礦井提升鋼絲繩斷繩事故分析

龔 文，周 建

（長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012）

1 事故簡(jiǎn)介

2018年4月，湖南省某金礦2號(hào)斜井發(fā)生一起提升鋼絲繩斷繩事故，事故由提升絞車牽引3輛重載礦車從井口變坡點(diǎn)附近斜坡上下放時(shí)，礦車底盤(pán)被斜坡上地滾裝置卡住不動(dòng)，絞車司機(jī)繼續(xù)放繩情況下井口信號(hào)工發(fā)出急停信號(hào)，提升絞車司機(jī)立即停止下放鋼絲繩，幾秒鐘后突然出現(xiàn)礦車自由下行在強(qiáng)大的沖擊力作用下致使鋼絲繩出現(xiàn)斷繩，礦車在重力作用下急速下行并撞毀井筒內(nèi)設(shè)備設(shè)施，造成較大的運(yùn)輸安全事故。

2 事故鋼絲繩的取樣及現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的采集

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)斜井相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行測(cè)量記錄，對(duì)提升絞車相關(guān)參數(shù)和發(fā)生事故時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集。在事故現(xiàn)場(chǎng)未遭到破壞的情況下，對(duì)事故鋼絲繩斷繩處的兩個(gè)繩頭進(jìn)行取樣，帶回試驗(yàn)室進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)檢驗(yàn)。

3 事故鋼絲繩樣品檢驗(yàn)

3.1 樣品外觀檢查

斷繩處繩頭部位：①鋼絲繩表面磨損嚴(yán)重，一個(gè)捻距內(nèi)出現(xiàn)多根鋼絲斷絲。②斷口部位鋼絲繩繩蕊缺油，鋼絲存在嚴(yán)重的銹蝕問(wèn)題。

3.2 折股制樣鋼絲外觀檢查

制樣過(guò)程中發(fā)現(xiàn)折股鋼絲存在銹蝕嚴(yán)重和磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，部分鋼絲的最薄處甚至達(dá)到用手一掰就斷的程度。

3.3 拆股鋼絲力學(xué)性能檢驗(yàn)

依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗(yàn)項(xiàng)目和方法對(duì)鋼絲進(jìn)行力學(xué)性能的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表1。

表1 力學(xué)性能檢驗(yàn)項(xiàng)目及結(jié)果

3.4 事故鋼絲繩檢驗(yàn)結(jié)果綜合判定

根據(jù)以上外觀檢查和實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)結(jié)果，得知事故發(fā)生前鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能已發(fā)生嚴(yán)重變化，抗拉強(qiáng)度和韌性已嚴(yán)重下降，整根鋼絲繩中鋼絲均為不合格鋼絲，不合格鋼絲的斷面積與鋼絲總斷面積之比達(dá)到100%，綜合判定為不合格。

4 事故鋼絲繩所受沖擊力計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)和收集資料：斷繩事故發(fā)生之前，事故鋼絲繩牽引3輛重載礦車下行，事故發(fā)生后，斷繩點(diǎn)到井口變坡點(diǎn)位置距離為7m（斷繩點(diǎn)靠近礦車與鋼絲繩的連接端）。

距離井口變坡點(diǎn)7m位置鋼絲繩所受沖擊力計(jì)算：

斜坡角度θ=28°；斜坡長(zhǎng)度L=260m；

滿載礦車質(zhì)量m≈1950kg×3=5850kg；

鋼絲繩與地滾、地面接觸面間的運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)f1，取0.15；

礦車與鋼軌接觸面間的運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)f2，取0.01；

鋼絲繩單位長(zhǎng)度質(zhì)量；ρ=2.17kg/m；

斷繩點(diǎn)至井口變坡點(diǎn)距離L1=7m；斷繩點(diǎn)至滾筒距離L2=40m；

鋼絲繩中鋼絲總斷面積S=195.72mm2；

松繩長(zhǎng)度：h=3m；重力加速度；g=9.8m/s2；

鋼絲繩彈性模量ES為：ES=（73.5～147.0）×109Pa。

考慮鋼絲繩使用時(shí)間較長(zhǎng)，磨損、銹蝕嚴(yán)重，對(duì)鋼絲繩彈性的影響，參照力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)，彈性模量取最小值，即：

鋼絲繩靜負(fù)荷伸長(zhǎng)Δj：

受沖擊時(shí)動(dòng)荷系數(shù)Kd：

所受沖擊力Fd：

將數(shù)據(jù)代入公式（2）～（4）得：

由以上計(jì)算所知，3輛重載礦車自由下行對(duì)斷繩點(diǎn)所產(chǎn)生的沖擊力為268kN，大于斷繩點(diǎn)處試驗(yàn)樣品的破斷拉力。

5 事故鋼絲繩安全系數(shù)計(jì)算

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和資料收集，可知提升絞車實(shí)際提升3輛滿載礦車位于斜井井底斜坡上時(shí)鋼絲繩承受最大靜張力，計(jì)算公式如下：

將已知數(shù)據(jù)代入公式（5）得：

（2）安全系數(shù)的計(jì)算，提升鋼絲繩最小鋼絲破斷拉力總和與實(shí)際承受最大靜張力之比為鋼絲繩安全系數(shù)，詳見(jiàn)表2。

表2 鋼絲繩的安全系數(shù)

