在煤矿生产中，调度绞车作为矿山辅助运输设备，是通过行星轮系及采用浮动机构完成绞车的减速和传动，通过控制电机的正反转及操纵2个制动闸的不同刹紧状态实现绞车卷筒的正转、反转和停转，从而实现对重物的牵引、下放和停止3种工作状态[1]。郑煤集团下属矿井开采煤层多为三软不稳定煤层，井下巷道坡度变化大，水平转弯多，斜巷多，由于调度绞车具有安装空间小、安装拆除方便、操作灵活等特点，在井下运输斜巷中被大量采用。但在使用中，存在绞车未设置安全制动系统、钢丝绳易上垛、绞车司机不能判断出绳长度、车速控制不稳等问题[2]。为了克服上述不足，经过多次调研，借鉴其它运输设备安全设施的使用状况，提出对现有JD-1.6A、JD-2.5A、JD-4A型调度绞车进行安全技术改造。所谓安全技术改造，就是在不改变现有绞车主体结构的前提下，通过对安全制动装置、深度指示器和排绳装置进行改造，提高绞车的安全性能。
1改进安全制动装置
郑煤集团现用绞车工作制动结构如图1所示。安全制动装置是绞车的重要部件[3]，工作时受到的工作荷载和冲击力较大，其主要部件的强度对安全制动性能的可靠性有很大影响。在制动卷筒时，通过人工手柄使闸瓦抱紧卷筒，达到制动目的。当绞车断电时，该制动装置仍可能导致卷筒转动，若处于牵引状态，很容易引起飞车事故[4]。这次安全技术改造加装了隔爆型电力液压推动器，改造后的安全制动结构如图2所示。改造后的安全制动装置在正常工作时，电力液压推动器和主电机同时接电，推动器向上松开，安全制动臂向上运动，缓慢松开手刹装置，此时释放拉杆的工作制动行程，绞车正常工作;当因断电、过载或其它原因引起电机突然停止工作时(也可通过脚踏开关断电)，主电机和电力液压推动器同时断电，推动器在强大弹簧力的作用下迅速向下移动，带动安全制动臂下移，压死销轴，通过连杆作用，使拉杆不能上下移动，闸瓦抱紧卷筒，卷筒会一直处于静止状态，从而达到安全制动的目的。隔爆型电力液压推动器技术参数如表1所示。
2安装深度指示器
深度指示器是绞车的一个重要组成部分，其作用是显示所缠绕的钢丝绳下放长度，若在提升过程中失灵，将会中断提升，损坏设备和设施，甚至造成人员伤亡[5]，严重威胁着矿井的安全生产。本次安装的深度指示器主要由底座、内齿圈、轴齿轮、蜗轮蜗杆变速器、丝杠、螺母、指示牌等组成，其结构如图3所示。当绞车用于斜巷提升时，卷筒刹车毂转动，内齿圈与蜗轮蜗杆减速器输入端小齿轮啮合传动，在减速器输出端与丝杠相连接，丝杠旋转，带动螺母指针上下移动，实现深度指示。深度指示器丝杠的转数与卷筒的转数成正比，而卷筒转数与钢丝绳出绳位置相对应，以此实现指针位置与提升物位置相对应，完成指示提升物的位置功能。当需要校正丝杠上指针位置时，可将丝杠上的螺栓松开，通过手动旋转丝杠来调节指针的位置。
3安装排绳装置
绞车工作时，通过缠绕在滚筒上的钢丝绳收、放实现对牵引物的牵引[6]。绞车钢丝绳缠绕在绞车滚筒上，滚筒旋转时，钢丝绳沿着滚筒轴向左右移动，当钢丝绳移动到滚筒边缘时，钢丝绳反向移动。滚筒在缠绳或放绳时，钢丝绳在没有其他设备辅助的情况下，容易出现乱绳现象，严重影响绞车安全工作，同时加大钢丝绳之间的摩擦和挤压，影响钢丝绳的使用寿命。在绞车装置中安装可靠的排绳装置，能够保证钢丝绳规范排绳，减少钢丝绳断裂，提高绞车运行的可靠性。本次安装的排绳装置主要由小链轮、大链轮、传动链、齿轮变速机构、往返丝杠传动机构、绳轮架、光杠、左右支座及底座等组成。其中小链轮安装于深度指示装置的小轴齿轮(与滚筒上的内齿圈啮合)上，引出驱动力，采用辊子链条传动，经大链轮和齿轮变速机构轴齿轮、大齿轮，使丝杠旋转。滚筒每旋转1周，丝杠旋转1个绳距。排绳装置如图4、5所示。用一丝杆车出左右两道螺旋槽，两端由过渡圆弧封闭，让左右螺旋槽连接。丝杠外圆上套装绳轮架，绳轮架上的丝母内装设有能摆动的活销，当往返丝杠由滚筒带动旋转时，嵌入丝杠内的活销可带动绳轮架做轴向运动。往返丝杠三维示意如图6所示。绳轮架如图7所示。钢丝绳从托绳轮、压绳轮之间穿过，立辊可限制钢丝绳轴向窜动，手轮可以调节压绳轮的上下位置，滑块可沿光杠滑动，丝母内月牙形活销在双向丝杠内做往返运动，驱动绳轮架运动。
