煤矿井下架空乘人装置故障分析与治理

栗 帅

(山西潞安集团)

随着煤矿物料、设备及人员运输量的不断增加，运输系统成为能否实现矿井安全、高效、高产目标的重要因素之一，是否具有先进的辅助运输设备也成为评价煤矿现代化水平的重要标准。井下辅助运输能力与煤矿实际生产效率直接挂钩，大力发展矿用辅助运输设备是煤炭工业的重要保障。

当前煤矿井下主要人员输送装置为有轨道机车、单轨吊车、钢丝绳牵引卡轨车、架空乘人装置等[1]，部分老旧矿井仍以小电瓶车、小绞车为主，已不符合目前发展要求。本文通过阐述煤矿井下架空乘人装置的发展，探讨架空乘人装置常见故障和预防措施，以促进其安全、高效工作。

1 发展概况

我国的煤矿井下架空乘人装置出现于20世纪60年代中期，70—80年代逐步在主要煤矿井下开始推广使用[2]。根据技术特性，架空乘人装置可以明显地划分为3个大阶段，见图1。

图1 架空乘人装置发展3大阶段

(1)老式猴车阶段。该阶段架空乘人装置被称为老式猴车，以最早的山东淄博煤矿为例，老式猴车都由矿井自行设计，设备、结构都不统一，当时国家也未对这类设备制定专门的标准和规范。受设计和生产技术影响，老式猴车寿命短、维护困难，并存在各种安全隐患。

(2)第1代架空乘人装置。本世纪初架空乘人装置开始由交流电机传动，通过加装安全保护装置等一系列技术手段提高设备安全性能，并由专业设备厂商规范化生产。该阶段架空乘人装置主要特点是其驱动方式以机械化驱动方式为主，存在机械化传动装置体积小、故障率低的问题。

(3)第2代架空乘人装置。2008年后架空承人装置驱动方式逐步改为液压式驱动，装置可实现液压传动、液压制动和液压张紧，可实现软启动、软停车和无级变速。

2 常见故障与治理措施

架空乘人装置发展至今技术整体较为成熟，重大安全事故基本没有发生，但仍不可避免地发生机械故障构成事故隐患[3]。因此归纳总结架空乘人装置的常见故障，有针对性地采取有效措施进行治理，对于避免故障发生具有积极作用。

(1)钢丝绳断丝。架空乘人装置长期运行没及时更换钢丝绳，导致钢丝绳超出疲劳极限产生断丝，或运输过程负载过重超出钢丝绳承载限度发生断丝，或固定抱索器长期与钢丝绳非正常接触导致钢丝绳局部应力过大，最终导则钢丝绳断丝，降低钢丝绳强度，存在安全隐患。

治理措施：定期检查定期更换，及时更正固定抱索器的安装位置，控制线路负荷，禁止超负荷运行。

(2)钢丝绳自旋。钢丝绳因所受扭力不均衡、打滑等，引发钢丝绳运行方向变化，产生自旋，影响吊椅平稳，增加掉绳事故发生率。

治理措施：注意托绳轮重心与钢丝绳是否重合，保证轴心位置与钢丝绳垂直；安装抱索器及吊椅应注意安装顺序，抱索器调平后安装吊椅，将吊椅重心与绳索重心调平。

(3)钢丝绳脱落。托绳轮轴安装位置倾斜导致钢丝绳从倾斜的轮衬处脱出，托绳轮松动导致偏离钢丝绳中心位置，压绳轮与钢丝绳间隙过大起不到阻拦作用，驱动轮磨损等导致轮衬易打滑、脱出，都可能造成钢丝绳脱落。

治理措施：及时调整托绳轮和压绳轮，及时更换磨损轮衬，安装专用的防脱绳装置。

(4)抱索器打滑。抱索器松动、打滑导致无法提高足够的抱紧力固定吊椅，吊椅可能滑动，间距缩小甚至出现多个吊椅直接挤压在一起的现象，还可能导致吊椅脱落。

治理措施：及时拧紧松动预紧螺丝，更换失效弹性顶杆，抱索器整体失效则需及时更换。

(5)变坡点掉绳。变坡点掉绳会导致吊椅拖地、掉座、座椅挤聚等，该情况在上下坡点都可能发生。通常钢丝绳掉绳后会脱离托绳轮卡在托轮与外支架之间，也有可能落在托梁处。

治理措施：托梁下安装压辊或压轮，进行防掉绳保护。

(6)欠速或过速。钢丝绳运行速率减慢即欠速多由于驱动轮衬与钢丝绳间的摩擦打滑导致，过速同样与驱动轮摩擦力相关，张紧力不足或摩擦力不足导致钢丝绳运行速率增大。钢丝绳转动速率突然变化会导致抱索器失稳，吊椅偏摆，甚至造成飞车事故。

