創(chuàng)新背景
《煤礦安全規(guī)程》第四百零三條規(guī)定：摩擦輪式提升鋼絲繩的使用期限應(yīng)不超過2年，如果鋼絲繩的斷絲、直徑縮小和銹蝕程度不超過本規(guī)程第四百零五條、第四百零六條、第四百零八條的規(guī)定，可繼續(xù)使用，但不得超過1年。因此，對于主副井提升均使用多繩摩擦式提升機(jī)的礦井來說，平均每年需要換一次主提升鋼絲繩。在更換過程中，如果設(shè)備選用不當(dāng)或操作錯誤，將會造成鋼絲繩扭勁、打死彎、新鋼絲繩與舊鋼絲繩、新鋼絲繩與新鋼絲繩扭在一起，導(dǎo)致新繩受損。這將嚴(yán)重影響換繩質(zhì)量，甚至可能導(dǎo)致鋼絲繩打滑、斷裂、造成墜罐等惡性事故的發(fā)生。因此，更換多繩摩擦提升機(jī)主提升鋼絲繩是一項操作難度大、技術(shù)性強(qiáng)、危險性高的工作。
目前，多繩摩擦式提升機(jī)在我國礦山企業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，但多繩摩擦式提升機(jī)的換繩工藝卻無統(tǒng)一規(guī)定，各單位都是根據(jù)自身經(jīng)驗組織實施。整個施工中大致存在幾個問題:更換鋼絲繩的工藝繁雜、多地點施工、井筒內(nèi)作業(yè)、施工時間長、人力、物力耗費較大，職工勞動強(qiáng)度大，進(jìn)度緩慢，且由于沒有正規(guī)的設(shè)計和強(qiáng)度計算，存在著安全性和可靠性方面的問題。因此，怎樣利用煤礦現(xiàn)有的通用設(shè)備，合理選擇安全可靠、快速有效、操作方便、投資少的換繩工藝，對保障煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本有著重要的現(xiàn)實意義。
設(shè)計原理
引用BHS多繩摩擦提升機(jī)主提升鋼絲繩快速更換裝置，BHS型多繩摩擦提升機(jī)主提升鋼絲繩快速更換裝置可將多繩摩擦提升機(jī)主提升鋼絲繩同時更換。其步進(jìn)式鋼絲繩引入裝置，將鋼絲繩引入天輪和滾筒，極大得提高了換繩效率減輕了工人的勞動強(qiáng)度。具有能夠方便調(diào)節(jié)夾緊力大小和控制其開閉環(huán)狀況的步進(jìn)固定裝置和相互閉鎖的步進(jìn)移動裝置，解決了引繩、送繩、防纏繞以及張力不平衡等問題；具有雙摩擦加楔形塊的能夠安全自鎖的可控防跑繩裝置；具有能夠監(jiān)測監(jiān)控快速換繩裝置全過程的自動控制系統(tǒng)。
采用舊繩帶新繩更換工藝，主要是在井口特制作業(yè)平臺，利用提升機(jī)舊提升鋼絲繩的自身動力，新繩通過導(dǎo)繩輪翻過滾筒引致提升容器上，用繩卡將新、舊鋼絲繩連接，通過舊繩下放帶動新鋼絲繩，然后在懸吊裝置處將新舊鋼絲繩對應(yīng)更換，回收舊繩，完成整個換繩作業(yè)。
圖一：鋼絲繩更換示意圖
結(jié)構(gòu)形式
1、裝置介紹
BHS型多繩摩擦提升機(jī)主提升鋼絲繩快速更換裝置主要由防跑繩裝置、行走機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向輪，液壓站，電控箱等組成。根據(jù)空間尺寸選擇換繩裝置的布置形式，布置形式分為直線式和直角式布置方式，一般空間尺寸比較小時選擇直角布置方式。此處介紹直線式布置方式，如圖二。
圖二：裝配圖
2、換繩步驟
（1）井底安裝腳手架、分繩器、懸掛起吊裝置
（2）井口罐籠安裝腳手架、懸掛起重導(dǎo)鏈
（3）棚架、起吊罐籠
（4）新舊鋼絲繩連接、割舊繩
（5）下放新繩，回收舊繩
（6）掛罐籠
（7）拆除罐籠托梁
（8）滑動試驗
