立井提升过卷缓冲保护装置的结构型式及应用.pdf

6 8 煤矿安全 酬4 0 5 立井提升过卷缓冲保护装置的结构型式及应用 李军风 鹤壁煤业集团公司供电处，河南鹤壁4 5 8 0 0 0 摘要介绍了目前煤矿立井提升过卷缓冲保护装置的结构型式及在煤矿的应用情况，对目前我 国煤矿存在着不同形式的过卷缓冲保护装置进行了详细介绍，并对立井提升过卷缓冲保护装置 的发展前景做了简要的阐述。 关键词立井提升；过卷缓冲；保护装置 中图分类号T D 5 3 4 ．7文献标识码B 文章编号1 0 0 3 4 9 6 X 2 0 0 8 0 8 0 0 6 8 0 3 在煤矿立井开采趋向大型化、提升容器、单次提 升量以及提升速度不断地突破老的极限的情况下， 立井提升安全保护技术的地位愈加突显。目前在提 升机的控制、制动等环节设置有多道电器控制及机 械制动保护装置，其技术也日臻完善，但由于操作失 误，制动环节机械故障及电器、电路等方面的原因， 过卷事故的发生还是屡见不鲜，甚至造成蹴罐，断绳 坠罐之类的重大事故，致使人伤物毁，停工停产。如 作深入一步的分析，仅把注意力集中在提升机上来 解决防过卷问题是不科学的。这是因为提升机与提 升容器之间的联接是通过钢丝绳这种柔性体来实现 的，在发生过卷时，紧急情况下，即使提升机能够很 快制动 正常制动时加速度有限制 ，由于惯性的作 用上升的提升容器必然还有上冲的趋势，若这种上 冲的趋势不能通过有效可靠的手段予以克制，则松 绳是必然的，此时的提升容器若不加以控制是最危 险的。过卷上升、松绳、反向下落、跋绳、断绳、坠罐， 更何况还有张力差超限，摩擦副打滑，制动闸失灵， 绞车失控飞车等各种意外情况发生的可能。通过原 理分析，加上事故给我们的经验教训，从提升机和提 升容器这两个端头来解决立井提升过卷保护问题已 成为广泛的共识。因此，自1 9 9 2 年来， 煤矿安全规 程中就一直规定立井提升系统必须设置防撞梁、 托罐装置、缓冲装置等。 根据煤矿安全规程第3 9 6 条规定。“在提升 速度大于3 m ／s 的提升系统内必须设置防撞梁和托 罐装置。～防撞梁必须能够挡住过卷后上升的容器 或平衡锤；托罐装置必须能够将撞击防撞梁后再下 落的容器或配重托住，并保证下落距离不超过0 ．5 I n 。”第3 9 7 条规定，“在过卷高度或过放距离内，应 安设性能可靠的缓冲装置，缓冲装置应能将全速过 卷的容器平稳地停住。” 我国目前约有2 ／3 的摩擦提升和绝大多数缠绕 式提升矿井都没有托罐装置，且大部分矿井的过卷 高度都不能满足煤矿安全规程的要求，这对煤矿 安全生产构成了极大威胁。一旦出现高速过卷断绳 坠罐事故，将给矿井带来巨大的经济损失．而已装设 托罐装置的矿井大都采用刚性逆止装置，这种托罐 装置的冲击载荷一般按提升容器最大终端载荷的几 倍进行计算，这对矿井井塔 井架 结构及强度提出 了较高要求．另外，一些人认为多绳提升系统不存在 几根提升钢丝绳同时破断的可能性，其原因一是提 升钢丝绳备有较充裕的安全系数；二是当提升机发 生过卷时首先电器保护起作用使绞车停止运行，这 时提升容器依靠惯性力向上运行，提升钢丝绳与绞 车滚筒之间将产生相对滑动，而两者之间的滑动摩 擦阻力远远小于提升钢丝绳的破断力。然而事实情 况并非如此，当发生过卷时，由于受到速度、载荷、罐 道安装误差、罐耳制造质量等因素的影响，已发生多 起多绳摩擦提升过卷断绳容器坠落情况。因此，立 井提升设置过卷缓冲，托罐装置是十分必要的。 