矿用提升机防坠器的优化改进

梁慧彪

（西山煤电（集团）有限责任公司官地多种经营分公司， 山西 太原 030000）

引言

在进行井下生产运输的过程中，随着煤炭开采力度和资源需求量的不断增大，矿井提升机作为运送物料、矸石以及工作人员的主要机械设备，在煤矿生产中占有重要的地位。为了保证井下生产及运输作业的安全稳定运行，设计制造了一种提升机防坠器，该防坠器的应用使矿井提升事故大大减少，不仅有效降低了人员的伤亡，而且提高了煤矿的经济效益。但在长期的生产实践中发现，矿井提升设备事故仍然存在，钢丝绳断裂的现象仍有发生，所以为了进一步加强设备的安全性，从提升机防坠器在应用中存在的问题出发，对防坠器进行了优化与改进，更有效地提高了工作人员的安全和相关机械设备的可靠性，从而减少矿井事故的发生，创造更大的经济效益。

1 井下提升系统概况及存在的问题

某矿在进行井下运输作业时，主要是通过副井提升机来完成的，该提升机的作用是将煤炭以及矸石运送到地面，而物料以及相关人员等运送到井下，其中副井提升机的结构为单绳缠绕式，并配备有相应的罐笼，同时在罐笼上设置有BF-111型抓捕器，该抓捕器主要是用来抓住井筒中的制动绳，一旦在运输过程中，钢丝绳发生了断裂或者连接装置发生了故障，则该抓捕器可以及时对罐笼进行抓取，从而使罐笼较稳定地停留在某一位置，避免了坠毁事故。在现场的实践应用中，当罐笼的运行速度较小，但减速过程中的加速度较大时，在下放运行途中，罐笼的抓捕器常常会抓住制动绳，从而使罐笼停止运动，悬挂在井筒中，在这种情况下，一旦提升机的操作人员没有及时发现抓捕器已经开始动作，而继续开车，则很容易造成下放罐笼侧提升机的钢丝绳发生松动。当松绳次数过多时，提升机会反方向开车，此时会导致提升机故障以及损坏井筒设备等，同时抓捕器的动作过于灵敏也会影响提升机的运行，对运输的安全性造成一定的威胁[1-2]。

2 误动及松绳原因分析

当罐笼的运行速度较大时，若提升过程中出现了安全制动，则制动闸发生动作，促使副井提升机的滚筒开始减速，从而使提升机停止运行。惯性使提升机停机，但上提罐笼仍然会向上运动，此时主拉杆所产生的拉力降低，拨杆在弹簧拉力的作用下逐渐向上移动，且上移过程中会产生摩擦力，由于该摩擦力的存在，上行罐笼最终会停在制动绳上。而下行罐笼以速度v下降时，在一定时间内罐笼的运行速度会很快降低至0，此时由动量守恒可知，提升机的钢丝绳会受到一个向下的力，在经过弹性变形后，钢丝绳会带着罐笼一起向上运动，降低了下行罐笼的主拉杆所受到的作用力，同时拨杆与制动绳之间会产生摩擦，促使下行罐笼固定在制动绳上。当提升机在较低的运行速度下制动，且在较大的加速度下进行减速停机时，抓捕器开始工作，但由于弹簧的弹力较大，提升机的工作人员常常会忽略该动作，从而导致提升机司机未及时停车，继续加速运行，使得上行罐笼所受到的冲击力过大，影响下行罐笼钢丝绳的紧固程度，以致于发生松绳现象，为矿井的安全运输埋下隐患。

当提升机在较高的运行速度下开始减速制动时，按照相关操作规范及标准的要求，司机只要对罐笼的抓捕器进行控制解锁，就不会发生松绳现象。只有提升机在较低的运行速度下开始减速制动时，司机才有可能忽视抓捕器的动作，同时由于该矿的提升机仰角较小，当罐笼下放时，司机在座位上无法观察到出绳孔，从而不能判断钢丝绳是否发生松动，因此，钢丝绳的松动通常发生在罐笼下放过程中。单绳缠绕式提升机，要想减少其松绳的发生，保证设备的安全性，必须设置松绳保护，该提升机电控系统的松绳保护示意图如图1所示。在该控制系统下，既可以实现手动保护，也可以实现自动保护，且为了提升机制动后罐笼可以反方向运行，还设置了一个复位状态，以确保钢丝绳反方向缠紧时，可以将钢丝绳松动复位，从而使提升机可以正常运行。从图1中可以看出，当钢丝绳出现松动时，Ⅰ11.0接口处于关闭状态，此时T63继电器开始进行动作，将其延迟0.5 s后，M131.4接口断开，从而解除松绳保护，提升机开始制动。但是由于复位状态下提升机的最大运行速度为0.5 m/s，M11.2对T63进行了短接，因此松绳保护不能起到作用。此时若提升机在较低的速度下开始运行，下放罐笼的抓捕器开始动作，而司机没有及时发现，选择继续开车，则钢丝绳将发生松动，此时，松绳保护还处于复位状态，无法发挥作用，因此在该种复位状态下必须解决松绳保护的问题[3]。

