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鋼絲繩是礦井提升系統(tǒng)的重要組成部分，在提升過程中，鋼絲繩除了受到靜張力外，其內(nèi)部還受彎曲、扭轉(zhuǎn)、接觸、擠壓等應(yīng)力的影響。尤其在深立井摩擦式提升中，扭轉(zhuǎn)疲勞對鋼絲繩
鋼絲繩是礦井提升系統(tǒng)的重要組成部分，在提升過程中，鋼絲繩除了受到靜張力外，其內(nèi)部還受彎曲、扭轉(zhuǎn)、接觸、擠壓等應(yīng)力的影響。尤其在深立井摩擦式提升中，扭轉(zhuǎn)疲勞對鋼絲繩的影響及鋼絲繩彈性伸長對運(yùn)行的影響尤為突出，這不僅關(guān)系到鋼絲繩的使用壽命和提升效率，更關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)，因此，如何正確合理選擇深立井提升鋼絲繩，對礦井提升安全至關(guān)重要。
1三角股鋼絲繩在深立井提升系統(tǒng)使用情況
以徐州礦務(wù)集團(tuán)龐莊煤礦張小樓井主井提升系統(tǒng)為例，張小樓井主井曾是國內(nèi)為數(shù)不多的深井工開采礦井，提升系統(tǒng)為井塔式多繩摩擦式提升系統(tǒng)，井筒直徑6.5m，井深1026m，提升高度接近1050m，提升速度10.5m/s，配套密封鋼絲繩罐道，井筒內(nèi)布置一對JDS-16/200×4型箕斗，采用6Vx37S+FC-1670三角股提升鋼絲繩，尾繩采用P8×4x19-166×26型扁尾繩。在使用過程中發(fā)現(xiàn)其提升鋼絲繩在接近箕斗100m的范圍內(nèi)多次發(fā)生斷絲現(xiàn)象，因斷絲數(shù)量超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定而不得不經(jīng)常更換提升鋼絲繩，鋼絲繩使用壽命一般僅為4~6個(gè)月，頻繁的換繩不僅增加了成本費(fèi)用，更是嚴(yán)重影響了礦井正常生產(chǎn)。
近些年，國內(nèi)專家學(xué)者曾多次討論深立井多繩摩擦式提升鋼絲繩的受力、使用壽命和選型等相關(guān)問題。通過對深立井提升鋼絲繩受力情況深入分析可知，深立井提升鋼絲繩承受拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)綜合應(yīng)力，對于提升鋼絲繩的拉伸應(yīng)力，可以用增大安全系數(shù)的方法來解決；對于提升鋼絲繩的彎曲應(yīng)力，則采用規(guī)定摩擦輪直徑與鋼絲繩直徑之比值和摩擦輪直徑與鋼絲繩中最粗鋼絲直徑之比值的方法來解決。這些規(guī)定在《煤礦安全規(guī)程》中均有明確說明。而對于減少或消除鋼絲繩扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，除從鋼絲繩捻向方面考慮外，現(xiàn)行的《煤礦安全規(guī)程》并未作規(guī)定。對于深立井提升鋼絲繩，由于單根鋼絲繩長度大，從裝載到卸載的一個(gè)提升循環(huán)過程中，隨著提升容器與井上口導(dǎo)向輪或天輪距離逐漸減少，提升鋼絲繩承受的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力變得越來越大，在到達(dá)卸載點(diǎn)位置時(shí)達(dá)到最大值。
經(jīng)分析，張小樓并主井為塔式提升系統(tǒng)，其摩擦輪和導(dǎo)向輪之間的距離偏短，僅有6m左右，容易造成鋼絲繩在提升過程中反復(fù)扭轉(zhuǎn)，出現(xiàn)斷絲。扭轉(zhuǎn)疲勞成為決定鋼絲繩使用壽命的主要因素。以往做塔式提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對于摩擦輪和導(dǎo)向輪之間的距離只考慮鋼絲繩在摩擦輪上圍包角的要求，并沒有考慮鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)因素，因而這一距離設(shè)計(jì)都較短，這對于井深較淺、速度較低的塔式提升系統(tǒng)影響尚不明顯；但對于井深很深、速度很高的塔式提升系統(tǒng)，影響就很大。因此張小樓井主井采用的三角股同向捻鋼絲繩，就不可避免地存在抗扭轉(zhuǎn)性差的問題，隨著提升高度的延長，自身扭轉(zhuǎn)力越來越大，當(dāng)達(dá)到極限時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞，在拉伸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力綜合作用下，造成斷絲。
