立井平衡鋼絲繩使用壽命分析

史凱+李申申

【摘 要】濟寧二號煤礦主井為立井提升，其平衡鋼絲繩為扁鋼絲繩，共三根。根據(jù)最近的鋼絲繩更換記錄，三根平衡鋼絲繩服務(wù)年限均超過四年，服務(wù)年限遠長于公司本部其他礦井。本文以濟寧二號煤礦為例，分析了影響平衡鋼絲繩使用壽命的因素，并對如何提高立井平衡鋼絲繩的使用壽命做了詳細闡述，具有較大的參考價值。

【關(guān)鍵詞】平衡鋼絲繩；緯線；立井提升

0 引言

濟寧二號煤礦主井為立井提升，提升機平衡鋼絲繩為扁鋼絲繩，共三根。中間平衡鋼絲繩規(guī)格為166mm×26mm—8×4×19，單重13.7kg/m，使用長度678m。東側(cè)與西側(cè)平衡鋼絲繩的規(guī)格為187mm×29mm—8×4×19，單重16.2kg/m，使用長度678m。根據(jù)主井鋼絲繩更換記錄，該礦于2016年6月完成了對東側(cè)平衡鋼絲繩的更換工作。原東側(cè)平衡鋼絲繩于2011年12月掛繩使用，至更換時服務(wù)時間超過了四年零五個月。西側(cè)與中間平衡鋼絲繩于2015年10月更換，更換時其服務(wù)年限均超過了四年。

2016版《煤礦安全規(guī)程》第四百一十三條規(guī)定，摩擦式提升鋼絲繩平衡鋼絲繩的使用期限應(yīng)不超過4年。如果鋼絲繩的斷絲、直徑縮小及銹蝕程度不超過相應(yīng)規(guī)定時，可以繼續(xù)使用1年。由于更換平衡鋼絲繩工藝復(fù)雜、工作量大，施工時必須停產(chǎn)作業(yè)，因此平衡鋼絲繩服務(wù)周期的長短將影響煤礦的原煤產(chǎn)量，同時影響提升材料成本。濟寧二號煤礦主井平衡鋼絲繩的服務(wù)年限大大高于本部礦井的平均服務(wù)年限，下面以該礦為例，對立井平衡鋼絲繩使用壽命影響因素及提高壽命的方法做一些分析。

1 影響平衡鋼絲繩使用壽命因素分析

1.1 平衡鋼絲繩運行磨損

濟寧二號煤礦主井全速運行速度為12.5m/s，速度相對較大，加之主井井筒罐道等設(shè)計上的各種因素，使平衡鋼絲繩運行不平穩(wěn)，擺動幅度較大，尤其是箕斗進入井筒時持續(xù)加速，對鋼絲繩造成很大沖擊。礦井運行初期經(jīng)常造成三根平衡繩同時發(fā)生扭轉(zhuǎn)、彼此間產(chǎn)生摩擦，同時兩側(cè)平衡鋼絲繩與下井口鋼梁產(chǎn)生摩擦。這些狀況易造成平衡鋼絲繩嚴重磨損，出現(xiàn)破股現(xiàn)象。

1.2 維護保養(yǎng)不合理

平衡鋼絲繩磨損銹蝕后容易發(fā)生破股及緯線斷股現(xiàn)象，如果不對破股部分尤其是緯線斷股處進行綁扎處理，破股將持續(xù)發(fā)展。另外，對于掛繩使用一年之后的平衡鋼絲繩，檢查周期應(yīng)相應(yīng)縮短，失檢、漏檢都將嚴重影響鋼絲繩使用壽命。

1.3 平衡鋼絲繩選用不當

由于主井平衡鋼絲繩為用緯線編織的扁平衡鋼絲繩，往往緯線斷股后會慢慢發(fā)展，使破股現(xiàn)象加劇，從而影響平衡鋼絲繩的使用壽命，因此緯線質(zhì)量也對平衡鋼絲繩整體質(zhì)量有很大影響，而緯線鋼絲直徑并不在平衡鋼絲繩型號中體現(xiàn)，如何選用高質(zhì)量緯線編制的平衡鋼絲繩，將直接影響其壽命。

1.4 平衡鋼絲繩運行環(huán)境不理想

金屬的腐蝕一般為電化腐蝕，分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕。在酸性較強的溶液中發(fā)生電化腐蝕時放出氫氣，這種腐蝕叫做析氫腐蝕。在酸性很弱或中性溶液里，空氣里的氧氣溶解于金屬表面的水膜中而發(fā)生的電化腐蝕叫吸氧腐蝕。

析氫腐蝕往往是對金屬材料結(jié)構(gòu)的破壞，在酸性環(huán)境會慢慢加深擴散。吸氧腐蝕通常形成鐵銹，高氧處的銹跡最為明顯，這種腐蝕不會對金屬結(jié)構(gòu)造成破壞，但鋼絲繩長期處于該環(huán)境也會縮短壽命，需要采取手段隔絕氧氣。因此，如果井筒中淋水較大，尤其是酸性水質(zhì)，將大大加劇平衡鋼絲繩的使用壽命。

2 延長平衡鋼絲繩使用壽命的可行辦法

2.1 對平衡鋼絲繩進行防摩改造

為解決主井平衡鋼絲繩易發(fā)生扭轉(zhuǎn)、摩擦而磨損嚴重的問題，濟寧二號煤礦對主井平衡鋼絲繩進行了防摩、防跑偏改造。改造方案的主要理念是利用外力改變平衡鋼絲繩扭轉(zhuǎn)的方向，使平衡鋼絲繩之間、平衡鋼絲繩與鋼梁之間隔離，從而盡可能的避免摩擦與扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。通過現(xiàn)場測繪與計算，在保證提升系統(tǒng)安全可靠運行的情況下，把仰井內(nèi)的防撞梁外移200mm以預(yù)留安裝防磨裝置的空間。

