煤礦井下提升鋼絲繩的機械損傷與防護

趙帥

【摘 要】本文分析了礦井鋼絲繩的性能、類型、損傷的類型以及防護的相關措施，希望能夠對讀者提供一些借鑒和參考。

【關鍵詞】井下；鋼絲繩；性能；類型；損傷；防護

一、前言

煤礦多為井下作業，鋼絲繩是常見的作業設備，對于作業的安全性起到非常重要的作用。

二、礦井鋼絲繩的性能

通常，首先將多根鋼絲股線形成為股線，然后由芯股線周圍的股線（多于6股）形成股線。芯材為劍麻或合成纖維，密封藥芯鋼絲繩為芯線。指向左側和右側。股線向與股線中的鋼股線相同的方向扭曲。他們被稱為（同一方向）股，反之亦然。平滑的雙絞鋼絲繩比反向雙絞鋼絲繩柔軟，表面光滑，與鋼絲繩槽的接觸面積大。然而，它具有更大的韌性，不允許沒有坦克的情況下工作。有兩種光澤和鍍鋅鋼絲。鍍鋅鋼可以防止腐蝕，但價格更高。早在19世紀初，歐洲的鋼絲繩的使用和制造就發展得更快。除了大麻繩索和鐵鏈之外，鐵絲繩用于礦山。1834年，德國首先在礦井中試用鋼絲繩。起重鋼絲繩的直徑一般為12.7-65mm。最厚的鋼絲繩是直徑90毫米的鋼絲繩，用于德國的單繩摩擦提升裝置。隨著礦井深度的不斷增加，鋼絲繩正朝著緊湊和高強度的方向發展。同時，它也在尋求用輕質高強度塑料繩來取代鋼絲繩。例如，美國礦業局在20世紀80年代末測試了凱夫拉爾繩索。它用于深井升級。與同等直徑的鋼絲繩相比，凱夫拉爾鋼絲繩的強度約為后者的80%，但其重量僅為后者的20%，可增加一次升力量。

三、鋼絲繩的類型

（一）圓股鋼絲繩

最通用的鋼絲繩，繩股內各層之間有點、線、面三種接觸形式。點接觸鋼絲繩的股內鋼絲直徑相同，各層鋼絲捻角相等，捻距不等。這種鋼絲繩的絲間接觸應力大。使用壽命較短。線接觸鋼絲繩的役內各層鋼絲相互平行，捻距相等。線接觸鋼絲繩比點接觸鋼絲繩的結構緊密，接觸面積稍大，使用壽命較長。面接觸鋼絲繩與前者相比，優點是表自光滑，抗蝕性與耐磨性均好，承載能力大；缺點是澆性較差。圓股鋼絲繩還有兩層股或多層股的，各層股捻向相反。當繩端承受載荷時，自轉性很小，通常稱為不旋轉鋼絲繩。

（二）異型股鋼絲繩

一般多用三角股鋼絲繩，其繩股的斷面近似三角形。它具有支撐表面積大，金屬斷面系數大，外層鋼絲較粗，抗磨損性能較好，使用壽命較長等優點。

（三）密封型鋼絲繩

繩芯為幾層捻制的普通鋼絲，外層由多層異型鋼絲捻成。它與圓股、異型股型絲繩相比，優點是繩的金屬斷面系數和支撐面積大，耐擠壓性能強，耐磨蝕性好。拉伸變形小；缺點是撓性差。

四、機械損傷的分析

（一）磨損

根據磨損機理可分為以下幾種：鋼絲繩在使用過程中其外表面與鋼絲繩，地板，擋土裝置等物體表面接觸而引起的物體外部磨損，鋼絲繩截面減小，鋼絲繩的外表面會變平，鋼絲繩的斷裂載荷會減小。在實際現象中，有一周磨損，全周磨損，一周磨損比整周磨損更差，在全長范圍內盡可能均勻磨損，即整周穿。

由于振動，碰撞引起的鋼絲繩表面變形并磨損。這是一種局部磨損現象。例如，滾筒表面的鋼絲繩被其他物體擊中，鋼絲繩扭曲打結，或者由于咬住繩索，會使鋼絲繩產生變形磨損。這種類型的變形磨損通過局部擠壓而變形。鋼絲橫截面在擠壓的兩側形成翅片形狀。從外面看，導線的寬度會擴大。盡管鋼絲繩的橫截面積并未減小很多，但局部擠壓的鋼絲卻沒有。表面材料硬化，很容易斷開電線。長期以來，突出部件的變形經常會磨損，外部的電線也容易斷裂電線。

另外，內部磨損因素不容忽視。鋼絲繩穿過滾筒或滑輪的所有人員都裝在鋼絲繩的一側。每根小鋼絲的曲率半徑不能完全相同。同時，由于鋼絲繩彎曲，鋼絲繩內部的每根細鋼絲會產生相互作用力并產生滑動。此時，股線與股線之間的接觸應力增加，并且相鄰股線之間的局部鋼絲將具有局部壓痕。當環路被反復拉伸和彎曲時，應力集中在深袋中并被破壞。