另外，在張小樓井主井提升鋼絲繩的實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，主井調(diào)繩及修正滾筒上摩擦襯墊繩槽次數(shù)過于頻繁，平均每周10次以上，主要原因是由于提升高度較大，新鋼絲繩掛繩以后，彈性伸長量很大，而配用的自動(dòng)平衡裝置的調(diào)節(jié)行程有限，導(dǎo)致頻繁調(diào)繩。原則上新鋼絲繩掛繩后，初始階段彈性伸長量較大，調(diào)繩時(shí)間間隔較短，經(jīng)過一段時(shí)間的使用，彈性伸長逐漸減少，不再需要頻繁調(diào)繩。但由于張小樓井主井提升鋼絲繩使用壽命太短，有時(shí)鋼絲繩彈性伸長還沒有達(dá)到穩(wěn)定階段就必須換繩，致使鋼絲繩總是處于彈性伸長量最大狀況，從而導(dǎo)致頻繁調(diào)繩11使用過程中由于不能及時(shí)調(diào)繩；導(dǎo)致自動(dòng)平u衡裝置失效和各鋼絲繩間張力不平衡增大，使得各繩槽磨損量并不均勻，需要經(jīng)常的車?yán)K槽進(jìn)行調(diào)整，縮短了摩擦襯墊使用壽命。
多年來國內(nèi)優(yōu)先選用三角股鋼絲繩的理由是三角股鋼絲繩結(jié)構(gòu)緊密，有繩槽接觸面積較大、耐磨損、抗擠壓性能好、破斷力高等特點(diǎn)。但通過對張小樓井主井三角股鋼絲繩的使用情況研究，同時(shí)結(jié)合國內(nèi)已經(jīng)運(yùn)行的超千米井工礦井唐口礦、孫村礦、冬瓜山銅礦，國外的南非KAREE4號鉑金礦的實(shí)驗(yàn)，對于深立并多繩摩擦式提升系統(tǒng)中提升鋼絲繩的選型問題，有必要進(jìn)行再研究再認(rèn)識。
2深立井提升系統(tǒng)采用壓實(shí)股鋼絲繩的可行性分析
壓實(shí)股鋼絲繩顧名思義就是成繩之前，股經(jīng)過模撥、軋制或鍛打等壓實(shí)加工的多股鋼絲繩”。通過模拔、軋制或鍛打等變形加工后，鋼絲的形狀和股的尺寸發(fā)生變化，而鋼絲的金屬橫截面積保持不變。
與三角股鋼絲繩相比，壓實(shí)股鋼絲繩特點(diǎn)有：
①由于其特殊的工藝，同等繩徑下，增加了金屬截面，故而壓實(shí)股鋼絲繩具有較高的破斷拉力；②經(jīng)過股塑性壓縮后鋼絲的寬展，股外觀更加平滑，因此壓實(shí)股鋼絲繩在使用過程中繩與繩槽具有更大的接觸面積，在延長襯墊使用壽命的同時(shí)，也使鋼絲繩表現(xiàn)出良好的耐磨性；③對于壓實(shí)股鋼絲繩，由于組股鋼絲的填充系數(shù)大（一般在0.9以上），鋼絲之間的空隙很小，金屬密度系數(shù)提高，組股鋼絲間接觸面積增大，一方面提高了鋼絲繩的破斷拉力，另一方面使鋼絲間相對滑動(dòng)與單純?nèi)︿摻z組股相比更加困難，這些特點(diǎn)使得壓實(shí)股鋼絲繩結(jié)構(gòu)伸長極小。另外，股經(jīng)過壓實(shí)后，剛度增強(qiáng)，在提高股結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，增加鋼絲繩抵抗沖擊載荷能力；④壓實(shí)能降低組繩股中心到鋼絲繩中心距離，改善一些特殊結(jié)構(gòu)鋼絲繩抗旋轉(zhuǎn)性能，能有效緩解鋼絲繩自身在扭轉(zhuǎn)力大時(shí)出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)疲勞現(xiàn)象。
針對張小樓井主并案例，擬采用6xK36（WS+FC-40-1770型壓實(shí)股鋼絲繩，如圖l所示。替換現(xiàn)有6V×37S+FC-1670三角股鋼絲繩的方案，如圖2所示。兩種規(guī)格鋼絲繩性能參數(shù)對比如表l所列。
3結(jié)語
通過比對兩種不同規(guī)格鋼絲繩基本參數(shù)，，張小樓井主井提升鋼絲繩完全可以采用6xK36（WS）+FC-40-1770型壓實(shí)股鋼絲繩。結(jié)合壓實(shí)股鋼絲繩的性能特點(diǎn)，不難發(fā)現(xiàn)該鋼絲繩能有效的解決頻繁斷絲，使用壽命過短的問題。
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