由以上計(jì)算數(shù)據(jù)可知，事故鋼絲繩的安全系數(shù)低于《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》對(duì)提升鋼絲繩的要求，無(wú)法滿足該斜井提升任務(wù)的要求。

6 事故原因

①斜井井口變坡點(diǎn)位置地滾安裝不合理，致使礦車運(yùn)行至該位置時(shí)底盤(pán)被地滾卡住而引起鋼絲繩出現(xiàn)松繩現(xiàn)象。②事故鋼絲繩缺少日常維護(hù)保養(yǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)取該鋼絲繩的日常維護(hù)保養(yǎng)記錄本，發(fā)現(xiàn)記錄本上無(wú)相關(guān)記錄，后向礦方相關(guān)人員詢問(wèn)得知，礦方制定有鋼絲繩的定期維護(hù)保養(yǎng)制度，但該制度并未執(zhí)行到位，鋼絲繩長(zhǎng)期缺少維護(hù)保養(yǎng)。由于該原因事故鋼絲繩存在嚴(yán)重銹蝕、嚴(yán)重磨損、嚴(yán)重?cái)嘟z等缺陷，鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能發(fā)生嚴(yán)重變化，致使抗拉強(qiáng)度和韌性嚴(yán)重下降，鋼絲繩無(wú)法承受外部沖擊力而最終導(dǎo)致鋼絲繩發(fā)生斷繩事故。③查閱礦方提供的鋼絲繩日常檢查記錄，發(fā)現(xiàn)部分檢查項(xiàng)目無(wú)記錄和記錄內(nèi)容與實(shí)際不符，存在項(xiàng)目漏檢和檢查數(shù)據(jù)弄虛作假的現(xiàn)象，致使礦方不能實(shí)時(shí)掌握鋼絲繩的真實(shí)現(xiàn)狀。④設(shè)備設(shè)施日常安全管理不到位，對(duì)鋼絲繩的定期安全檢測(cè)檢驗(yàn)意識(shí)不強(qiáng)。《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》明確要求礦方應(yīng)委托有相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按規(guī)定的檢驗(yàn)周期對(duì)使用中的鋼絲繩進(jìn)行檢驗(yàn)，事故鋼絲繩最近一次的定期檢驗(yàn)時(shí)間（2017年3月）至事故發(fā)生時(shí)已有13個(gè)月，超過(guò)規(guī)程要求的半年時(shí)間。

7 事故教訓(xùn)

①斜坡上的地滾安裝不合理，將給礦車的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。②鋼絲繩如得不到及時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)，必將導(dǎo)致鋼絲繩的安全性能出現(xiàn)嚴(yán)重下降。③鋼絲繩的日常檢查工作如果敷衍了事，肯定不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼絲繩存在的安全隱患。④不按規(guī)程要求的檢驗(yàn)周期委托檢驗(yàn)單位對(duì)鋼絲繩進(jìn)行定期檢驗(yàn)，礦山企業(yè)將無(wú)法實(shí)時(shí)了解到鋼絲繩的安全性能。

8 預(yù)防對(duì)策

（1）對(duì)井口變坡點(diǎn)處地滾重新進(jìn)行合理安裝，在以后的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)其做好日常維護(hù)保養(yǎng)和檢查工作，如發(fā)現(xiàn)其存在任何故障和安全隱患，應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)或更換。

（2）對(duì)使用中鋼絲繩加大日常維護(hù)保養(yǎng)、日常檢查和定期檢測(cè)檢驗(yàn)工作的力度。根據(jù)提升任務(wù)的要求和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)際情況定期給鋼絲繩加注潤(rùn)滑油，以確保鋼絲繩一直處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。加強(qiáng)日常檢查工作，對(duì)檢查項(xiàng)目的結(jié)果做好詳細(xì)的記錄，以實(shí)時(shí)了解鋼絲繩的使用現(xiàn)狀，如發(fā)現(xiàn)鋼絲繩存在超過(guò)《金屬非金屬礦山礦山安全規(guī)程》和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的安全隱患，應(yīng)及時(shí)予以解決，必要時(shí)應(yīng)對(duì)不符合要求的鋼絲繩進(jìn)行更換。同時(shí)按規(guī)程要求委托有相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按規(guī)定的檢驗(yàn)周期對(duì)使用中的鋼絲繩進(jìn)行檢驗(yàn)，以了解其是否處于安全可用狀態(tài)，如鋼絲繩檢驗(yàn)結(jié)果為不合格，應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換。

（3）通過(guò)各種方式的技能培訓(xùn)和安全知識(shí)講座進(jìn)一步提升企業(yè)員工的生產(chǎn)技能和安全生產(chǎn)意識(shí)。以使各崗位員工能做到技能熟練，操作得當(dāng)，安全到位。

（4）購(gòu)置鋼絲繩在線無(wú)損檢測(cè)儀器，以便企業(yè)能實(shí)時(shí)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)掌握鋼絲繩的現(xiàn)狀，為判定鋼絲繩能否繼續(xù)使用提供真實(shí)、可靠的依據(jù)。

（5）企業(yè)各級(jí)管理部門(mén)進(jìn)一步強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)安全管理工作，對(duì)設(shè)備操作人員的操作方式和安全注意事項(xiàng)、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全行為進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督，對(duì)發(fā)現(xiàn)的任何違規(guī)操作的現(xiàn)象，要做到有違必糾。