有色金属矿用提升机罐道钢丝绳脱落分析及对策

姚金星， 臧宗强， 何芳红

(金川集团股份有限公司安全保障部， 甘肃 金昌 737104)

1 前言

罐道是非煤矿山提升机箕斗或罐笼的导向装置，目的是确保箕斗或罐笼在井筒内保持平稳运行，通常分为柔性罐道和刚性罐道。柔性罐道钢丝绳上端用固定装置固定在井塔或井架上，下部连接装置与上部结构基本一致，并利用重锤将钢丝绳拉紧。与刚性罐道相比，柔性罐道具有安装工作量小、维护简便等优点。

某有色采矿冶炼企业24行主井提升系统2019年发生一起6#罐道绳脱落事故，该罐道属柔性管道，固定及拉紧装置由井塔双楔块固紧器+井下重锤拉紧装置构成，装置中双楔块是利用钢丝绳的自身牵引力，通过罐道钢丝绳与双楔块内圆弧槽的摩擦力带动双楔块在楔槽内滑动，完成对无端头钢丝绳任意位置锁紧，实现固定装置对罐道钢丝绳的紧固固定。相关技术参数见表1。

2 原因分析

经现场调查，6#罐道钢丝绳更换时间刚过半年，最近的一次日常检查时间距事故发生不足1月，检查结果罐道钢丝绳锁紧器无异常，罐道钢丝绳无断丝，钢丝绳最小直径49.76mm，符合《金属非金属矿山安全规程》规定。同时事故发生后经现场确认，锁紧器小板卡无明显损伤，上下滑套间罐道钢丝绳及滑套座完好，运行曲线正常，未发现电流、力矩突变现象，排除因罐道钢丝绳撸丝造成载荷超过锁紧力脱落的原因。由此进一步分析得出，发生罐道钢丝绳脱落的原因为锁紧装置锁紧力不足导致罐道绳脱落。

表1 提升机及罐道钢丝绳固定拉紧装置技术数据

2.1 楔块未锁紧到位

提升机罐道钢丝绳锁紧原理是依靠配重及罐道钢丝绳自重产生拉力，进而依靠罐道钢丝绳与楔块接触弧面的挤压力使楔块在锁紧器楔槽内平滑下移实现自锁紧。因此，形成可靠有效的挤压是实现锁紧的前提。

罐道钢丝绳挤压模型如图1所示，根据约定模型假设[1]及材料力学Hook定律[2]，罐道钢丝绳挤压力数学模型为[3]

(1)

根据实际，罐道钢丝绳的曲率半径同样影响挤压力，需要考虑凹坑和罐道钢丝绳的曲率半径，修正后的公式为[4]

(2)

式中：R——挤压凹坑的球半径；

δ——钢丝挤压坑深度;

E——弹性模量;

R1——凹坑曲率半径；

R2——钢丝曲率半径；

F——挤压力。

图1 罐道钢丝绳挤压模型

就6#罐道来说，其锁紧器紧固装置(与其他紧固装置规格型号)上端面至双楔块上端面间距约100 mm，其余7根间距约70mm，具体如图2所示，说明楔块在安装时未楔紧到位是发生事故的主要原因。同时经测量发现，两侧楔块外露高度参差不齐，误差明显，最大误差达5mm，说明楔形块在相互挤压罐道钢丝绳时，两侧楔块对罐道钢丝绳挤压作用点不在同一位置，产生分力引起作用效果下降，也是导致事故发生的原因之一。

图2 楔形块与罐道装配

2.2 楔块不能顺利滑动实现自锁

由于罐道钢丝绳固定装置的楔槽、楔块锈蚀、变形、损伤以及加工精度不足等原因，将导致楔块不能顺利滑动实现对罐道钢丝绳自锁，引起事故发生。就本次事故来说，主要表现在以下几个方面。

(1)表面锈蚀严重。由于井筒以条状混合岩为主，层状碎裂结构，井筒涌水量大，现场环境恶劣，提升机全速运行时速度达到16m/s，井筒内淋水被提升绳、箕斗等提升至井塔各层，造成罐道钢丝绳紧固装置等设备设施锈蚀较快。现场解体查验6#罐道钢丝绳锁紧器，内部楔槽及楔块锈蚀、水渍，痕迹明显，现场情况如图3所示。

(2)检修更换作业缺乏检质量验收标准。该锁紧器为重复利用设备，在安装前要进行解体清洗、打磨处理，但由于未对方案技术标准做明确要求，导致二次安装过程中锁紧器内部楔槽及楔块表面加工粗糙，引起受力变形且有微小损伤，楔块侧面(非受力面)与锁紧器楔槽侧面(非受力面)配合间隙过小，楔块不能顺利滑动实现对罐道钢丝绳的自锁。

3 措施及对策

罐道钢丝绳及其拉紧紧固装置应做好安装前的检查和日常点检维护管理工作，确保质量合格，技术性能安全稳定可靠[6]。

(1)加强提升机运行管理。在多绳提升过程中，箕斗或罐笼中心摆动轨迹呈波浪形，近似于正弦波曲线，有明显波峰和波谷。其原因是由于运行过程中容器对罐道钢丝绳的作用力和罐道钢丝绳对容器的弹性恢复反作用力造成的，与振幅与载荷、速度、罐道绳刚性等因素有关[7]。当其他参数不变，振幅与载荷和速度变化如图4、图5所示。

图4 单位载荷下振幅(R)变化趋势

图5 单位速度下振幅(R)变化趋势

由上图可以看出，速度变化和载荷变化对箕斗或罐笼中心摆动都造成影响，继而影响罐道钢丝绳安全使用，同时速度变化的影响高于载荷变化的影响。因此，在日常运行中，必须要按照操作规程要求安全操作，确保罐道钢丝绳安全可靠。同时要避免由于速度过快引起拉紧紧固装置楔块受井筒淋水等影响造成锈蚀而导致锁紧力下降。

(2)做好日常检查维护。罐道钢丝绳及其拉紧紧固装置应按照矿山提升设备相关技术要求进行定期检查，记录罐道钢丝绳标记位置位移情况。

(3)罐道钢丝绳及其拉紧紧固装置更换要有明确检修方案，其质量验收要求要用过专业技术人员充分分析论证，对现场安装楔块等关键部位要严格把关，发现隐患，及时整改，确保安全运行。

4 结论

在实际生产运行中，罐道钢丝绳的脱落现象发生较少，日常维护检查主要方法是通过检查在钢丝绳上的标记位置位移情况，确定锁紧器工作状态，同时对锁紧器的楔紧主要靠大锤施加外力楔紧，无专用工具或其他手段确保楔块楔紧到位。