煤矿在用摩擦式提升机检测

煤矿在用摩擦式提升机检测技术研究与应用

摘要
摩擦式提升机作为现代化大型矿井的关键提升设备，其安全性、可靠性直接关系到矿山的生产效率与人员生命安全。由于其依靠摩擦力传递动力的特殊工作原理，定期、全面的性能检测与状态评估是保障其安全经济的核心技术手段。本文系统阐述在用摩擦式提升机的检测项目、方法原理、应用范围、标准规范及关键仪器，为相关检测工作提供专业参考。

1. 检测项目与方法原理

检测项目覆盖提升机的机械、电气、液压及安全保护系统，核心在于验证其是否符合设计性能与安全规范。

1.1 钢丝绳张力与张力差检测

• 方法原理：采用液压垫法或直接测量法。液压垫法是在提升容器与钢丝绳连接处安装专用液压传感器，通过测量提升机（特别是停车瞬间）时液压垫的压力变化，换算出各绳的静态与动态张力。直接测量法则利用高精度应变式或磁弹性式张力传感器直接串入钢丝绳连接装置进行实时监测。

• 目的：张力差是导致衬垫磨损不均、钢丝绳滑动甚至断绳的关键因素。检测要求各绳张力与平均张力之差不得超过±10%。

1.2 摩擦衬垫摩擦系数检测

• 方法原理：

  • 实验室取样测试：从现场衬垫上截取试样，在专用摩擦试验机上模拟工况（压力、速度、介质）进行测试，获得滑动摩擦系数（防滑计算用）和极限摩擦系数（安全基准）。

  • 间接现场评估：通过测量提升机的防滑安全系数，结合张力检测数据反向推算衬垫的综合摩擦性能。防滑安全系数需通过提升重载上提、空载下放及紧急制动等多种工况进行验算。

• 目的：验证衬垫摩擦系数是否满足设计要求（通常不低于0.25），评估其磨损状态。

1.3 提升系统防滑安全系数验算

• 方法原理：基于欧拉公式，通过实时检测的提升侧与下放侧钢丝绳张力（$F_s$ 和 $F_x$），计算静防滑安全系数 $σ_j = (F_s / F_x) \cdot e^{μα}$ 和动防滑安全系数。检测时需模拟最大静张力差工况（如提升重载容器位于井口，下放重载容器位于井底）。

• 目的：确保静防滑安全系数≥1.75，动防滑安全系数≥1.25，防止钢丝绳在主导轮上发生滑动。

1.4 制动系统性能检测

• 检测项目：

  • 制动力矩：通过安装在制动盘上的扭矩传感器或通过测量制动油压/气压与制动臂位移间接计算。

  • 制动减速度：利用安装在提升容器上的高精度加速度传感器，在安全制动时记录减速度曲线。

  • 闸瓦间隙：使用塞尺或专用激光测距仪测量，确保符合规定且左右一致。

  • 空动时间：从安全回路断电至闸瓦接触制动盘的时间，通过电流/压力传感器与位移传感器信号的时间差测得。

• 目的：验证工作制动和安全制动的制动力矩能否在1.5倍静力矩下可靠制动，且安全制动减速度满足规定范围（通常为1.5~5 m/s²），空动时间≤0.3s。

1.5 提升容器过卷过放距离测试

• 方法原理：模拟过卷保护动作，以低速提升容器触及过卷开关，测量从开关动作到容器完全停止所移动的距离。

• 目的：验证过卷保护装置的有效性和制动系统的响应性，确保留有足够的安全距离。

1.6 电控系统与安全保护装置检测

• 项目：包括深度指示器精度校验、速度保护（超速15%动作）、减速点保护、松绳保护、油压（气压）欠压保护、过流保护等功能测试。

• 方法：采用信号发生器模拟故障信号，或通过实际操作触发保护条件，验证其动作的准确性、可靠性。

1.7 主轴装置、减速器及天轮轴承座振动与温度监测

• 方法原理：使用振动分析仪和红外热像仪，测量各关键旋转部件轴承座的振动速度有效值、位移峰值及温度分布。

• 目的：通过频谱分析判断轴承、齿轮的磨损、不对中、不平衡等故障，评估机械状态。

2. 检测范围与应用领域

检测需求根据提升机的服务对象和用途有所不同：

• 主井提升系统（箕斗提升）：重点检测提升效率相关的性能（如加减速度、周期）以及长期重载下的衬垫磨损、钢丝绳张力平衡和制动可靠性。

• 副井提升系统（罐笼提升）：以人员安全为核心，检测要求更为严格。突出安全制动性能、过卷过放保护、防坠器联动试验（若适用）以及信号系统与提升机的闭锁可靠性。

• 混合提升井：需兼顾效率与安全，检测项目最为全面。

• 摩擦轮轮槽磨损与车槽装置检测：定期检查轮槽直径差及圆度，确保车槽装置能有效恢复轮槽形状，保证钢丝绳与衬垫的接触面积。

3. 检测标准与规范

检测工作必须依据国家和行业标准进行，主要标准包括：

• 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。

  • 《GB 16541-2010 摩擦式提升机 安全要求》：

  • 《AQ 1016-2005 煤矿在用摩擦式提升机安全检测检验规范》：详细规定了检测项目、方法、周期和判定规则。

  • 《MT/T 1001-2006 煤矿在用提升机节能监测方法和判定规则》。

• 国外参考标准：

  • 国际标准：如《ISO 19426-1:2018 矿井提升设备 - 第1部分：安全要求》。

  • 德国标准：DIN 22200系列（矿山提升设备规范）。

  • 南非标准：SANS 10208（矿山提升设备规程）。

  • 国外标准在防滑计算、制动系统冗余设计、状态监测等方面有更细化的要求，可供借鉴。

4. 主要检测仪器及其功能

• 钢丝绳张力检测仪：核心设备，集成高精度压力传感器和动态数据采集器，能同步测量多根钢丝绳的张力并计算张力差。

• 综合性能测试仪：便携式设备，集成数据采集、多通道信号输入和专用分析软件。可连接加速度、速度、位移、压力、电流等多种传感器，完成制动性能、速度图、电参数等综合测试。

• 振动分析仪与红外热像仪：用于机械状态监测。振动分析仪可进行时域、频域分析；热像仪可非接触检测轴承、电气接点等部位的温度异常。

• 数字式超声波探伤仪：用于对提升机主轴、制动轴、天轮轴等关键受力部件进行无损检测，发现内部裂纹缺陷。

• 激光测距仪与对中仪：用于精确测量闸瓦间隙、制动盘偏摆、大型联轴器的对中情况。

• 绝缘电阻测试仪与接地电阻测试仪：用于检测电控系统电机、电缆、变压器的绝缘性能及保护接地可靠性。

• 专用摩擦衬垫试验机：实验室设备，用于测定衬垫试样的摩擦系数和耐磨性。

结论
煤矿在用摩擦式提升机的检测是一项多学科交叉、技术要求极高的系统性工作。必须遵循“预防为主、检测与维护并重”的原则，严格依据国家标准，运用先进的检测仪器与方法，对机械、电气、液压及安全保护系统进行全面、定期的性能检验与状态评估。通过科学的检测数据，不仅能及时发现并消除安全隐患，防止重大事故的发生，还能为设备的预测性维护和优化提供决策依据，最终保障矿山提升系统安全、高效、长周期。