有色金屬礦用提升機罐道鋼絲繩脫落分析及對策

姚金星， 臧宗強， 何芳紅

(金川集團股份有限公司安全保障部， 甘肅 金昌 737104)

1 前言

罐道是非煤礦山提升機箕斗或罐籠的導向裝置，目的是確保箕斗或罐籠在井筒內保持平穩(wěn)運行，通常分為柔性罐道和剛性罐道。柔性罐道鋼絲繩上端用固定裝置固定在井塔或井架上，下部連接裝置與上部結構基本一致，并利用重錘將鋼絲繩拉緊。與剛性罐道相比，柔性罐道具有安裝工作量小、維護簡便等優(yōu)點。

某有色采礦冶煉企業(yè)24行主井提升系統(tǒng)2019年發(fā)生一起6#罐道繩脫落事故，該罐道屬柔性管道，固定及拉緊裝置由井塔雙楔塊固緊器+井下重錘拉緊裝置構成，裝置中雙楔塊是利用鋼絲繩的自身牽引力，通過罐道鋼絲繩與雙楔塊內圓弧槽的摩擦力帶動雙楔塊在楔槽內滑動，完成對無端頭鋼絲繩任意位置鎖緊，實現(xiàn)固定裝置對罐道鋼絲繩的緊固固定。相關技術參數(shù)見表1。

2 原因分析

經現(xiàn)場調查，6#罐道鋼絲繩更換時間剛過半年，最近的一次日常檢查時間距事故發(fā)生不足1月，檢查結果罐道鋼絲繩鎖緊器無異常，罐道鋼絲繩無斷絲，鋼絲繩最小直徑49.76mm，符合《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定。同時事故發(fā)生后經現(xiàn)場確認，鎖緊器小板卡無明顯損傷，上下滑套間罐道鋼絲繩及滑套座完好，運行曲線正常，未發(fā)現(xiàn)電流、力矩突變現(xiàn)象，排除因罐道鋼絲繩擼絲造成載荷超過鎖緊力脫落的原因。由此進一步分析得出，發(fā)生罐道鋼絲繩脫落的原因為鎖緊裝置鎖緊力不足導致罐道繩脫落。

表1 提升機及罐道鋼絲繩固定拉緊裝置技術數(shù)據(jù)

2.1 楔塊未鎖緊到位

提升機罐道鋼絲繩鎖緊原理是依靠配重及罐道鋼絲繩自重產生拉力，進而依靠罐道鋼絲繩與楔塊接觸弧面的擠壓力使楔塊在鎖緊器楔槽內平滑下移實現(xiàn)自鎖緊。因此，形成可靠有效的擠壓是實現(xiàn)鎖緊的前提。

罐道鋼絲繩擠壓模型如圖1所示，根據(jù)約定模型假設[1]及材料力學Hook定律[2]，罐道鋼絲繩擠壓力數(shù)學模型為[3]

(1)

根據(jù)實際，罐道鋼絲繩的曲率半徑同樣影響擠壓力，需要考慮凹坑和罐道鋼絲繩的曲率半徑，修正后的公式為[4]

(2)

式中：R——擠壓凹坑的球半徑；

δ——鋼絲擠壓坑深度;

E——彈性模量;

R1——凹坑曲率半徑；

R2——鋼絲曲率半徑；

F——擠壓力。

圖1 罐道鋼絲繩擠壓模型

就6#罐道來說，其鎖緊器緊固裝置(與其他緊固裝置規(guī)格型號)上端面至雙楔塊上端面間距約100 mm，其余7根間距約70mm，具體如圖2所示，說明楔塊在安裝時未楔緊到位是發(fā)生事故的主要原因。同時經測量發(fā)現(xiàn)，兩側楔塊外露高度參差不齊，誤差明顯，最大誤差達5mm，說明楔形塊在相互擠壓罐道鋼絲繩時，兩側楔塊對罐道鋼絲繩擠壓作用點不在同一位置，產生分力引起作用效果下降，也是導致事故發(fā)生的原因之一。

圖2 楔形塊與罐道裝配

2.2 楔塊不能順利滑動實現(xiàn)自鎖

由于罐道鋼絲繩固定裝置的楔槽、楔塊銹蝕、變形、損傷以及加工精度不足等原因，將導致楔塊不能順利滑動實現(xiàn)對罐道鋼絲繩自鎖，引起事故發(fā)生。就本次事故來說，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)表面銹蝕嚴重。由于井筒以條狀混合巖為主，層狀碎裂結構，井筒涌水量大，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，提升機全速運行時速度達到16m/s，井筒內淋水被提升繩、箕斗等提升至井塔各層，造成罐道鋼絲繩緊固裝置等設備設施銹蝕較快?，F(xiàn)場解體查驗6#罐道鋼絲繩鎖緊器，內部楔槽及楔塊銹蝕、水漬，痕跡明顯，現(xiàn)場情況如圖3所示。

(2)檢修更換作業(yè)缺乏檢質量驗收標準。該鎖緊器為重復利用設備，在安裝前要進行解體清洗、打磨處理，但由于未對方案技術標準做明確要求，導致二次安裝過程中鎖緊器內部楔槽及楔塊表面加工粗糙，引起受力變形且有微小損傷，楔塊側面(非受力面)與鎖緊器楔槽側面(非受力面)配合間隙過小，楔塊不能順利滑動實現(xiàn)對罐道鋼絲繩的自鎖。

3 措施及對策

罐道鋼絲繩及其拉緊緊固裝置應做好安裝前的檢查和日常點檢維護管理工作，確保質量合格，技術性能安全穩(wěn)定可靠[6]。

(1)加強提升機運行管理。在多繩提升過程中，箕斗或罐籠中心擺動軌跡呈波浪形，近似于正弦波曲線，有明顯波峰和波谷。其原因是由于運行過程中容器對罐道鋼絲繩的作用力和罐道鋼絲繩對容器的彈性恢復反作用力造成的，與振幅與載荷、速度、罐道繩剛性等因素有關[7]。當其他參數(shù)不變，振幅與載荷和速度變化如圖4、圖5所示。

圖4 單位載荷下振幅(R)變化趨勢

圖5 單位速度下振幅(R)變化趨勢

由上圖可以看出，速度變化和載荷變化對箕斗或罐籠中心擺動都造成影響，繼而影響罐道鋼絲繩安全使用，同時速度變化的影響高于載荷變化的影響。因此，在日常運行中，必須要按照操作規(guī)程要求安全操作，確保罐道鋼絲繩安全可靠。同時要避免由于速度過快引起拉緊緊固裝置楔塊受井筒淋水等影響造成銹蝕而導致鎖緊力下降。

(2)做好日常檢查維護。罐道鋼絲繩及其拉緊緊固裝置應按照礦山提升設備相關技術要求進行定期檢查，記錄罐道鋼絲繩標記位置位移情況。

(3)罐道鋼絲繩及其拉緊緊固裝置更換要有明確檢修方案，其質量驗收要求要用過專業(yè)技術人員充分分析論證，對現(xiàn)場安裝楔塊等關鍵部位要嚴格把關，發(fā)現(xiàn)隱患，及時整改，確保安全運行。

4 結論

在實際生產運行中，罐道鋼絲繩的脫落現(xiàn)象發(fā)生較少，日常維護檢查主要方法是通過檢查在鋼絲繩上的標記位置位移情況，確定鎖緊器工作狀態(tài)，同時對鎖緊器的楔緊主要靠大錘施加外力楔緊，無專用工具或其他手段確保楔塊楔緊到位。