Системы защиты шахтных подъемных установок от аварийных ситуаций

Введение

Одним из ответственных технологических объектов угольных и рудных шахт являются подъемные установки. От их работоспособности зависит не только объем добычи полезного ископаемого, но и нормальное функционирование, и безопасность работы всей шахты в целом.

Надежная и безотказная работа подъемной установки зависит от качественной наладки и правильного обслуживания электромеханического комплекса подъемной установки.

Для обеспечения безопасной эксплуатации подъемных установок, своевременного обнаружения нарушений в режимах работы и принятия, необходимых мер по предупреждению аварий применяют систему защит и блокировок.

Средства защиты появились одновременно с появлением шахтных подъемных установок (ШПУ) и совершенствовались параллельно с ними.

Большие работы по совершенствованию конструкции Шахтных подъемных машин и аппаратуры управления проводятся на заводах им.15-летия ЛКСМУ (г.Донецк), НКМЗ (г.Краматорск), «Красный металлист» (г.Конотоп), «Шахтная автоматика» (г.Прокопьевск) и др.

Над созданием современных аппаратов управления и защиты работают коллективы институтов «Гипроуглеавтоматизация», ЦКБ Электропривод ВНИИЗМ, Автоматуглерудпром, ВНИИВЭ и др.

За рубежом исследованиями по совершенствованию и разработке шахтного подъема занят ряд крупнейших фирм и предприятий: AEG, «Сименс-Шуккерт» (ФРГ), «Дженерал-Электрик» (Англия), ASEA (Швеция), «ЧКD-Прага» (Чехословакия) и др.

Данные по горнорудной промышленности за 1998-99гг., говорят о том, что угольная и горнорудная промышленность остаются опасными по аварийности. Главной причиной аварий, согласно выводом Госгортехнадзора, является неудовлетворительное техническое состояние оборудования. Износ оборудования составляет 90%, а в ряде случаев превышает все 100%. Шахтные подъемные установки на большинстве горных предприятий полностью выработали свой ресурс, а треть требует немедленной замены.

Одной из наиболее часто встречающейся аварий является зависание опускающегося сосуда в стволе шахты и как следствие, при дальнейшем вращении барабана и сматывании каната на сосуд- напуск каната. Эта авария опасна тем, что при внезапном освобождении зависшего сосуда резко выбирается образовавшийся напуск каната, что может привести к его обрыву, т.е. к аварии, простою подъема, а на людских подъемах и к гибели людей. Если даже зависший сосуд и не сорвется, то продолжающийся сматываться канат может попасть в отделение соседнего сосуда и появляется опасность его обрыва поднимающимся сосудом.

Причинами зависания сосуда в стволе могут быть: неудовлетворительное состояние направляющих устройств, нарушение армировки ствола, обмерзание разгрузочных кривых и устья ствола шахты, попадание элементов крепления горных выработок в транспортируемый груз, ложное срабатывание парашюта.

Свой вклад в решение вопросов защиты ШПУ от напуска каната при зависании сосуда в стволе внесли И.Н. Латыпов, А.Ф. Абросимов, В.С. Бескопылый, А.А. Белоцерковский, С.Б. Годзданкер, И.И. Пущанская, В.И. Савин, А.Д. Динкель, В.Е. Католиков, Н.В. Шапочка, М.В. Кипервассер, Н.Г. Огнев, М.М. Шамсутдинов, И.А. Багаутдинов, А.В. Прахов и др.

Применяемые в настоящее время устройства защиты от напуска каната контролируют момент зависания подъемного сосуда по изменению усилий в отдельных частях подъемной установки, положению сосудов в стволе, скорости вращения (движения) отдельных элементов, прогибу струны каната.

Анализ и обзор устройств защит от напуска каната

Каждая подъемная установка за исключением, установок со шкивами трения и наклонных грузовых подъемов, должна быть оборудована защитой от провисания струны и напуска каната.

Провисание струны каната 1 (рис. 1,а) происходит, когда опускающийся сосуд 2 зависает в стволе на глубине ( ) меньшей по величине, чем длина струны каната ( ) от барабана 3 до шкива 4. Т.е. вес струны каната не позволяет канату сматываться через шкив в ствол.

При напуске каната (рис.1,б) сосуд зависает на глубине большей по величине длины струны каната ( ). Т.е. вес подъемного каната, от места зависания до шкива, будет позволять ему сматываться с последнего и опускаться на сосуд образуя напуск.

Явление зависания опасно тем, что при внезапном освобождении сосуда резко выбирается образовавшийся провис или напуск каната, что может привести к его обрыву.

Поэтому необходимо контролировать момент зависания сосуда и в случае его появления подавать сигнал на включение предохранительного тормоза и остановку подъемной машины.

