矿用提升设备安全制动的过程及其影响因素分析

卢军峰

( 河北省唐山开滦赵各庄矿业有限公司瓦斯抽采区，河北 唐山 063101)

1 矿用提升设备制动过程中的主要安全问题

矿用提升机是一种集液压、电力、机械于一体的大型设备系统，作为矿山作业过程中必备的生产工具，提升机担负着输送煤炭、矿石、煤矸石，以及提运生产设备、人员、物料等一系列功能，是矿山生产的关键性设备。一旦提升机出现安全问题，轻则停工影响生产进度和效益，重则可能造成不可估量的人身伤亡好财产损失。随着近年来国家和煤炭行业对矿山生产安全重视程度的提高，提升系统的可靠性问题也越来越得到矿山企业的关注。

目前我国广泛应用的提升系统多由提升钢丝绳、提升容器、减速器、滚筒、拖动电机、电控设备以及制动装置等组成。研究显示，提升机故障主要表现在设备运行中出现的过卷、滑动、断绳以及制动失效等问题，其中安全制动失效对生产安全的影响最大，一旦制动问题发生，常常会导致较严重的安全事故。通过对已知事故现场的调查分析，可以发现导致提升机制动失效的因素非常多，如设备质量问题、外部环境干扰、操作管理不当等，而如果在早期就采取有针对性的措施予以预防，就能在很大程度上降低甚至完全避免故障发生的可能性。而要采取合理的预防措施，首先要掌握提升设备制动过程的工作原理及其影响因素，并在此基础上科学改进设备性能、规范操作制度，最终实现提升设备运行和制动的稳定性。

2 斜井提升机的安全制动过程及其影响因素

2.1 制动减速过程中的各影响因素分析

提升设备运行中若出现异常情况，电控系统的安全保护电路将在急停拖动电机电源的同时，让制动系统抱闸。由于在制动开始之前，提升机可能处于较高的运行速度，变位质量的惯性作用将使系统具有相当大的动能，这时就要求制动器以一个适当的正压力按预定的反应速度抱闸。一旦抱闸动作不当，减速度过大，即会导致绳端载荷对提升钢丝绳的冲击力过大，造成断绳等事故的发生，因此必须对斜井提升制动的减速度进行严格规范，首先，提升钢丝绳绳端载荷在重力作用下的自然减速度ac（m/s2）与斜井的倾角有关θ（°），即：

其中g为重力加速度，f为绳端载荷运行阻力系数（0.01＜f＜0.015）。

而在保险闸发生作用时，全部机械的减速度必须符合：上提重载azs≤ac，下放重载azx在θ<15°时，应≥0.75，而在15°≤θ≤30°时，azx则应≥0.3ac。此外，制动力矩对最大静荷重的旋转力矩之比，即制动力矩倍数K应≥3。

上提重载和下放重载还与制动力矩Mz、惯性力矩mR、静阻力距Mj等参数有关。

且Mz=KMj，Mj=FcR

其中Fc为提升系统最大静张力差，R为绞筒半径，变为质量m对于给定的提升系统为一定值。

设质量模数 z=m/Fc，并联立式（1）、（2）、（3）可发现K按煤矿操作规程取值时，z是θ的函数，且有：

提升机紧急制动时，其制动器产生的制动力矩不能大于钢丝绳和摩擦轮之间的摩擦力矩，否则将发生滑动现象，必须采用二级制动。所谓二级制动，就是在紧急制动时，首先施加第一级制动力矩，使制动减速度≥1.5m/s2，待提升速度降低到零时，再施加第二级制动力矩，即最大制动力矩。设计中，则应根据矿井的具体条件整定K上和K下，第一级制动力矩倍数按(6)式整定，第二级制动力矩倍数取K≥3，这样既满足了安全要求，又能保证在提升过程不出现松绳问题。在下放重载时，要有足够的制动力矩保证安全制动减速度azx≥0.75 m/s2，以防容器滑行距离过长。

2.2 影响因素的测试与调整

由上述算式可知，提升系统给定且斜井倾角一定时，制动力矩就成为了提升设备可靠性的最重要影响因素。因此，作业中应对提升设备进行定期测试，确保制动力矩符合安全要求。测试时应先使钢丝绳处于无任何外力作用的状态，将拉力传感器与拉力计及提升设备安全性能测试仪连接，并关闭须检测的盘形闸的阀门，打开其他阀门，然后逐渐施加并增大拉力，直到滚筒略有移动。各盘形闸分别测试完毕后求和即是该设备盘形闸的全部制动力矩。当制动力矩不能满足安全规程的要求时，应找到具体原因，如：闸瓦接触面积不够、闸瓦蝶形弹簧疲劳、制动闸的闸瓦间隙过大、工作油压太低、残压超标等，通过解决上述问题，可以调整制动力矩重回最佳工作状态。

此外，工作中还应对其他制动影响因素进行监控和及时的调整，以减速度为例，当发现紧急制动过程中减速度出现问题时，可首先考虑下列原因：电控系统中二级制动时间调节不合理、工作油压太低、残压超标、盘闸制动力不够等，并通过解决这些问题将制动减速度控制在安全规程要求内。

3 现代提升制动系统的发展

近年来，高可靠性的液压装置、恒减速液压制动系统等的应用都得到了较好的效果，系统调压功能的改善，多路回油保护、残压保护、电磁阀故障检测以及可编程控制器（PLC）控制技术的开发及推广，都为增强矿用提升设备的制动安全性提供了有力的技术支持。相信随着变频调速、可调闸回路控制等技术的不断改进，矿用提升系统的可靠性和高效性还将得到更进一步的发展和提高。

[1] 唐国祥, 武文辉, 王有益主编.矿井提升机故障处理和技术改造[M]. 机械工业出版社,2005.

[2]张长青, 田菊鸽, 李玉新. 矿井提升设备安全制动的因素分析[J]. 地质勘探安全,2000(02).

[3]中华人民共和国建设部. GB 50215—2005,煤炭工业矿井设计规范[S]. 建设部标准定额研究所组织中国计划出版社, 2009 （09）.

[4]林泓,煤矿在用缠绕式提升机和提升绞车制动力测试方法的研究[J]. 能源与环境,2010(04).