l 立井提升过卷缓冲装置的型式及其特点 目前国内外对立井提升过卷过放缓冲装置的研 究主要有三种型式木质楔形罐道、钢丝绳缠绕摩擦 滚式缓冲装置、钢带式塑变缓冲托罐装置。下面对 这三种型式的工作原理及结构特点分别作一个阐 述 1 ．1 木质楔形罐道 现场使用表明，木质楔形罐道作为过卷缓冲装 置的使用效果并不理想，其制动性能与其本身的材 质，温度，湿度以及过卷速度有关。过卷较轻时，罐 煤矿安全 2 0 0 8 一0 8 6 9 耳紧紧挤压在楔形罐道上，致使恢复比较困难，过卷 较严重时，致使楔形罐道损坏。另外，楔形罐道在整 个缓冲过程中缓冲力不是定值，难以计算，其缓冲力 的产生是靠罐耳对罐道的挤压，然后刨削和劈裂，劈 裂时制动阻力大大减小。 1 ．2 钢丝绳缠绕摩擦滚式缓冲装置 该装置利用摩擦做功来吸收过卷过放容器的动 能，其能量转换模式是把动能转换成热能，热能通过 摩擦面释放出来。四台缓冲器分别安装于提升容器 两侧的罐道梁上。四台缓冲器上缠有钢丝绳，钢丝 绳的另一端吊着两个缓冲托梁，缓冲托梁位于容器 正常停车位置上方。正常提升时，提升容器碰不到 缓冲托梁。过卷时提升容器顶部碰到缓冲托梁，带 着缓冲托梁向上运动。缓冲托梁通过四根钢丝绳拉 着4 台缓冲器的卷筒转动，缓冲器给出一定的制动 阻力，通过缓冲绳、缓冲托梁作用于提升容器，迫使 提升容器及绞车停车。缓冲器的制动力是可以调定 的。调定的原则是保证过卷后的容器平稳地停住， 并且缓冲减速度口 g 。另外这种类型缓冲装置还 需要配置防撞梁及托罐装置，才能满足规程3 9 6 条、3 9 7 条的要求。其防撞梁采用工字钢梁，防撞梁 下面采用方木进行缓冲。托罐装置由缓冲器、滑槽、 托爪等组成，当提升容器过卷撞击托罐装置的托爪 时能自动回缩，当容器继续上升到刚刚离开托罐装 置，即将撞击防撞梁时，托爪迅速伸出，托住下落容 器，该装置既有托罐功能，又具有缓冲功能。 该装置具有以下特点实用中可以多次、频繁使 用；可以通过改变正压力大小来控制其制动特性 制动力 。 1 ．3 钢带式塑变缓冲托罐装置 钢带式塑变缓冲托罐装置其基本动作原理为 当过卷上升的容器在过卷距离内开始推动缓冲装置 的横梁向上时运动时，横梁横担着两根滑柱向上运 动，同时逆止锁舌外侧的斜面受到固定 静止 套柱 的下压而向内侧伸出，锁住顶在横梁之下的提升容 器，使滑柱、横梁与提升容器锁联在一起，无论向上 或向下都必须一起运动；同样，压辊组被固定曲轨压 迫同时做水平移动，压辊组的运动使纵贯套柱、滑柱 中心的钢带产生S 形塑性变形，且在曲轨的曲线段 内逐步增大，缓冲制动力也随之增大，当中间压辊行 至曲轨之上部直线段时，制动力达到最大值，其后， 滑柱无论是向上，还是向下运动，都受限于钢带本身 恒定的变形力，也就是缓冲制动力或逆止力。在横 粱、滑柱，吸能元件钢带、逆止锁舌、压辊组的联合作 用下，过卷的提升容器可在允许的过卷距离内可靠 地缓冲制动，停止上升后即保持在该处不再反向下 滑。一旦横梁被提升容器推至顶端，横梁将被套柱 直接套住，此时横梁即起到防撞梁的作用，而钢带、 逆止锁等不会受到冲击而保持完好，能够防止容器 的回落，从而起到托罐装置的作用。此外，在提升容 器的进入端，套柱有导人斜度，因此该装置还兼有罐 道的功能。钢带式塑变缓冲托罐装置具有煤矿安 全规程要求的防撞梁、托罐装置、缓冲装置的功 能，再加上辅助罐道的功能，是四种功能集于一身。 钢带式塑变缓冲托罐装置是使用金属材质的钢 带所产生的塑性变形来吸收提升容器的动能，其实 质是将动能转化为金属材料的内能来实现吸能缓 冲。国外较为先进的作法也是用钢带制动代替摩擦 制动，用于过卷缓冲保护。