對深井提升系統故障的分析與思考

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610023)

1 提升系統布置及事故情況

該事故發生在電纜豎井開挖擴挖施工作業現場。電纜豎井設計斷面為11m×12m，深度約270m，采用導井二次擴挖施工方法。導井全斷面擴挖采取從上至下的開挖方式，井壁支護緊跟開挖進行。因支護材料垂直運輸及人員上下通行需要，施工單位設計了一個鋼結構載物平臺，并布置了相應的提升系統，用于開挖支護施工。

該提升系統主要由4臺10t國標卷揚機組成，分別布置于豎井四角。單臺卷揚機鋼繩長300m，直徑選用21.5mm的國標鋼繩。設計者專門對載物平臺進行了力學設計和驗證，采用工字鋼作為結構件、φ50mm鋼管作為支撐件，竹馬道板作為載物平臺面板。經過研究和論證，該卷揚機負載能力及各種鋼結構的力學性能和鋼繩材料材質，均滿足設計和使用要求。

通過對事故現場的仔細檢查和了解，存在以下情況：(1)4臺卷揚機中1臺鋼繩斷裂，3臺鋼繩完好；(2)斷裂鋼繩斷頭較整齊，鋼繩存在環繞交錯現象；(3)鋼繩跑出卷筒(跳槽)，斷裂在卷揚機支架上；(4)事故發生時載物平臺處于上升狀態，載物平臺發生傾斜；(5)載物平臺空載；(6)4臺卷揚機由1名操作工人聯動控制運行；(7)井下井上有對講機通信聯系。

2 系統事故原因分析

2.1 四臺卷揚機提升速度存在差異

載物平臺在上升過程中有傾斜，說明四臺卷揚機的提升速度存在差異。在卷揚機選用的是同規格型號，卷筒外形尺寸設計完全一致的情況下，可能是電機的轉速存在差異。經了解，同一廠家生產的同型號規格的電機轉速可能不完全一致，存在一定(極小)的差異。四臺卷揚機電機轉速差異，會導致卷筒上的鋼繩經過較長時間使用產生較大累積差異，導致載物平臺上升過程中提升鋼繩長度不一致，載物平臺出現傾斜。

2.2 鋼繩存在跑出卷筒的現象

鋼繩被卷斷在卷揚機基礎支架上，說明鋼繩有跑出卷揚機卷筒的情況。分析原因可能有以下幾種：(1)卷揚機電機轉速不一致，其他三臺卷揚機轉速較快時，第四臺卷揚機鋼繩上升速度慢于另外三臺，這時第四臺卷揚機的鋼繩就會松動，甚至出現鋼繩跑出卷筒的情況；(2)鋼繩未松勁，存在扭力，導致鋼繩跑出卷筒，被卷到卷揚機基礎支架上；(3)操作人員未及時發現鋼繩被卷在基礎支架上，致使鋼繩強行在支架上被卷斷，故斷頭較齊；(4)卷揚機未安裝防過卷裝置(電機過流保護器)，與發生該次事故有較大關系。

2.3 鋼繩跑出卷筒時，操作員未能及時發現

四臺卷揚機分別布置在豎井四角，而操作人員只有一名。雖然1名卷揚機操作員通過聯動控制可以達到運行操作要求，但一個人的視野范圍有限、精力有限，根本不可能同時觀察到四臺卷揚機的運行情況(豎井斷面較大)。所以，當卷揚機鋼繩跑出卷筒被卷在支架上時，操作員未及時發現。

