人員輸送裝置為有軌道機車、單軌吊車、鋼絲繩牽引卡軌車、架空乘人裝置等[1]，部分老舊礦井仍以小電瓶車、小絞車為主，已不符合目前發(fā)展要求。本文通過闡述煤礦井下架空乘人裝置的發(fā)展，探討架空乘人裝置常見故障和預防措施，以促進其安全、高效工作。

1 發(fā)展概況

我國的煤礦井下架空乘人裝置出現(xiàn)于20世紀60年代中期，70—80年代逐步在主要煤礦井下開始推廣使用[2]。根據(jù)技術(shù)特性，架空乘人裝置可以明顯地劃分為3個大階段，見圖1。

圖1 架空乘人裝置發(fā)展3大階段

(1)老式猴車階段。該階段架空乘人裝置被稱為老式猴車，以最早的山東淄博煤礦為例，老式猴車都由礦井自行設計，設備、結(jié)構(gòu)都不統(tǒng)一，當時國家也未對這類設備制定專門的標準和規(guī)范。受設計和生產(chǎn)技術(shù)影響，老式猴車壽命短、維護困難，并存在各種安全隱患。

(2)第1代架空乘人裝置。本世紀初架空乘人裝置開始由交流電機傳動，通過加裝安全保護裝置等一系列技術(shù)手段提高設備安全性能，并由專業(yè)設備廠商規(guī)范化生產(chǎn)。該階段架空乘人裝置主要特點是其驅(qū)動方式以機械化驅(qū)動方式為主，存在機械化傳動裝置體積小、故障率低的問題。

(3)第2代架空乘人裝置。2008年后架空承人裝置驅(qū)動方式逐步改為液壓式驅(qū)動，裝置可實現(xiàn)液壓傳動、液壓制動和液壓張緊，可實現(xiàn)軟啟動、軟停車和無級變速。

2 常見故障與治理措施

架空乘人裝置發(fā)展至今技術(shù)整體較為成熟，重大安全事故基本沒有發(fā)生，但仍不可避免地發(fā)生機械故障構(gòu)成事故隱患[3]。因此歸納總結(jié)架空乘人裝置的常見故障，有針對性地采取有效措施進行治理，對于避免故障發(fā)生具有積極作用。

(1)鋼絲繩斷絲。架空乘人裝置長期運行沒及時更換鋼絲繩，導致鋼絲繩超出疲勞極限產(chǎn)生斷絲，或運輸過程負載過重超出鋼絲繩承載限度發(fā)生斷絲，或固定抱索器長期與鋼絲繩非正常接觸導致鋼絲繩局部應力過大，最終導則鋼絲繩斷絲，降低鋼絲繩強度，存在安全隱患。

治理措施：定期檢查定期更換，及時更正固定抱索器的安裝位置，控制線路負荷，禁止超負荷運行。

(2)鋼絲繩自旋。鋼絲繩因所受扭力不均衡、打滑等，引發(fā)鋼絲繩運行方向變化，產(chǎn)生自旋，影響吊椅平穩(wěn)，增加掉繩事故發(fā)生率。

治理措施：注意托繩輪重心與鋼絲繩是否重合，保證軸心位置與鋼絲繩垂直；安裝抱索器及吊椅應注意安裝順序，抱索器調(diào)平后安裝吊椅，將吊椅重心與繩索重心調(diào)平。

(3)鋼絲繩脫落。托繩輪軸安裝位置傾斜導致鋼絲繩從傾斜的輪襯處脫出，托繩輪松動導致偏離鋼絲繩中心位置，壓繩輪與鋼絲繩間隙過大起不到阻攔作用，驅(qū)動輪磨損等導致輪襯易打滑、脫出，都可能造成鋼絲繩脫落。

治理措施：及時調(diào)整托繩輪和壓繩輪，及時更換磨損輪襯，安裝專用的防脫繩裝置。

(4)抱索器打滑。抱索器松動、打滑導致無法提高足夠的抱緊力固定吊椅，吊椅可能滑動，間距縮小甚至出現(xiàn)多個吊椅直接擠壓在一起的現(xiàn)象，還可能導致吊椅脫落。

治理措施：及時擰緊松動預緊螺絲，更換失效彈性頂桿，抱索器整體失效則需及時更換。

(5)變坡點掉繩。變坡點掉繩會導致吊椅拖地、掉座、座椅擠聚等，該情況在上下坡點都可能發(fā)生。通常鋼絲繩掉繩后會脫離托繩輪卡在托輪與外支架之間，也有可能落在托梁處。

治理措施：托梁下安裝壓輥或壓輪，進行防掉繩保護。

(6)欠速或過速。鋼絲繩運行速率減慢即欠速多由于驅(qū)動輪襯與鋼絲繩間的摩擦打滑導致，過速同樣與驅(qū)動輪摩擦力相關(guān)，張緊力不足或摩擦力不足導致鋼絲繩運行速率增大。鋼絲繩轉(zhuǎn)動速率突然變化會導致抱索器失穩(wěn)，吊椅偏擺，甚至造成飛車事故。

治理措施：合理配置鋼絲繩、驅(qū)動輪、驅(qū)動輪襯塊尺寸，選擇合適的鋼絲繩。

(7)吊椅擺動。乘人裝置中吊椅受到震動會產(chǎn)生擺動，受力的作用影響在前后、左右方向都會擺動，通常傳動過程突然加速、減速或出現(xiàn)托輪不合格時，擺動幅度就會很大，嚴重時可能出現(xiàn)傷人事故。