图1 原松绳保护示意图

3 提升机防坠器的优化改进

3.1 防坠器结构的优化改进

3.1.1 缓冲器的优化改进

矿用提升机缓冲器作为防坠器中的一个重要构件，可以使罐笼在下坠过程中保持稳定，且以较低的速度下落，同时在正常运行状态下，该装置也在工作，因此该缓冲器会给钢丝绳带来阻力，且由于钢丝绳提升的作用，钢丝绳的寿命会受到很大影响，因此为了解决上述问题，应该使缓冲器只有在断绳现象发生时才起作用，故对缓冲器进行了优化改进。具体表现在将缓冲器中的螺旋杆换成了制动杆，该制动杆可以自由伸长与缩短，在实际应用中，当提升机处于正常状态下时，制动杆不受力，缓冲器不工作，不会对钢丝绳产生阻力，影响钢丝绳的使用寿命。一旦钢丝绳发生断裂时，制动杆在拉力的作用下被压缩，从而产生制动力，使缓冲器开始运行，对罐笼进行缓冲，避免罐笼直接坠毁。

3.1.2 抓捕器的优化改进

传统的抓捕器是由滑楔、杠杆、平衡板以及连接梁组成，当钢丝绳发生断裂时，在拉力的作用下，传动弹簧回到原位，进而通过杠杆将该力传导滑楔上，从而使滑楔被压紧，抓捕器开始制动，将罐笼固定在钢丝绳上。但由于该过程发生的时间非常短，即使缓冲器给罐笼的下落带来了一定的阻力，但仍然会产生很大的冲击作用，而该冲击作用对罐笼以及工作人员来说，所带来的伤害又是不可逆转的，因此在进行制动时，必须尽量减少这种冲击力，故针对该问题，对抓捕器进行了如下的优化改进。具体改进措施为：在抓捕器的中心拉杆位置处增设了一个阻尼元件，通过该阻尼元件，一旦钢丝绳发生断裂时，该元件可以对中心拉杆产生阻力，从而使拉杆不会很快恢复变形，而是逐渐回到原位，此时滑楔也不会在较短时间内就被压紧，而是随着中心拉杆的逐渐伸长，缓慢地实现钢丝绳的制动，从而减少制动所带来的冲击力对罐笼以及工作人员的影响。此外为了保证缓冲器的灵敏性，使缓冲器与抓捕器在工作状态下不会相互影响，特使用柔性钢绳来连接中心拉杆，这样可以使断绳发生时缓冲器及时起到减速作用，同时抓捕器的中心拉杆在阻力的作用下，可以平稳地实现钢丝绳的制动，保证提升机以及罐笼的稳定运行[4]。

3.2 防坠器系统的优化改进

3.2.1 弹簧长度的优化改进

该矿提升机防坠器中的弹簧长度是365mm，且弹簧的弹力为3140 N，为了保证弹簧可以及时复位，对弹簧的长度进行了调整，将其设计成了350mm，弹簧弹力设计为2730 N，改进后经过对该弹簧的静负荷试验以及罐笼脱钩试验发现，其抓捕器的制动距离、罐笼的下降距离等都符合相关规程的规定，且当罐笼在减低速度下进行制动时抓捕器并未开始作用，而当罐笼在较高的运行速度下进行制动时上行罐笼的抓捕器开始动作，因此对弹簧长度进行改进后，不仅可以使抓捕器发挥其应有的作用，且保证了提升机的安全运行，提高了运输的效率。

3.2.2 松绳保护改进

在钢丝绳发生松动后，为了使提升机可以顺利地反向进行开车，对该提升机的电控系统进行了改进，其电控系统的示意图如下页图2所示。从图中可以看出，在控系统中增设了一个Ⅰ107.6松绳复位按钮，并将其串联在复位状态继电器中，当在复位状态下时，一旦钢丝绳出现了松动，则该按钮会断开，实现松绳保护，使提升机制动停车。而当提升机的司机在发现松绳故障后，可以及时有效地向井口传递反方向开车的信号，从而使该按钮开启，连通保护回路，并将提升机的钢丝绳绕紧，使其恢复到正常状态，避免事故的发生。

图2 优化改进后的松绳保护示意图

4 优化效果分析

通过对矿用提升机防坠器进行上述优化改进并将其应用于实际矿井后发现，该防坠器的安全系数大大提高，在煤矿井下运输的过程中，提升机发生故障的几率也随之减小，同时罐笼坠毁、抓捕器未及时动作、钢丝绳松动等现象的发生次数也相应地降低，不仅解决了提升机防坠器在应用过程中存在的问题，还改善了煤矿提升的效率，在确保提升安全性的同时，增加了煤矿企业的经济效益。

5 结论

为了解决提升机防坠器在实际应用中存在的问题，对其进行了优化设计，将缓冲器中的螺旋杆换成了制动杆，提高了缓冲器的缓冲效果，并延长了钢丝绳的使用寿命；在抓捕器的中心拉杆处增设了一个阻尼元件，以用来减少罐笼下落所产生的冲击力；此外对抓捕器中的弹簧长度进行了改进，由原来的365mm改为了350mm，并对电控系统中的松绳保护进行了改进，增加了一个松绳复位按钮。通过上述改进，该提升机可以有效地进行制动，并在松绳事故发生后对其进行保护，避免了罐笼坠毁、人员伤亡、井筒设备损坏事故的发生，保证了提升系统的安全运行。