郭霖 刘英林

摘 要：提升机钢丝绳在矿井提升运输中广泛使用，所以，其安全性、可靠性至关重要。国内外针对提升机钢丝绳张力及超载监测系统的研究应用很早，并且不断推进完善监测技术，随着传感器、计算机等技术的发展，提升机钢丝绳张力及超载监测系统的研究应用逐渐精密化、可靠化，也为矿井的安全生产提供了保障。本研究通过对提升机钢丝绳张力与平衡油缸建模分析，选取油压传感器将采集的张力数据传输至井上，实现在线实时监测罐笼运行的目的。本系统可使任一根钢丝绳的张力与平均张力之差小于±10%，达到张力平衡；在每次提升前先监测提升载荷和配重，可避免超载和载重差超限。避免出现断绳、坠罐等重大事故的发生。

关键词：提升机；钢丝绳；张力；监测系统；罐笼

矿山多绳钢丝绳提升机是煤矿生产的主要大型设备之一，运人运料频繁，需要高度关注其安全性和可靠性。虽然提升机系统本身有一定的保护措施，但由于煤矿生产环境恶劣，设备原件腐蚀、老化较快，加之煤矿职工专业水平普遍较低，造成近年来罐笼事故仍有发生。提升机在安全生产中长时间高负荷运行，多绳提升运行中由于设备加工工艺差异、钢丝绳差异以及钢丝绳安装过程中的问题，使得各钢丝绳之间不可避免的存在受力不均衡的现象，且提升机在装料或载人过程中，有可能存在超载现象，在这种情况下运行，将产生提升机钢丝绳所受张力超过允许强度，钢丝绳将加剧磨损、寿命变短，甚至出现断绳等恶性事故。所以钢丝绳的实时在线监测意义重大，通过监测钢丝绳张力及超载情况，及时对钢丝绳过载进行预警，有效避免事故的发生，提高了提升机运行的安全性和稳定性。监测系统可以采用平衡油缸内安设压力传感器，采用无线传输的方式，实时监控提升机各钢丝绳受力情况、罐笼装载量、配重差等，并在超载或配重失衡时进行报警，进而实现实时、准确钢丝绳多绳张力的监测。

1 提升机钢丝绳张力及超载监测系统方案设计

多绳摩擦式提升机系统复杂，综合了机械、电力、信息传输等技术，通过对罐笼钢丝绳张力情况进行分析，采取相应措施，为提升机安全运行和故障诊断提供实施数据。目前，国内矿用多绳摩擦式提升机普遍采用液压式张力自动平衡装置，用来均衡系统负载，保证各条钢丝绳张力差在可控范围。液压张力系统可以确保罐笼稳定运行的同时，也保证了钢丝绳的受力均衡和使用寿命。

现普遍采用的液压钢丝绳张力平衡装置仅仅是一个平衡装置，只能起到局部调节的作用而不能测出各钢丝绳的张力差。另外，半调压调绳器是油压系统，高速运行过程中容易造成左右上下跳动，对钢丝绳的损害较大。罐笼在运行过程中，由于钢丝绳受力不均匀，不可避免地会出现蠕动，或出现平衡油缸一端活塞杆伸出到极限而另一端回缩到极限的现象。如果立井深度大，钢丝绳行程长的情况下，钢丝绳之间的张力不平衡更加明显，甚至各绳间张力差超过10%，对提升机的使用寿命和安全运行造成严重威胁。

钢丝绳张力平衡装置物理模型图

通过安设在平衡油缸内的油压传感器，实时采集罐笼运行过程中的压力数据，根据油缸活塞承压面积计算各钢丝绳张力值，再将油压数据通过无线发射模块发射至地面监测站，并绘制张力变化图，实施监测提升机钢丝绳张力数据，计算提升机的载重量及钢丝绳间的张力差，发现超载或故障后自动报警并切断提升安全回路，确保提升机安全运行。

2 监测系统通信方式设计

提升机的罐笼在井筒中上下往复运动，由于井道中存在固定管路的钢架等设施，采用无线传输更加方便，但由于井巷空间窄小，制约无线信号传输距离，故需要使用漏泄无线传输方式。可在井筒壁上敷设一条射频同轴电缆（即漏泄电缆）。这种电缆进行穿孔、开槽或疏编等方法，有规则地破坏电缆屏蔽层的完整性。这样，当漏泄电缆接在基地电台天线输出口时， 在电缆周围就会形成一个均匀连续的电磁场。也即漏泄电缆起了天线的传输作用。利用巷道中电缆周围的电磁场，就可沿漏泄电缆进行无线电收发信机与漏泄电缆之间的双向移动通信。通过安设在罐笼上的信号发射器将信号通过漏泄电缆传输至地面无线通信模块进行分析，转换为可视化信息。

提升前实时监测罐笼载重量，若发现罐笼超过额定载重量或配重差超限时自动切断提升安全回路不允许提升，从而从源头上杜绝了超载及载荷失调现象的发生。在线监测提升机运行过程中钢丝绳的张力差，当监测数据超限时进行语音报警。在机房配大屏显示，实时显示罐笼装载量、配重差，配重失衡时进行报警提示，检修人员检查可能存在的问题，确保罐笼时刻处于安全状态。信息处理中心实现实时曲线绘制、数据显示、动态画面浏览。可将软件系统界面在局域网上发布，方便操作人员、检修人员及时查看提升机运行状态、运行数据和历史记录。

3 结语

提升机钢丝绳张力及超载监测系统的研究应用正在逐步完善，这对矿井提升系统的安全性和可靠性意义重大，一方面使得矿井提升的安全系数和运行效率进一步得到提高，另一方面也使得操作员工和检修员工的工作便利性得到提高，对推动煤矿的安全发展具有积极的意义。

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