治理措施：定期更換不合格的托輪等配件；加裝過擺保護裝置；加強乘坐人員安全意識，及時借助兩腳接觸地面，通過增大與地面的摩擦力減少擺幅。

(8)制動器鎖止性差。制動裝置閘塊與鋼絲繩間距過大，制動過程中無法鎖緊。由于彈簧失效或閘塊磨損嚴重，影響正常停車的平穩(wěn)性，緊急停車時則導致飛車事故。

治理措施：定期檢查制動裝置，保證閘塊與鋼絲繩間距不超過2 mm，及時更換制動器彈簧和已磨損的閘塊。

3 架空乘人裝置改進

3.1 嚴格遵守設計標準

3.1.1 安全裝置

(1)安全制動裝置。煤礦架空乘人裝置應具備失效安全型的工作制動器和安全制動器，均可安裝在驅(qū)動輪上，但工作制動器也可以安裝在高速軸上。各制動器的最大制動力應設置為額定承載力1.5～2倍。使用過程中兩種制動器不同時工作，工作制動器先于安全制動器開啟。乘人裝置停車前應關(guān)閉電機電源，故障型停車應立即切斷電源[4]。

(2)安全保護裝置。煤礦用架空乘人裝置按照《煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定配備相當數(shù)量的安全保護裝置，安裝位置也應符合規(guī)程中的要求。為確保保護裝置能正常開啟，設備管理人員應在交接班時檢查安全保護裝置的可靠性。

3.1.2 牽引鋼絲繩

架空乘人裝置牽引鋼絲繩兩端相互插接呈封閉環(huán)狀，由電機驅(qū)動輪、尾輪等帶動鋼絲繩運轉(zhuǎn)。由于股式結(jié)構(gòu)鋼絲繩具有線接觸、同向捻、帶纖維芯的特性，應優(yōu)先選擇其作為牽引鋼絲繩主材；潮濕易腐蝕環(huán)境中則應選擇鍍鋅鋼絲繩。鋼絲繩與驅(qū)動輪、尾輪等直徑比應大于60，安全系數(shù)不低于6。使用密封式提升鋼絲繩作牽引鋼絲繩時，直徑比應高于普通牽引用鋼絲繩的20%，并應保證單個鋼絲最大直徑與驅(qū)動輪直徑比大于900。

鋼絲繩進行插接工作必須由專職人員負責，同時必須選用縱向插接，插接長度應大于鋼絲繩直徑的1 000倍以上，避免硬性插接。插接工作完成后應用最大張緊力張緊，對座椅施加最大載荷后查看裝置連續(xù)運行狀態(tài)，確保系統(tǒng)運行順暢，且插接處無松動、變徑、起刺等問題。呈封閉狀態(tài)的牽引鋼絲繩日常不進行損傷式檢測，只定期進行鋼絲繩、鋼絞線的日常檢查，查看鋼絲繩結(jié)合處是否出現(xiàn)松動、變徑、起刺等問題。條件允許時，可加裝鋼絲繩在線損傷檢測儀進行非損失式檢測。新鋼絲繩或存放期超出1 a以上的鋼絲繩，投入使用前應進行性能檢驗。

3.2 完善安裝和驗收制度

煤礦用架空乘人裝置安裝必須由具有專業(yè)資質(zhì)的機構(gòu)進行，安裝過程嚴格按照礦用設備安裝相關(guān)標準、規(guī)定。安裝調(diào)試完成后，應委托專業(yè)檢測機構(gòu)進行檢測，煤礦企業(yè)主管部門在檢測合格基礎上組織驗收，合格后方能投入使用。正常使用的架空乘人裝置應定期進行設備檢測和維護，并以1a為1個周期委托具有相應資質(zhì)的機構(gòu)進行檢驗，查找安全隱患。

3.3 加強日常管理和維護

煤礦用架空乘人裝置必須由專職安全管理人員進行管理使用和日常維護。使用可摘掛和活動抱索器的裝置必須在設備使用過程和上、下人員處配有專職安全管理人員進行監(jiān)督，確保人員安全。井下作業(yè)人員應經(jīng)操作安全培訓后方能使用架空乘人裝置。提高乘坐人員安全意識，專職安全管理人員應加強和規(guī)范化設備安全管理，確保設備安全、高效運行。

4 結(jié) 論

我國的煤礦井下架空乘人裝置經(jīng)歷老式猴車階段、第1代架空乘人裝置、第2代架空乘人裝置3個階段，針對常見的鋼絲繩斷絲、鋼絲繩自旋、鋼絲繩脫落、抱索器打滑、變坡點掉繩、欠速或超速、吊椅擺動和制動器鎖不緊等故障，提出針對性的治理措施，并進一步提出嚴格遵守設計標準、加強安裝和驗收制度以及加強日常管理和維護等改進架空乘人裝置綜合性能，以確保煤礦生產(chǎn)安全、穩(wěn)定。

[1] 陳維建，齊秀麗，肖林京.礦井提升及運輸設備[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2007．

[2] 王 雪，李允旺，王海斌，等.我國煤礦架空乘人保護裝置的研究現(xiàn)狀[J].煤礦機械，2014(5)：1-4.

[3] 丁守強.煤礦在用架空乘人裝置存在問題及解決方法[J].能源與環(huán)保，2017(6)：172-174.

[4] 李新玉.礦用架空乘人裝置常見故障分析及其防治[J].礦山機械，2006(8)： 146.