4绞车改造后使用效果
本次绞车安全技术改造涉及安全制动、深度指示器、自动排绳装置3个方面，关键技术及创新点如下：(1)系统的无源控制技术。改造方案并没有增加动力源，通过绞车卷筒的转动，引出动力，实现深度指示和排绳功能。通过对原绞车左刹车装置的连杆改造和增加电力液压推动器，实现安全制动，结构简单紧凑，易于维修。(2)排绳装置全机械式压绳技术。绳轮架上设置托绳轮、压绳轮，钢丝绳从中穿过，压绳轮可上下调节高度。(3)排绳装置的导向技术。在绞车纲丝绳出绳时，先经过绳轮架上的一对立辊，立辊可实现导向作用，使钢丝绳始终垂直于卷筒方向，排列更加有序，保证钢丝绳规范排绳。本次改造的样机，经洛阳矿山机械检测检验中心现场检测，各项性能参数均达到国家标准，已取得调度绞车国家煤安认证。技改后的绞车，经郑煤集团大平矿21021上付巷、新郑煤电14207下底抽巷和杨河煤业31集中巷的1a多的试验运行，运行效果良好，技术改造项目优点明显。
5主要经济指标及效益情况
5.1经济效益
禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录(第四批)已将带式制动矿用提升绞车列为禁止使用绞车，调度绞车与带式矿用提升绞车的原理和安全装置相似，河南煤监局在对郑煤集团公司的执法检查中也多次提出，要求用安全性能更为可靠的绞车进行替代。调度绞车改造预算1.5万元/台，如果购置新的运输绞车(带有安全制动、深度指示器)，价格在10万元/台左右，这样可节省费用8.5万元/台。郑煤集团现有10个直属生产矿井，现场安装使用调度绞车约200台，共节省改造费用1700万元。另外，在加装排绳装置后，钢丝绳寿命延长1倍以上，按单台绞车缠绳300m计算，每年可节约0.72万元/台，共节约费用144万元。这表明技改方案的实施能为企业创造较好的经济效益。
5.2安全效益
煤炭是我国重要能源，关系着国计民生。煤矿提升运输事故占总事故的20%，绞车的安全性能直接影响运输提升安全，经过对现有的调度绞车进行安全技术改造，增强其安全性和可靠性，实现由人防到技防的根本转变，变事后管理为事前预防，给煤矿企业的正常生产经营和发展提供了强有力的保证，同时也创造了巨大的社会价值。
6结语
针对调度绞车存在的安全问题，郑煤集团对现有调度绞车的安全制动、深度指示器、自动排绳等装置进行了优化改造，提高了调度绞车的安全性能。改造后的调度绞车结构简单、易于维修，运行效果良好，且能节约大量资金。郑煤集团现场安装使用调度绞车约200台，改造绞车比购置新绞车可节省费用1700万元;加装排绳装置能延长钢丝绳寿命，可节约费用144万元。共节约费用1844万元，创造出巨大的经济价值。
[参考文献]
[1]赵大伟.无极绳绞车在煤矿生产中的应用研究[J].河南科技，2018(1)：93-94.
[2]王立铭.分析井下运输巷无极绳绞车的改造[J].当代化工研究，2019(10)：112-113.
[3]田勤，杨玉和，梁超.JD-5.5型调度绞车安全制动装置主要部件有限元分析[J].煤矿机械，2012(7)：108-110.
[4]张永春，王化东，张海荣.JYB-5*1.40运输绞车安全制动装置的改进[J].煤矿机械，2007(7)：131-132.
[5]王端义，李艾民.运输绞车新型深度指示器的设计研究[J].煤矿开采，2012(2)：75-78.
[6]黄天才.无极绳绞车压绳装置的改进探析[J].机电工程技术，2019，48(3)：181-183.
《井下调度绞车安全技术改造探究》来源：《能源技术与管理》，作者：母晓果 郭志刚