治理措施：合理配置钢丝绳、驱动轮、驱动轮衬块尺寸，选择合适的钢丝绳。

(7)吊椅摆动。乘人装置中吊椅受到震动会产生摆动，受力的作用影响在前后、左右方向都会摆动，通常传动过程突然加速、减速或出现托轮不合格时，摆动幅度就会很大，严重时可能出现伤人事故。

治理措施：定期更换不合格的托轮等配件；加装过摆保护装置；加强乘坐人员安全意识，及时借助两脚接触地面，通过增大与地面的摩擦力减少摆幅。

(8)制动器锁止性差。制动装置闸块与钢丝绳间距过大，制动过程中无法锁紧。由于弹簧失效或闸块磨损严重，影响正常停车的平稳性，紧急停车时则导致飞车事故。

治理措施：定期检查制动装置，保证闸块与钢丝绳间距不超过2 mm，及时更换制动器弹簧和已磨损的闸块。

3 架空乘人装置改进

3.1 严格遵守设计标准

3.1.1 安全装置

(1)安全制动装置。煤矿架空乘人装置应具备失效安全型的工作制动器和安全制动器，均可安装在驱动轮上，但工作制动器也可以安装在高速轴上。各制动器的最大制动力应设置为额定承载力1.5～2倍。使用过程中两种制动器不同时工作，工作制动器先于安全制动器开启。乘人装置停车前应关闭电机电源，故障型停车应立即切断电源[4]。

(2)安全保护装置。煤矿用架空乘人装置按照《煤矿安全生产规程》中相关规定配备相当数量的安全保护装置，安装位置也应符合规程中的要求。为确保保护装置能正常开启，设备管理人员应在交接班时检查安全保护装置的可靠性。

3.1.2 牵引钢丝绳

架空乘人装置牵引钢丝绳两端相互插接呈封闭环状，由电机驱动轮、尾轮等带动钢丝绳运转。由于股式结构钢丝绳具有线接触、同向捻、带纤维芯的特性，应优先选择其作为牵引钢丝绳主材；潮湿易腐蚀环境中则应选择镀锌钢丝绳。钢丝绳与驱动轮、尾轮等直径比应大于60，安全系数不低于6。使用密封式提升钢丝绳作牵引钢丝绳时，直径比应高于普通牵引用钢丝绳的20%，并应保证单个钢丝最大直径与驱动轮直径比大于900。

钢丝绳进行插接工作必须由专职人员负责，同时必须选用纵向插接，插接长度应大于钢丝绳直径的1 000倍以上，避免硬性插接。插接工作完成后应用最大张紧力张紧，对座椅施加最大载荷后查看装置连续运行状态，确保系统运行顺畅，且插接处无松动、变径、起刺等问题。呈封闭状态的牵引钢丝绳日常不进行损伤式检测，只定期进行钢丝绳、钢绞线的日常检查，查看钢丝绳结合处是否出现松动、变径、起刺等问题。条件允许时，可加装钢丝绳在线损伤检测仪进行非损失式检测。新钢丝绳或存放期超出1 a以上的钢丝绳，投入使用前应进行性能检验。

3.2 完善安装和验收制度

煤矿用架空乘人装置安装必须由具有专业资质的机构进行，安装过程严格按照矿用设备安装相关标准、规定。安装调试完成后，应委托专业检测机构进行检测，煤矿企业主管部门在检测合格基础上组织验收，合格后方能投入使用。正常使用的架空乘人装置应定期进行设备检测和维护，并以1a为1个周期委托具有相应资质的机构进行检验，查找安全隐患。

3.3 加强日常管理和维护

煤矿用架空乘人装置必须由专职安全管理人员进行管理使用和日常维护。使用可摘挂和活动抱索器的装置必须在设备使用过程和上、下人员处配有专职安全管理人员进行监督，确保人员安全。井下作业人员应经操作安全培训后方能使用架空乘人装置。提高乘坐人员安全意识，专职安全管理人员应加强和规范化设备安全管理，确保设备安全、高效运行。

4 结 论

我国的煤矿井下架空乘人装置经历老式猴车阶段、第1代架空乘人装置、第2代架空乘人装置3个阶段，针对常见的钢丝绳断丝、钢丝绳自旋、钢丝绳脱落、抱索器打滑、变坡点掉绳、欠速或超速、吊椅摆动和制动器锁不紧等故障，提出针对性的治理措施，并进一步提出严格遵守设计标准、加强安装和验收制度以及加强日常管理和维护等改进架空乘人装置综合性能，以确保煤矿生产安全、稳定。

[1] 陈维建，齐秀丽，肖林京.矿井提升及运输设备[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007．

[2] 王 雪，李允旺，王海斌，等.我国煤矿架空乘人保护装置的研究现状[J].煤矿机械，2014(5)：1-4.

[3] 丁守强.煤矿在用架空乘人装置存在问题及解决方法[J].能源与环保，2017(6)：172-174.

[4] 李新玉.矿用架空乘人装置常见故障分析及其防治[J].矿山机械，2006(8)： 146.