煤矿井下提升钢丝绳的机械损伤与防护

发布时间：2007年01月13日
作者：互联网
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1问题的提出

济宁运河煤矿是一座年设计生产能力为150万t的大型矿井，分两个水平开采，一、二水平之间装备了一套JK-2.5/20E单绳串车提升绞车，提升钢丝绳型号为6Δ（34）-28-1670-光面。但由于对钢丝绳的认识不够，在绞车运行不久曾发生了一次断丝绳跑车事故；新换同型号钢丝中也存在类似的问题。针对以下事故与现象，我们对钢丝绳的损伤进行了认真地分析、研究，得到了一些规律性的认识，并对此作了对策性研究，有力的指导了提升运输管理，确保了安全。

2钢丝绳机械损伤种类

机械损伤是钢丝绳的主要损伤之一，机械损伤包括：磨损、疲劳、外伤等。

3机械损伤的分析与防护

3.1 磨损

根据磨损机理又可分为以下几种：钢丝绳在使用过程中其外周与绳道、底板、挡绳器等物体表面接触而引起的磨损为外部磨损，钢丝绳截面将减少，外周表面钢丝将磨平，钢丝绳破断载荷随之降低，在实际现象中，又有单周磨损、全周磨损，单周磨损较全周磨损更恶劣，在全长范围内，尽可能地做到均匀磨损，即全周磨损。

由于振动、碰撞造成的钢丝绳表面撞损，为变形磨损，这是一种局部磨损现象。如卷筒表面的钢丝绳受到其它物体的撞击，钢丝绳相互打缠、打结，或者由于咬绳，都会使钢丝绳产生变形磨损。这种变形磨损因局部挤压而变形，其钢丝横断面在挤压处向两旁伸展成翅形。从外表看，钢丝宽度扩展，虽然钢丝绳截面积减少不多，但局部挤压处的钢丝表面材质硬化了，极易断丝。时间一久，变形突出位往往磨损严重，处层钢丝也极易断丝。

再者，内部磨损的因素也不可忽视：钢丝绳经过卷筒或滑轮时所承受的全部负荷压在钢丝绳的一侧，各根细钢丝的曲率半径不可能完全相同。同时，由于钢丝绳的弯曲，钢丝绳内部各根细钢丝就会相互产生作用力并且产生滑移，这时股与股之间接触应力增大，使相邻股间的钢丝产生局部压痕深凹。当反复循环拉伸变曲时，在深凹处则产生应力集中而被折断。

怎样才能减少各种磨损损伤呢？针对以上分板，我们采取了以下措施：

（1）为避免单周磨损，我们定期倒换绞车钢丝绳绳头，如大绞车每季度一次使之磨损均匀。

（2）把斜井拖绳轮由铸铁的换成了聚氨酯拖绳轮，尽可能减少对钢丝磨损。

（3）尽可能避免钢丝绳在卷筒上打缠，遭受其他撞击。

（4）根据具体工况，正确选择钢丝绳的结构型号。为防内部磨损，我矿大部分提升钢丝绳换成了线接触钢丝绳，摒弃了点接触类型，对特殊地方，正准备考虑上面接触钢丝绳。

3.2 疲劳

钢丝绳在使用过程中主要承受弯曲、拉伸、扭曲、振动疲劳，以及过载引起的弹性形等损伤。

钢丝绳重复通过滑轮或卷筒中绕上绕下，无数次的弯曲，容易使钢丝产生疲劳，韧性下降，最终导致断丝。而疲劳断丝出现在股的弯曲程度最厉害的一侧外层钢丝上。通常情况下，疲劳断丝的出现意味着钢丝绳已经接近使用后期。试验表明，钢丝绳的弯曲疲劳寿命与D/d比值（即卷筒直径D与钢丝绳直径d的比值）、安全系数和钢丝绳结构均有密切的关系。钢丝绳在起动和制动的始末，变化的拉伸应力以及经常受到扭曲和振动也是产生疲劳的原因。

过载：钢丝绳在工作时除了要承受负载、自重等静载荷外，还要受到因加速度和冲击引起的动载荷，当钢丝绳随着载荷的增加会有微量的伸长，当载荷超过强度极限时，钢丝绳就可能断裂。过载的钢丝绳即使不发生断裂事故，安全系数也会大幅度下降，随之而来大大地缩短使用寿命。

针对疲劳的分析，我们采取了以下措施；

（1）条件许可的情况下，尽可能使卷筒和滑轮直径增大。在主提升斜巷，卷筒直径无法增大，于是增加了挡绳器、拖绳器的滚轮直径；其他场合，合理选取钢丝绳直径、卷筒直径。

（2）在安排滑轮布局时，应尽量避免钢丝绳反向弯曲。经验证明，反向变曲的破坏约为同向弯曲的2倍，尤其不能用斜巷主提升绳经滑轮调车用。

（3）尽可能选择结构好的钢丝绳，如WS、TX等线接触钢丝绳。

3.3 外伤

钢丝绳外伤不外乎其在滑轮里滑槽，在卷筒上跳出挡板，被矿车碾轧，结果常常使钢丝绳因局部轧坏而报废。再者，钢丝绳扭结也是一个重要的损伤因素。普通钢丝绳都带有自转性，尤其是新钢丝绳，挂设好后，不经破劲便施加张力，往往造成扭结。扭结的方向与钢丝绳旋向一致的称为正扭结，反之称负扭结。钢丝绳在扭结后，经过多次受载，也只有局部绳芯外露，一般没有断丝现象。但试验表明，钢丝绳在扭结损伤后强度将显著降低。正扭结的强度只有原强度的60%~80%，负扭结的强度还不到原强度的50%。严重时强度将降低到只有原来的10%~20%。

为了防止钢丝绳出现外伤，我们采取了以下措施；

（1）严格操作规程，强化操作人员岗位责任，坚持事故追究制度。

（2）完善设备设施的防护能力，如加高护绳板，设置排绳器。

（3）新挂设的钢丝绳在其自由端设置旋转装置，以达到破劲的效果。

（4）特殊的场合，研究采用不旋转钢丝绳。

另外，运河矿还针对井下钢丝绳的化学腐蚀采取了一些措施，延缓钢丝绳的使用寿命。

通过对钢丝绳损伤原因的探究、验证，又在此基础上逐一作了简单易行的对策性措施，制定和丰富了相关的规章制度，自全面实施以来，有效地遏制了提升运输事故的发生，较好地提高了经济效益。仍以运何矿暗斜井为例，主提升绳自更换镀锌钢丝绳并采取以上其他措施以来，每根钢丝绳寿命在一年半以上，是不采取措施前的8倍还要多，极大地提高了安全系数；经济效益方面，据估算，同期内（按一年半计算）直接给矿节约资金60万元，若包括其他提升钢丝绳，数目更为可观。再者，通过以上事实，极大地增强了工程技术人员认知规律和改造客体的热情。