一、項目背景
《煤礦安全規(guī)程》第四百零三條規(guī)定：摩擦輪式提升鋼絲繩的使用期限應不超過2年，如果鋼絲繩的斷絲、直徑縮小和銹蝕程度不超過本規(guī)程第四百零五條、第四百零六條、第四百零八條的規(guī)定，可繼續(xù)使用，但不得超過一年。因此，對于主副井提升均使用多繩摩擦式提升機的礦井來說，平均每年需要換一次主提升鋼絲繩。在更換過程中，如果設備選用不當或操作錯誤，將會造成鋼絲繩扭勁、打死彎、新鋼絲繩與舊鋼絲繩、新鋼絲繩與新鋼絲繩扭在一起，導致新繩受損。這將嚴重影響換繩質量，甚至可能導致鋼絲繩打滑、斷裂、造成墜罐等惡性事故的發(fā)生。因此，更換多繩摩擦提升機主提升鋼絲繩是一項操作難度大、技術性強、危險性高的工作。
目前，多繩摩擦式提升機在我國礦山企業(yè)已得到廣泛應用，但多繩摩擦式提升機的換繩工藝卻無統(tǒng)一規(guī)定，各單位都是根據自身經驗組織實施。整個施工中大致存在幾個問題:更換鋼絲繩的工藝繁雜、多地點施工、井筒內作業(yè)、施工時間長、人力、物力耗費較大，職工勞動強度大，進度緩慢，且由于沒有正規(guī)的設計和強度計算，存在著安全性和可靠性方面的問題。因此，怎樣利用煤礦現有的通用設備，合理選擇安全可靠、快速有效、操作方便、投資少的換繩工藝，對保障煤礦企業(yè)生產安全、提高生產效率、降低生產成本有著重要的現實意義。
二、設計原理
引用BHS多繩摩擦提升機主提升鋼絲繩快速更換裝置，該裝置可將多繩摩擦提升機主提升鋼絲繩同時更換。其步進式鋼絲繩引入裝置，將鋼絲繩引入天輪和滾筒，極大得提高了換繩效率減輕了工人的勞動強度。具有能夠方便調節(jié)夾緊力大小和控制其開閉環(huán)狀況的步進固定裝置和相互閉鎖的步進移動裝置，解決了引繩、送繩、防纏繞以及張力不平衡等問題；具有雙摩擦加楔形塊的能夠安全自鎖的可控防跑繩裝置；具有能夠監(jiān)測監(jiān)控快速換繩裝置全過程的自動控制系統(tǒng)。
采用舊繩帶新繩更換工藝，主要是在井口特制作業(yè)平臺，利用提升機舊提升鋼絲繩的自身動力，新繩通過導繩輪翻過滾筒引致提升容器上，用繩卡將新、舊鋼絲繩連接，通過舊繩下放帶動新鋼絲繩，然后在懸吊裝置處將新舊鋼絲繩對應更換，回收舊繩，完成整個換繩作業(yè)。
圖一：鋼絲繩更換示意圖
三、結構形式
1.裝置介紹
BHS型多繩摩擦提升機主提升鋼絲繩快速更換裝置主要由防跑繩裝置、行走機構、導向輪，液壓站，電控箱等組成。
根據空間尺寸選擇換繩裝置的布置形式，布置形式分為直線式和直角式布置方式，一般空間尺寸比較小時選擇直角布置方式。此處介紹直線式布置方式，如圖二所示。
圖二：裝配圖
2.換繩步驟
（1）井底安裝腳手架、分繩器、懸掛起吊裝置；
（2）井口罐籠安裝腳手架、懸掛起重導鏈；
（3）棚架、起吊罐籠；
（4）新舊鋼絲繩連接、割舊繩；
（5）下放新繩，回收舊繩；
（6）掛罐籠；
（7）拆除罐籠托梁；
（8）滑動試驗。
分別給東碼和西碼罐籠平衡裝置注油，保證東西兩碼罐籠處于正常停車位置，然后分別以2m／s、4.7m／s、7.97m/s速度空載、半載、全載進行防滑試驗，防滑試驗時必須在上提重物的等速運行階段進行緊急制動停車，觀察鋼絲繩是否產生滑動現象。
四、創(chuàng)新點
1.大大提高了換繩效率和安全性
主提升鋼絲繩更換過程中新繩的下放多采用人工下放，但其存在安全性低、勞動強度大等問題。為此，采用BHS型換繩裝置來完成新繩的下放，該裝置采用雙移動小車實現換繩過程的連續(xù)步進換繩，兩移動小車交替實現夾緊和步進的順序工作，能夠實現手動/自動狀態(tài)的轉換，可實現PLC自動換繩控制，可將4根主提升鋼絲繩同時下放，僅需半天就可將多根鋼絲繩下放完畢。采用BHS型換繩裝置下繩改人工作業(yè)為機械作業(yè)，施工的安全性得到極大提高，且該裝置實現了自動化換繩，大大縮短了換繩時間，下繩工作僅需要1名作業(yè)人員即可，降低工人勞動強度。
2.改進起吊工藝
在換繩作業(yè)中必須將罐籠吊起或下放，使主提升鋼絲繩松弛或承載。目前主要的提升方式有以下兩種：
（1）傳統(tǒng)的手拉葫蘆起吊；
（2）主提升鋼絲繩起重裝置起吊。
傳統(tǒng)的手拉葫蘆起吊在起吊過程中倒鏈容易出現跳鏈、掉槽、卡鏈等現象，且人力拉動時會出現脫手現象，起吊物升降不平穩(wěn)，作業(yè)安全性低；主提升鋼絲繩起重裝置起吊需花費近50萬元購置主提升鋼絲繩起重裝置，且購置新設備需有加工周期，影響主提升鋼絲繩的及時更換。為保證快速有效起吊罐籠，節(jié)約換繩所需時間，經選型計算，采用32T液壓油缸串聯的方式起吊罐籠，在保證將罐籠安全起吊到有效高度的前提下，大大縮短了起吊時間，節(jié)省了人力和資金投入。同時為保證起吊鋼絲繩合理受力，在主起吊繩頭部安裝了直徑為240mm的導繩輪，確保鋼絲繩不受棱銳器具損傷。
五、效果評價
1.社會效益
該換繩工藝對提升機更換主提升鋼絲繩的前期準備工作、安全技術措施、快速換繩裝置及材料的設計、選型計算等進行了系統(tǒng)的分析，形成了一套科學合理的鋼絲繩更換工藝，突出了安全高效的理念要求，優(yōu)化和提升了多繩摩擦式提升機主提升鋼絲繩更換的技術，確保了鋼絲繩更換的安全性和高效性，豐富和完善了鋼絲繩更換技術，在全國類似礦井主提升鋼絲繩的更換工作中具有很大的推廣和應用價值。
2.經濟效益
在某礦實施該工藝使其主井更換主提升鋼絲繩每次可節(jié)約時間21個小時，副井每次可節(jié)約11個小時，平均每次更換主、副井主提升鋼絲繩將節(jié)約32個小時的提升時間，按照該礦主井每天10000t的提升能力計算，采用該快速換繩技術后，可增加產煤量14500t，按噸煤銷售價560元/t計，可增加產值800余萬元。
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