英、德等国家采用的钢带 吸能方式是预先用压辊组将钢带压成“s ”形，制动 力在制动的整个过程中始终都是一个值，所以其制 动力也是定性的。该装置的主要特点在于利用金属 材料的塑型变形实现吸能缓冲，其制动特性不受环 境条件、时间变化的影响，因而具有较高的缓冲制动 可靠性。 2 三种立井提升过卷缓冲保护装置的应用及比较 1 目前多数矿井使用木质楔形罐道作为过卷 缓冲保护装置。用木质楔形罐道作为过卷缓冲保护 装置，其成本低廉，安装简单，维修方便，但其制动性 能受环境影响，可靠性差，目前已不建议使用。 2 钢丝绳缠绕摩擦滚式缓冲装置其优点是采 用调力盘与调力螺母相配合，使得调节制动力极为 方便。但其制动特性难以在长期不动作的条件下难 以保持稳定。这是由摩擦制动天然的特点所决定 的，空气中的水分、微尘、机械环境中的滴油、溅油、 摩擦副表面上温度的升高等都会对摩擦系数产生很 大的影响，在长期不动作 即不使用 的条件下，无 法保证其制动力的稳定，其缓冲托梁和缓冲器的连 接钢丝绳，时间长了很容易发生锈蚀、老化等情况， 造成其强度降低，造成制动失效，而过卷保护装置可 能数月、数年都不使用，采用摩擦制动的可靠性会有 所降低。 3 钢带式塑变缓冲托罐装置是利用金属材料 的塑性变形实现吸能缓冲。其制动特性不受环境条 件、时间变化的影响，因而具有较高的缓冲制动可靠 性，由于这些原因国外较为先进的作法是用钢带制 动代替摩擦制动，用于过卷缓冲保护。 7 0 煤矿安全 酬4 0 5 4 钢丝绳缠绕摩擦滚式缓冲装置和钢带式塑 变缓冲托罐装置这两种过卷保护装置目前在全国很 多矿井安装使用，钢丝绳缠绕摩擦滚式缓冲装置在 使用后大部分使用效果良好，起到了保护作用，但也 有一些矿井由于安装时间长，保护装置长期不动作， 造成弹簧机构生锈卡阻、联结钢丝绳强度降低等，使 缓冲托罐失效造成事故。钢带逆止缓冲装置其制动 性能受钢带钢质、环境影响；当制动时，钢带被拉长 变细，当受到高速冲击时，钢带易断。但该装置结构 设计紧凑，不影响井筒中的其他设备，安装十分方 便，可利用停罐检修时间完成安装工作，用作防过卷 缓冲时，将整个装置反向安装即可，可重复使用，事 故后处理便捷，具有较为广阔的推广前景。 3 立井提升过卷缓冲保护装置的发展前景 3 ．1 立井提升过卷缓冲保护装置的独特性 1 终端保护防撞梁，托罐装置，缓冲装置等 属于立井提升系统的最后一道防护屏障，因此其可 靠性是第一位的。 2 可能长期不动作。在长期不动作的情况 下，一旦发生过卷，必须保证装置能可靠动作，并且 有稳定的制动特性。 3 布置空间狭窄，环境差。井筒断面中布置 有提升容器，罐道梁，罐道等，另外井筒淋水，撒煤 等，因此要求装设于这一环境的过卷保护装置必须 结构紧凑，能适用于恶劣条件。 4 可能处于瓦斯、煤尘的不利环境中。 5 可能面对失控情况下的高速冲击，需要瞬 时完成能量的转换。 6 用于柔性的提升系统，不允许有反弹。 3 ．2 立井提升过卷缓冲保护装置应有的性能 1 制动特性稳定。要求在井筒上下这一恶劣 环境中，在长期不动作的条件下，装置能保证稳定的 制动特性，做到逐步加载，平稳制动，这主要是对缓 冲功能而言。 2 无反弹现象。制动终了阶段不能对提升容 器造成反弹，以免对非刚性的提升系统形成冲击，带 来难以预测的后果。 3 逆止功能可靠。首先是逆止机构的动作可 靠，动作的可靠必须由动力的可靠来保证。决不能 由什么弹簧力或自重力作为逆止机构的动力。 4 结构紧凑。最好能做到多功能合一，化繁 为简，以适用于井筒上下有限的空间及恶劣的环境。 