Статья впервые опубликована в журнале «Уголь Украины» № 6 за 1998г. Исправлены неточности, допущенные при редактировании первоначальной рукописи. Заглавие изменено.
А. Е. Гольберт, инж.
Новые средства защиты подъемных установок от напуска каната*
Аварии, связанные с напуском каната барабанных подъемных установок в вертикальных стволах шахт и рудников, в течение многих лет вынуждают специалистов заниматься этой проблемой. Задача по созданию эффективных средств защиты установок актуальна. В частности, Правила безопасности (параграф 353, п. б.) требуют осуществления такой защиты на подъемах угольных шахт. Контроль напряженного состояния и положения в пространстве канатов /1/ должен стать неотъемлемой частью единой системы контроля и защиты подъемной установки на перспективу.
Защита от недопустимого снижения натяжения головного каната как понятие более высокой степени общности включает в себя и функции устройств защиты от провисания струны и напуска каната в ствол. Способы и устройства реализации контроля и защиты от недопустимого снижения натяжения каната предлагаем условно разделить на четыре уровня. В каждом конкретном случае (введение в строй или реконструкция подъемной установки) уровень защиты следует принимать в зависимости от ряда объективных факторов в результате их интегрированной оценки на определенной стадии проектирования. К таким факторам следует отнести: назначение подъемной установки, глубину и горно-геологические условия заложения ствола, скорость перемещения подъемного сосуда, тип и сложность армировки, наличие и характер других средств контроля, защиты и т.д. Не рекомендуется пренебрегать и такими соображениями. Недопущение гипотетического напуска каната обусловливается не только проектными и конструкторскими решениями, но и профилактическими мероприятиями в процессе эксплуатации подъемного комплекса, т.е. при выборе уровня защиты заранее может быть учтена возможность и степень вероятности квалифицированного обслуживания конкретной установки в заданное время. Предлагаемая классификация предусматривает следующие уровни контроля и защиты.
НУЛЕВОЙ УРОВЕНЬ – специальных средств контроля и защиты как таковых не предусматривает. Решающими факторами, обусловливающими принятие этого уровня защиты, могу быть, например, малая глубина ствола (130 – 150м), низкая максимальная скорость движения сосуда (до 2 -3 м/с), что часто также предопределено глубиной выработки, и, наконец, оснащение подъемной установки эффективной и надежной защитой от провисания струны каната. Представляет интерес исследование диапазона исключительной применимости защиты от провисания струны каната (когда в защите от напуска каната в ствол нет необходимости) в зависимости от глубины ствола, расположения подъемной машины относительно копрового шкива, скоростей и ускорений подъемного сосуда и от других факторов. Нулевой уровень защиты остается у нас пока превалирующим, что во многих случаях недостаточно обосновано.
ПЕРВЫЙ УРОВЕНЬ – способы и устройства ограничивают напуск каната чаще всего в безопасных пределах, предупреждая возникновение или развитие крупной аварии. Такие средства защиты наряду с другими уже предлагались к внедрению /2, 3, 4/. Недопустимое ослабление натяжения каната прямо или косвенно вызывает срабатывание защиты: включение сигнализации и наложение предохранительного торможения с остановкой подъемного каната. Петля каната образовавшаяся, при этом может быть значительной; ее длина определяется разностью путей, пройденных по стволу канатом и подъемным сосудом.
Безусловно, такие средства защиты, особенно на перспективных быстроходных подъемных установках, не всегда способны предотвратить серьезные по своим последствиям аварии. Средства первого уровня пока не нашли широкого распространения на шахтах.
ВТОРОЙ УРОВЕНЬ – способы и устройства контроля и защиты предполагают недопущение статического напуска каната. При возникновении предпосылок к такой аварии – ослабление натяжения подъемного каната сверх допустимого значения – реализуются такие функции: мгновенное наложение предохранительного торможения, поступление соответствующего сигнала на пульт машиниста подъема, и одновременно с этим – увеличение натяжения каната, предусматривающее ликвидацию и (или) недопущение возникновения петли каната, вызванной его напуском. Устройствами защиты второго уровня наша промышленность не располагает (автору не известны такие технические решения и из литературы).
ТРЕТИЙ УРОВЕНЬ – «резервный». Возможно, к нему будут отнесены устройства, которые полностью исключат вероятность последующего за застреванием срыва подъемного сосуда.
Определенно этот уровень может быть охарактеризован после изучения способов и устройств второго уровня. Исследования должны предусматривать анализ работы, по меньшей мере, опытной партии образцов таких устройств.
Рассмотрению специалистов предлагается подъемная установка, которая в отличие от известных, снабжена дополнительным значимым элементом – подвижным (имеющим две степени свободы) шкивом. Другими словами, техническое решение заключается в применении модифицированного натяжного устройства в новом качестве, а именно предотвращающего напуск каната в ствол, т.е. устройства защиты ВТОРОГО УРОВНЯ.