2.4 鋼繩在卷筒中存在交錯現象

分析原因是鋼繩沒有專門的排繩裝置，沒有給鋼繩卸載(松勁)導致鋼繩排列不整齊、盤繩不均勻，出現鋼繩層間交錯和鋼繩之間交錯，容易使鋼繩受傷而斷裂。

該鋼繩長達300m，卷揚機的容繩量增加，鋼繩越長，未松勁的情況下產生的扭力越大，越容易使鋼繩跑出卷筒。

2.5 卷筒擋板高度可能不夠

鋼繩使用量較大時，卷筒鋼繩擋板設計高度可能不夠，導致鋼繩跳出卷筒卷在支架上被強行卷斷。

2.6 沒有設置監控人員

載物平臺無監控人員，導致載物平臺發生異常情況時未及時進行控制停機。

3 關于提升系統運用的幾點思考

3.1 針對國內現在生產卷揚機的廠家太多、太雜，而且生產技術水平不一致，或者加工技術和精度有差異，都有可能導致卷揚機的轉速和提升時的速度不一致。異步電動機本來都存在一定的轉速差異，要改變這種不同步的情況，卷揚機的驅動電機最好使用完全一樣的同步電機，相關零部件最好購買精度較高的同一廠家生產、同一批次的國標正規產品。

3.2 在卷揚機運行過程中，1名操作人員無法監視多臺卷揚機運行，建議修建專門的運行監控臺，設置監控人員，便于操作和觀察運行情況。

3.3 卷揚機鋼繩排列不均勻，有交錯現象，建議安裝專業合格的排繩裝置，使其在鋼繩自身不帶力的情況下可以排列均勻，不會發生交錯損傷鋼繩及跳槽的情況。

3.4 在安裝卷揚機鋼繩時，要求給鋼繩卸載(松勁)，尤其是鋼繩使用長度越長時越要卸載，使鋼繩在無扭力的情況下能均勻地排列在卷揚機卷筒上。這樣，鋼繩才不會因為扭力的作用而跑出卷筒(跳槽)、出現鋼繩之間交錯、層間交錯的情況，保證了鋼繩不受損傷，也不會跑出卷筒被絞斷導致事故發生。

3.5 卷揚機的卷筒應該按照使用方的要求進行設計和改進優化，在保證使用方容繩量的情況下，保證鋼繩依次排列不跑出卷筒，加裝限繩裝置避免發生跳槽現象。

3.6 在卷揚機電機上加裝電機過流保護裝置，使電機在超負荷的情況下自動停機，不會發生電機繼續運行而卷斷鋼絲繩的現象。

3.7 在載物平臺上加裝防傾斜裝置，通過水平儀控制加裝光電感應制作成防傾斜裝置，使載物平臺在發生傾斜的情況下，使電機工作或者停止工作，確保載物平臺始終在平衡的狀態下運行。

4 深井提升系統施工運用建議

4.1 在深井施工中使用卷揚機，保證操作員、通信員及安全員之間的通信暢通非常重要。深井開挖施工能見度非常低，必須用無線電通訊方式保證操作員和信號員之間的通訊暢通，在發生事故時能及時阻止或處理。在常用的無線電通訊中，選擇性能良好的對講機，備用有線電話加警示電鈴或者其他警示信號(手電筒或者敲鐘)，隨時保證信號員和操作員的通訊。

4.2 卷揚機使用和維修人員的專業技術技能有待提高，聯動控制多臺卷揚機同時動作的操作技術要十分熟練；要加強操作人員相關知識的培訓并取得相應的操作證；操作人員應加強設備維護保養，尤其是變速箱和其它轉動

部件的維護和保養。

4.3 針對卷揚機提升系統建立豎向軌道，采用雙軌或者四軌的方式運行；或利用電梯工作原理運行提升系統，加裝軌道限位及安全防墜裝置，參照電梯設計以滿足運行提升系統的安全要求及載物重量要求。

4.4 本提升系統設計，采用一臺或者兩臺大功率卷揚機通過機械傳動的方式，給其他三臺或者兩臺卷揚機提供動力，機械傳動可以通過加工精度控制誤差，使提升機構能夠保持以同樣的提升速度上升或者下降。

4.5 減少提升系統鋼繩使用數量，采用一根符合承載設計能力的鋼繩作為主提升繩，另加一根安全保護鋼繩(但長度不變)，避免載物平臺發生傾斜導致安全事故發生。

4.6 卷揚機投入使用前，加強對關鍵部位的檢查；安裝和運行關鍵環節全程狠抓安全檢查、監控；同時，注重提高卷楊機使用人員的技術水平，特種設備設計、生產、使用相關各方應嚴格按照特種設備管理法進行相關管理。