改造之后，工區(qū)維護人員定期對防摩裝置進行檢查，若如果防摩輪磨損超過1/2，則對其更換。通過改造，平衡鋼絲繩與防摩裝置具有良好的匹配性，極大限度的解決了平衡鋼絲繩運行時的摩擦現(xiàn)象，且防摩輪之間具有相互平衡的保護功能，平衡鋼絲繩運行起來平滑穩(wěn)定、沖擊很小，提高了系統(tǒng)的安全可靠性，延長了平衡鋼絲繩的服務(wù)年限。

2.2 合理維護平衡鋼絲繩

為了保證主井平衡鋼絲繩的安全使用，增加平衡鋼絲繩的服務(wù)壽命，確保主井提升系統(tǒng)安全運轉(zhuǎn)，工區(qū)技術(shù)人員編制了主井平衡鋼絲繩維護措施。

一是井筒維修工利用礦井大檢修時間（每兩天一次）對主井平衡鋼絲繩檢查一次，檢查內(nèi)容包括平衡鋼絲繩的銹蝕程度、斷絲、破股及變形情況等。對南北箕斗以下30米處的上下20米范圍處等對鋼絲繩易受漏煤撞擊處停車詳細檢查，做好專項記錄。二是對平衡鋼絲繩破股及緯線斷股之處進行及時綁扎，防止平衡鋼絲繩破股進一步發(fā)展或新發(fā)生破股。三是定期檢測井筒淋水PH值，避免危害較大的析氫腐蝕。定期對易發(fā)生銹蝕的部位涂抹鋰基潤滑脂進行防腐處理，隔絕井筒淋水，減少吸氧腐蝕。四是加強對主井箕斗扇形閘門、定量倉裝載翻板及卸載站的維護，減少箕斗裝、卸載時的漏煤量。在日常檢修時使用的工器具用麻繩留好，避免井筒墜物損傷平衡鋼絲繩。五是加強井筒罐道及箕斗的維護，合理調(diào)整箕斗與罐道的間隙，避免運行中出現(xiàn)卡罐現(xiàn)象，減少平衡鋼絲繩震顫。

通過以上措施的執(zhí)行，使平衡鋼絲繩不帶病運轉(zhuǎn)，延長其使用壽命。

2.3 優(yōu)化提升機加速曲線

濟寧二號煤礦主井提升機設(shè)定全速提升12.5m/s，提升速度曲線的控制對提升繩及平衡鋼絲繩的平穩(wěn)運行有一定影響。提升機的加速到最大速度的曲線走向為“緩加速-爬行-加速-最大提升速度”。為了防止急加速時箕斗對罐道的沖擊、減少平衡鋼絲繩運行中的不穩(wěn)定性，技術(shù)人員與廠家工程師討論后對提升曲線進行了優(yōu)化。優(yōu)化后的曲線走向為“緩加速-爬行-一次加速-勻速緩沖-二次加速-最大提升速度”。

以提升機下放為例，在提升機速度增加到3.5m/s左右后增加時間約為2s的勻速緩沖段，使箕斗平穩(wěn)進入罐道。通過這樣的調(diào)整，可以減小箕斗進入井筒時的速度，使箕斗運行更加平穩(wěn)。同時可增加平衡鋼絲繩的穩(wěn)定，減少平衡鋼絲繩磨損。

2.4 選用可靠性強的平衡鋼絲繩

濟寧二號煤礦使用的主井平衡鋼絲繩選用過淄博舒博特公司、寧夏恒力公司、遼寧鞍鋼公司三家企業(yè)生產(chǎn)的平衡鋼絲繩。根據(jù)以往更換平衡鋼絲繩記錄，淄博舒博特公司生產(chǎn)的平衡鋼絲繩在主井的使用壽命一般為2年至2年6個月左右，而遼寧鞍鋼公司與寧夏恒力公司的平衡鋼絲繩的可靠性更強，使用壽命可以達到甚至超過四年。

考慮到緯線質(zhì)量對平衡鋼絲繩整體質(zhì)量的影響。技術(shù)人員對三家企業(yè)生產(chǎn)的平衡鋼絲繩中緯線進行了取樣測量。通過測量發(fā)現(xiàn)，淄博舒博特公司生產(chǎn)的平衡鋼絲繩緯線鋼絲直徑為1.08mm，遼寧鞍鋼公司生產(chǎn)的平衡鋼絲繩緯線鋼絲直徑為1.36mm，而寧夏恒力公司生產(chǎn)的平衡鋼絲繩緯線鋼絲直徑達到了1.46mm，三家企業(yè)的平衡鋼絲繩緯線均選用四股鋼絲繩作為緯線，每股緯線均為7根鋼絲。在控制成本的前提下，設(shè)備采購人員首先對鋼絲繩的質(zhì)量把關(guān)，盡可能的選擇高質(zhì)量的平衡鋼絲繩。

3 結(jié)束語

平衡鋼絲繩是提升系統(tǒng)重要組成部分，采取科學(xué)方法提高平衡鋼絲繩使用壽命，可以保障立井提升系統(tǒng)安全運行，同時減少更換平衡鋼絲繩的施工成本，提高經(jīng)濟效益。

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