煤矿在用缠绕式提升机检测

煤矿在用缠绕式提升机检测技术研究与应用

摘要
缠绕式提升机作为煤矿矿井物料与人员提升的关键设备，其安全、可靠直接关系到生产效率和生命安全。对在役缠绕式提升机实施系统、科学的定期检测与性能评估，是预防重大事故、保障连续生产的重要技术手段。本文系统阐述了其检测项目、方法原理、应用范围、标准依据及仪器配置，构建了一套完整的检测技术体系。

1. 检测项目与方法原理
检测项目覆盖机械、电气及安全保护系统，核心在于验证设备静态性能与动态特性是否符合安全要求。

1.1 机械系统检测

• 主轴装置及滚筒检测：

  • 检测项目： 主轴直线度、跳动；滚筒衬垫磨损量、绳槽间距；制动盘（或闸轮）偏摆、端面跳动、粗糙度及磨损厚度。

  • 方法原理： 使用激光对中仪或高精度水准仪测量主轴直线度；利用百分表配合磁性表座测量径向与端面跳动；采用深度游标卡尺测量衬垫剩余厚度和绳槽尺寸；用激光位移传感器或百分表在低速下测量制动盘偏摆。

• 制动系统性能检测：

  • 检测项目： 闸瓦间隙、制动力矩、空动时间、制动减速度。

  • 方法原理：

    • 闸瓦间隙与空动时间： 使用塞尺测量静态间隙；在制动油压（或气压）传感器信号与闸瓦位移传感器信号同步采集下，记录从安全回路动作到闸瓦接触制动盘的时间差，即为空动时间。

    • 制动力矩与制动减速度： 采用动态扭矩传感器直接测量，或通过“惯性测量法”间接计算。惯性法原理为：在提升机空载状态下，施加工作制动或安全制动，通过编码器测量滚筒的角减速度ε，根据系统总变位质量产生的惯性力矩M`= J·ε（J为系统总变位惯量），此力矩即为制动力矩。结合滚筒半径R，可计算提升系统的制动减速度a = ε·R。

• 钢丝绳检测：

  • 检测项目： 断丝、磨损、锈蚀、直径缩细、捻距变化。

  • 方法原理： 主要采用电磁检测法。使用穿过式传感器使钢丝绳磁化至饱和，当存在缺陷（如断丝、截面损失）时，磁场发生畸变，通过霍尔元件或线圈检测漏磁场信号，经分析判断缺陷位置与严重程度。辅以目视检查、卡尺测量直径及捻距。

• 减速器检测：

  • 检测项目： 齿轮啮合状况、轴承状态、振动噪声、润滑油理化指标。

  • 方法原理： 使用振动加速度传感器采集箱体各轴承座处的振动信号，进行时域、频域分析（如FFT频谱、包络解调分析），识别齿轮啮合频率、边频带及轴承特征频率，判断故障。结合油液磨粒分析，评估磨损状态。

1.2 电气及电控系统检测

• 检测项目： 电动机参数（电流、电压、功率、温升）、绝缘电阻；电控装置性能；速度保护性能。

• 方法原理：

  • 电机性能： 使用电能质量分析仪、钳形功率计测量负载下的三相电流、电压、功率因数和输入功率。用红外热像仪测量电机外壳及轴承温度。

  • 速度图与保护测试： 在提升机过程中，通过高精度旋转编码器实时测量滚筒转速和行程位置，绘制实际速度-位置、加速度-位置曲线。通过模拟超速（如修改保护设定值或信号）验证过速保护、减速点限速保护、过卷保护的动作可靠性。

1.3 安全保护装置试验

• 检测项目： 过卷保护、松绳保护、深度指示器失效保护、过负荷和欠电压保护、闸间隙保护、错向保护等。

• 方法原理： 采用模拟触发法。例如，人为触发过卷开关或模拟过卷信号，验证安全制动是否立即可靠动作。使用信号发生器模拟松绳信号，测试保护响应。

2. 检测范围与应用需求
检测需求根据提升机的服务对象和提升系统特性有所不同：

• 主井提升系统： 重点检测提升机最大静张力、静张力差、制动性能、装载超载保护，关注与生产效率相关的速度图优化和过载能力。

• 副井提升系统（含人员提升）： 检测标准更为严格，尤其强调制动系统的冗余可靠性（如二级制动性能）、安全制动减速度的舒适性限制、防过卷防错向保护的绝对可靠性，以及乘人间隙等安全设施的检查。

• 摩擦轮式提升机对比： 虽然本文聚焦缠绕式，但检测中需注意其与摩擦式的主要差异。缠绕式提升机检测更关注滚筒强度、多层缠绕时的排绳状况、钢丝绳在滚筒上的固定情况以及跳绳风险，而摩擦式则侧重于摩擦衬垫性能、钢丝绳张力平衡等。

3. 检测标准与规范
检测活动必须严格遵循国家及行业标准，主要依据包括：

• 国内标准：

  • 《煤矿安全规程》（应急管理部、国家矿山安全监察局）：规定了提升设备安全的基本要求和强制性条款。

  • 《矿山在用缠绕式提升机安全检测检验规范》（AQ 1014）：核心标准，详细规定了检测项目、方法、周期和判定准则。

  • 《煤矿在用提升机节能监测方法》（GB/T 38724）：涉及能效评估。

  • 《机械振动 在旋转轴上测量评价机器的振动》（GB/T 11348系列）：指导振动分析。

• 国外参考标准：

  • 国际标准： ISO 1940（机械平衡）、ISO 10816（机械振动评价）。

  • 欧盟标准： EN 12385（钢丝绳）系列标准。

  • 行业实践： 广泛参考美国、澳大利亚等矿业发达国家在大型提升设备状态监测与风险评估方面的良好实践。

4. 主要检测仪器及其功能

• 多功能提升机检测仪： 核心设备，集成数据采集、处理与显示。具备多通道同步采集能力，用于测量速度、行程、油压、闸位移、电流、振动等信号，自动生成速度图、制动曲线、振动频谱等报告。

• 激光对中仪： 用于高精度测量主轴与减速器输出轴的同轴度。

• 数字式扭矩仪（带动态扭矩传感器）： 直接测量传动轴扭矩，用于计算传动效率、验证制动力矩。

• 钢丝绳无损探伤仪： 基于电磁原理，定量检测钢丝绳内外断丝、磨损、锈蚀等损伤。

• 振动分析仪/状态监测系统： 配备加速度传感器，用于齿轮箱、轴承、电机等旋转部件的故障诊断与趋势预测。

• 红外热像仪： 用于检测电气连接点、电机、轴承等部位的异常温升。

• 高精度数字万用表及绝缘电阻测试仪： 测量电气参数与绝缘性能。

• 激光测距仪/激光位移传感器： 测量闸瓦间隙、制动盘偏摆等几何参数。

• 数字式压力校准仪： 校准制动系统压力传感器及压力继电器动作值。

结语
对煤矿在用缠绕式提升机的系统性检测是一项综合性、专业化的技术工作。它需要检测人员深刻理解设备原理、熟练掌握标准规范、并正确运用各类精密仪器。通过实施覆盖机械、电气、安全保护的全面检测，能够准确评估设备当前的安全技术状况，及时发现潜在故障与隐患，为设备维修、改造与安全管理提供精准的数据支持，是煤矿安全生产中不可或缺的技术保障环节。随着传感技术、大数据分析与人工智能的发展，提升机的检测正从定期点检向在线监测与智能诊断深度融合的方向演进。