分別給東碼和西碼罐籠平衡裝置注油，保證東西兩碼罐籠處于正常停車位置，然后分別以2m／s、4.7m／s、7.97m/s速度空載、半載、全載進(jìn)行防滑試驗，防滑試驗時必須在上提重物的等速運行階段進(jìn)行緊急制動停車，觀察鋼絲繩是否產(chǎn)生滑動現(xiàn)象。
創(chuàng)新點
1、新繩下放
主提升鋼絲繩更換過程中新繩的下放多采用人工下放，但其存在安全性低、勞動強(qiáng)度大等問題。為此，采用BHS型換繩裝置來完成新繩的下放，該裝置采用雙移動小車實現(xiàn)換繩過程的連續(xù)步進(jìn)換繩，兩移動小車交替實現(xiàn)夾緊和步進(jìn)的順序工作，能夠?qū)崿F(xiàn)手動/自動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)PLC自動換繩控制，可將4根主提升鋼絲繩同時下放，僅需半天就可將多根鋼絲繩下放完畢。采用BHS型換繩裝置下繩改人工作業(yè)為機(jī)械作業(yè)，施工的安全性得到極大提高，且該裝置實現(xiàn)了自動化換繩，大大縮短了換繩時間，下繩工作僅需要1名作業(yè)人員即可，降低工人勞動強(qiáng)度。
2、起吊工藝改進(jìn)
在換繩作業(yè)中必須將罐籠吊起或下放，使主提升鋼絲繩松弛或承載。目前主要的提升方式有以下兩種：
（1）傳統(tǒng)的手拉葫蘆起吊；
（2）主提升鋼絲繩起重裝置起吊。
傳統(tǒng)的手拉葫蘆起吊在起吊過程中倒鏈容易出現(xiàn)跳鏈、掉槽、卡鏈等現(xiàn)象，且人力拉動時會出現(xiàn)脫手現(xiàn)象，起吊物升降不平穩(wěn)，作業(yè)安全性低；主提升鋼絲繩起重裝置起吊需花費近50萬元購置主提升鋼絲繩起重裝置，且購置新設(shè)備需有加工周期，影響主提升鋼絲繩的及時更換。為保證快速有效起吊罐籠，節(jié)約換繩所需時間，經(jīng)研究、選型計算，采用32T液壓油缸串聯(lián)的方式起吊罐籠，在保證將罐籠安全起吊到有效高度的前提下，大大縮短了起吊時間，節(jié)省了人力和資金投入。同時為保證起吊鋼絲繩合理受力，在主起吊繩頭部安裝了直徑為240mm的導(dǎo)繩輪，確保鋼絲繩不受棱銳器具損傷。
效果評價
1、社會效益
多繩摩擦提升機(jī)主提升鋼絲繩更換工藝對提升機(jī)更換主提升鋼絲繩的前期準(zhǔn)備工作、安全技術(shù)措施、快速換繩裝置及材料的設(shè)計、選型計算等進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，形成了一套科學(xué)合理的多繩摩擦提升機(jī)主提升鋼絲繩更換工藝，突出了安全高效的主提升鋼絲繩更換理念要求，使得多繩摩擦式提升機(jī)主提升鋼絲繩更換的技術(shù)得到優(yōu)化和提升，確保了多繩摩擦式提升機(jī)主提升鋼絲繩更換的安全性和高效性，豐富和完善了多繩摩擦式提升機(jī)主提升鋼絲繩更換技術(shù)，在鄭州礦區(qū)乃至全國多繩摩擦式提升機(jī)主提升鋼絲繩的更換工作中具有很大的推廣和應(yīng)用價值。
2、經(jīng)濟(jì)效益
本項目在新鄭煤電有限責(zé)任公司的實施使其主井更換主提升鋼絲繩每次可節(jié)約時間21個小時（新鄭煤電有限責(zé)任公司主井更換原用53小時），副井每次可節(jié)約11個小時，平均每次更換主、副井主提升鋼絲繩將節(jié)約32個小時的提升時間，按照新鄭煤電有限責(zé)任公司主井每天10000t的提升能力 計算，采用該快速換繩技術(shù)后，可增加產(chǎn)煤量14500t，根據(jù)煤礦目前經(jīng)營情況，按噸煤銷售價560元/t計，則可增加產(chǎn)值800余萬元。
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