（二）疲勞

在使用過程中，鋼絲繩主要承受彎曲，拉扯，扭曲，振動疲勞和過載引起的彈性變形。鋼絲繩反復纏繞在滑輪或卷軸上，多次彎曲，容易使鋼絲疲勞，韌性下降，最終導致斷絲。疲勞斷絲出現在股線彎曲嚴重一側的外部鋼絲上。正常情況下，斷絲停電意味著鋼絲繩已經接近其使用的終點。試驗表明，鋼絲繩的彎曲疲勞壽命與D/d比（卷筒直徑D與鋼絲繩直徑d之比），安全系數以及鋼的結構密切相關鋼絲繩。在繩索的起動和制動開始時，變化的拉伸應力和頻繁的變形和振動也是疲勞的原因。

過載：除了靜載荷如負載和自重之外，鋼絲繩在工作時也受到加速度和沖擊的動態負載。當鋼絲繩隨著載荷增加而具有輕微的伸長量時，當載荷超過鋼絲繩時鋼絲繩可能會斷裂。即使超載鋼絲繩不會造成斷裂事故，安全系數也會大大降低，使用壽命也會大大縮短。

（三）外傷

小鋼絲繩傷害只不過是滑輪上的一個滑槽。滾筒上的擋板由礦車鋪開。結果，鋼絲繩由于局部軋制而經常報廢。而且，鋼絲繩扭結也是一個重要的破壞因素。鋼絲繩是自轉的，特別是新的鋼絲繩。當它們安裝好后，就會施加張力而不會打破繩索，經常會引起扭結。扭結的方向與鋼絲繩的方向相同，稱為正扭結，反之亦然。鋼絲繩彎曲后，承受多次載荷，并且芯部也有部分暴露。一般來說，沒有斷絲現象。然而，測試表明鋼絲繩的強度將在扭結損壞后顯著降低。正扭結強度僅為原強度的60%～80%，負扭結強度不足原強度的50%。在嚴重的情況下，強度降低到原來的10%至20%。

五、降低鋼絲繩損傷的有效措施

（一）磨損損傷

（1）為避免單周期磨損，我們定期將絞車鋼絲繩如大卷揚機等四分之一扭轉，以使其均勻磨損；

（2）傾斜軸拖輪由鑄鐵改為聚氨酯拖輪，以減少鋼絲繩的剛性磨損；

（3）盡量避免鋼絲繩纏繞在滾筒上，遭受其他沖擊；

（4）根據具體情況，正確選擇鋼絲繩結構模型。為了防止內部磨損，我們大多數礦山的鋼絲繩被鋼絲繩接觸鋼絲繩取代，點接觸的類型被放棄。對于特殊的地方，我們正在考慮使用表面接觸鋼絲繩。

（二）疲勞

（1）在條件允許的情況下，盡可能增大鼓輪和皮帶輪的直徑。在提升傾斜通道的情況下，卷筒直徑不能增大時，阻繩裝置和拉繩裝置的滾輪直徑增大，合理選擇鋼絲繩的直徑和卷筒的直徑；

（2）布置滑輪時，應盡可能避免鋼絲繩反向彎曲。經驗表明，反向彎曲損傷約為同方向彎曲的2倍左右，特別是不能用傾斜主干提升鋼絲繩通過滑輪調整汽車；

（3）盡可能選用結構良好的鋼絲繩，如WS，TX等鋼絲繩

（三）外傷

（1）嚴格操作規程，強化操作人員崗位責任，堅持事故追究制度；

（2）完善設施的防護能力，如加高護繩板，設置排繩器；

（3）新掛設的鋼絲繩在其自由端設置旋轉裝置，以達到“破勁”的效果；

（4）特殊的場合，研究采用不旋轉鋼絲繩。

六、鋼絲繩的檢查與維護

1.吊繩必須每天檢查一次，速度為0.3米/秒。平衡繩應至少每周檢查一次。對于易損壞，破損或生銹的繩索，應停止詳細檢查。應檢查斷絲的突出部分。截斷。檢驗結果應記錄在鋼絲繩檢驗記錄簿中；

2.每個季度應檢查帶有桃環附件的電梯繩索，以便打開繩索卡；

3.吊裝鋼絲繩如果受到罐頭或突然停止等劇烈拉伸，必須立即停止并檢查。當鋼絲繩纏繞成多層時，必須從下層到上層的臨界區域進行強化檢查，繩索每季度轉1/4圈；

4.提升鋼絲繩檢查方法一般采用眼睛觀察和手卷盤檢查。但是，它不能檢查繩索內部的斷絲。因此，應使用鋼絲繩檢測器等進行檢查。

七、結束語

綜上所述，我們要提高對礦井鋼絲繩的機械損傷的預防和維護，保證鋼絲繩的運行安全。

【參考文獻】

[1]孫克明.提高斜井提升鋼絲繩壽命問題的探討[J].中國新技術新產品，2017（16）：30

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