Контроль момента зависания подъемного сосуда в стволе шахты может осуществляться следующими измерениями: провиса струны каната между барабаном и копровым шкивом; скорости вращения (движения) отдельных элементов, усилия в отдельных элементах, положения подъемного сосуда в стволе, тока якоря приводного двигателя барабана.

Проанализируем эти методы контроля зависания с точки зрения их достоинств, недостатков и области применения.

Устройства защиты и контроля провисания струны каната

Практика шахтного подъема показала, что, часто, ослабление каната происходит в результате зависания подъемного сосуда в разгрузочных кривых. При этом вращение подъемной машины в сторону зависшего в кривых сосуда всегда сопровождается провисанием струны каната и обнаруживается по принципу механического воздействия струны на специальную конструкцию установленную под ней.

Такие устройства, которые называются как «подканатная рейка», измеряют прогиб струны каната между барабаном и копровым шкивом. Их можно подразделить на две группы:

1) с жестким элементом, воспринимающим вес каната;

2) с гибким элементом, воспринимающим вес каната.

К первой группе относится устройство Горловского наладочного управления (рис. 2), которое получило наибольшее распространение.

Пластины 4 включают в последовательную цепь, состоящую из катушки электромагнитного реле времени 6 и выпрямительного моста 7. При провисании канат 5 ложится на проводник 2 и отжимает его от пластин 4. В результате размыкается цепь питания реле 3 и включается предохранительный тормоз.

Реле защиты имеет выдержку времени, которая предотвращает ложное срабатывание защиты при колебаниях подъемного каната.

Комплект защиты состоит из двух подканатных конструкций, устанавливаемых под каждым из подъемных канатов в проемах здания.

Применение защитного устройства Горловского наладочного управления резко сократило число аварий, связанных с зависанием сосуда в разгрузочных кривых.

В тоже время имеют место случаи отказа защиты по следующим причинам:

- неправильной установкой подканатной конструкции опущенной слишком низко, в результате чего при напуске канат ложится на проем не воздействуя на подканатную конструкцию;

- маленькой выдержкой времени и частых ложных срабатываний защиты из-за колебаний каната;

- деформации и изгиба трубы-проводника из-за ударов каната в результате колебаний при предохранительном торможении.

Недостаток, связанный с последним пунктом привел к созданию подканатной конструкции с гибким элементом (рис.3).

Провисание струны каната 1, контролируется с помощью тросика 2, переброшенного через шкив 3. На нижнем конце тросика закреплен груз 4, а также сквозная втулка 5 с упором. Специальное реле содержит два последовательно соединенных гибких контакта 6 и 7. В рабочем режиме рычаг 9, устанавливается в промежуточном положении и контакты 6 и 7 замыкают цепь питания реле времени 9. Если подъемный канат ложится на тросик, то втулка с упором 5 перемещается вверх. Рычаг 8 под действием пружины 10 поднимаясь размыкает контакт 6 в цепи питания реле времени 9, которое с выдержкой времени (для защиты от ложного срабатывания) разомкнет свои контакты в цепи управления.

В данном устройстве принципиально продуман вопрос его самоконтроля. Так, если тросик обрывается выше втулки, то под действием груза 4 рычаг реле смещается вниз и размыкает контакт 7. При обрыве тросика ниже втулки под действием пружины 10 разомкнется контакт 6.

Кроме того, рассматриваемое устройство не вызывает затруднений при замене подъемного каната, т.к. для вывода его из работы достаточно сбросить трос со шкива, а после замены каната снова надеть тросик на шкив (контакт реле на это время шунтируется).

Положительными качествами рассматриваемой конструкции подканатной защиты являются:

- высокая надежность (вероятность ее повреждения при сильных биениях струны каната весьма незначительная);

- простота настройки и обслуживания;

- полный самоконтроль;

- высокая чувствительность (для уверенного срабатывания достаточно прогиба горизонтального участка тросика на 0,5-1,0 см.);

- возможность включения контактов реле непосредственно в цепь защиты или коммутирования цепей напряжением 220 В.

Недостатком данного устройства защиты, является то, что для избежания отказов необходима ее периодическая не реже двух раз в месяц, проверка с осуществлением естественного напуска и ограниченность ее действия по глубине ствола.

Устройства защиты от напуска каната с контролированием момента зависания по усилию в частях отдельных элементов подъемной установки

Длительное время на ряде предприятий ведутся опыты построения защиты от напуска каната с использованием информации об усилиях в различных элементах подъемной установки.

Наибольшее распространение получили устройства с использованием магнитоупругих датчиков, которые устанавливаются под подшипники