Таким образом, недопустимое снижение натяжения головного каната вызывает наложение предохранительного торможения и одновременно приведение в действие натяжного устройства и средств сигнализации. Количество натяжных устройств и сосудов установки должно быть одинаковым. Натяжное устройство каждого головного каната может располагаться между копровым шкивом и верхней приемной площадкой сосуда или между барабаном подъемной машины и копровым шкивом.
К наиболее простым и надежным следует отнести грузовые натяжные устройства (рис.1 справа). Однако область их применимости особенно для глубоких стволов весьма ограничена.
Представляется приемлемым натяжное устройство, состоящее из лебедки с канатом, оснащенной автоматическим колодочным или другим тормозом, и тележки с натяжным шкивом, закрепленном на этом канате. Лебедка управляется автоматически, например, с помощью датчика-динамометра, опосредованно реагирующего на снижение натяжения головного каната (рис.2 справа).
Наиболее сложная, но, по всей видимости, перспективная реализация предложенной идеи заключается в использовании для управления натяжным устройством автоматического регулятора. Регулятор с помощью датчика натяжения головного каната подъемного сосуда контролирует и идентифицирует (сравнивает) натяжение каната в реальном времени с заданным натяжением, которое изменяется в функции направления движения, пути, скорости, ускорения, и (или) др. При недопустимом ослаблении натяжения головного каната, одновременно с осуществлением предохранительного торможения, подачей звукового сигнала, соответствующей индикацией повышается и натяжение каната, моментально выбирается его напуск.
Применение того или иного датчика - необязательное условие функционирования системы. Известны несколько физических принципов, реализованных в преобразователях пригодных для этого. Подлежит специальному исследованию выбор динамических свойств автоматического регулятора, который должен отвечать предъявляемым функциональным требованиям, и чтобы его исполнительным органом могло быть оснащенное лебедкой натяжное устройство.
Оснащение устройствами защиты от снижения натяжения головного каната ВТОРОГО УРОВНЯ в условиях действующего подъема и существующего копра чаще всего не возможно, или такая модификация достаточно сложна. Поэтому еще на стадии проектирования рекомендуем закладывать тот или иной уровень данной защиты.
Исследование ряда ситуаций, приводящих к авариям в вертикальных стволах, позволяет отметить, что защита от недопустимого снижения натяжения каната равно как и применяемые сегодня устройства защиты от напуска и провиса струны каната должны быть составляющими комплексной системы, которая включает средства, предотвращающие жесткую посадку движущегося сосуда на препятствие, что очень опасно само по себе. Следует обратить внимание на возможности модификации конструкций разных типов подъемных сосудов и механических устройств, предназначенных для плавного их замедления. Весьма актуально в этой связи создание оригинальных конструкций направляющих опор, и узлов их крепления на сосуде. Возможно, рассмотреть для этих целей применение различных новых материалов, а также демпферных устройств: пружинных и гидравлических амортизаторов. Ряд уже созданных конструкций направляющих опор включают резиновые амортизаторы и буфера-амортизаторы. Демпфирующие свойства таких направляющих опор, нередко являются недостаточными, особенно на глубоких стволах, где предусмотрены относительно высокие скорости перемещения сосудов. Кроме того, существует некоторая опасность, связанная с застреванием подъемных сосудов в стволе и по другим, не связанным с проводниками, причинам.
ВЫВОДЫ.
Предложена поуровневая классификация способов и устройств защиты подъемной установки от снижения натяжения головного каната (напуска каната в ствол), позволяющая в какой-то мере систематизировать существующие и вновь создаваемые средства такой защиты.
Предложены рассмотрению новые технические решения по реализации защиты барабанной подъемной установки от снижения натяжения головного каната.
ЛИТЕРАТУРА
1.Гольберт А. Е. К построению перспективной системы контроля и защиты подъемной установки // Уголь Украины. – 1993. - № 9.
2.Гольберт А. Е. Защита подъемных установок вертикальных стволов от напуска каната // Уголь Украины. - 1991. - № 5.
3.А.с. 1792907 СССР, МКИ 5 В 66 В 5/12. Устройство для защиты шахтной подъемной установки от напуска каната.
4. Пат. 2039005 РФ, МКИ 6 В 66 В 5/12. Устройство для защиты подъемной установки от схода каната со шкива.
_______
* В порядке предложения.
_______
Статья автора на ту же тему: РУДА и МЕТАЛЛЫ: Горный журнал №11-12 за 1998г (см. иллюстрацию к статье слева).
Гольберт А. Е. Новое устройство для защиты барабанных подъемных установок от провисания струны и напуска каната.
Статья автора, в которой предложен способ защиты наклонной подъемной установки от набегания сосуда на канат: Гольберт А.Е. Разделение цепи защиты наклонных подъемных установок. Уголь Украины №1 за 1992г.