5 无外动力，维护工作量少，事故后处理简 便o 6 装置可重复使用。 7 良好的通用性以便于标准化。 因此，真正理想而能够满足实用要求的立井提 升过卷保护装置除有稳定的制动特性外，还必须实 现逐步加载以获得平稳的初始制动特性，实际生产 中真正危害巨大的是超速过卷，一般速度的过卷一 般不会造成恶性事故，作为过卷保护装置必须解决 这一问题，才算是成功的。 逆止功能、托罐功能是为了防止过卷后提升容 器的坠落，或者是防止冲击造成容器反向运动而失 控，其重要性是不言而喻的，因而必须具有极高的可 靠性。而同样是因为长期不运动这一特点，其动作 机构的动力采用弹簧或自重力是难以奏效的，长期 不动作的情况下，锈结或干化的油垢都会成为致命 的杀手使其机构在需要工作时完全不能动作或是灵 敏度不够而失效，实用中这样的例子太多，因此，动 作的可靠源自动力的可靠，保护装置的逆止、托罐机 构必须具有可靠的动力，而外动力在长期不动作的 条件下同样也存在可靠性的问题，所以直接采用过 卷容器的运动来驱动逆止机构和托罐机构是最佳的 选择。 当然，在可靠性第一的前提下，结构的紧凑性、 多功能性、可重复使用性、事故后处理及日常维护的 便捷，还有良好的通用性同样要解决的目标，最后， 用材及加工制造方面的工艺性能和经济性也是需要 考虑的。 参考文献 1 ] 张继玲．立井提升过卷过放保护系统[ J ] ．煤矿机械， 2 0 0 3 1 0 ．8 1 8 2 ． 【2 】权全．立井提升过卷缓冲托罐装置的应用 J 】．煤矿 机械。2 0 0 2 2 “一6 5 ． 作者简介李军风 1 9 7 3 一 ，男，河南鹤壁人，工程师， 学士学位，1 9 9 5 年毕业于焦作工学院机械系，现在鹤煤 集 团 公司供电处从事煤矿机电设计及制造工作。 收稿日期2 0 0 8 0 3 一0 6 ；责任编辑金丽华 立井提升过卷缓冲保护装置的结构型式及应用立井提升过卷缓冲保护装置的结构型式及应用 作者李军风， LI Jun-feng 作者单位鹤壁煤业集团公司,供电处,河南,鹤壁,458000 刊名 煤矿安全 英文刊名SAFETY IN COAL MINES 年，卷期2008，398 引用次数0次 参考文献2条参考文献2条 1.张继玲 立井提升过卷过放保护系统[期刊论文]-煤矿机械 200310 2.权全 立井提升过卷缓冲托罐装置的应用[期刊论文]-煤矿机械 200202 相似文献6条相似文献6条 1.期刊论文 张国旺.刘春孝.ZHANG Guo-wang.LIU Chun-xiao 2种立井提升系统防止撞击、过卷缓冲、托罐保护装 置的比较 -煤矿机械2007,288 多方面比较了BSFHT型和HZHN型立井提升系统防撞、过卷缓冲、托罐保护装置的原理和性能,阐明了钢带逆止缓冲装置的优越性,用现场实例证明其 良好的安全可靠性和推广应用前景. 2.期刊论文 权全 立井提升过卷缓冲托罐装置的应用 -煤矿机械20022 对立井提升设置过卷缓冲、托罐装置的必要性进行了探讨,介绍了多盘摩擦过卷缓冲装置以及托罐装置在开滦集团公司唐山矿业分公司的应用状况. 3.期刊论文 何明波.陶伟.王雷.杨建奎 立井提升过卷缓冲托罐装置在平煤四矿的应用 -煤矿机械20032 随着矿井的发展,提升速度越来越大,载荷也越来越大,箕斗过卷应得到足够重视.介绍立井过卷缓冲托罐装置在平顶山煤业集团四矿的应用状况,分析 了过卷事故过程中箕斗对防撞梁的冲击变形情况. 4.期刊论文 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