斜井钢丝绳的使用寿命分析

斜井钢丝绳的使用寿命分析
福建省永安煤业公司　陈河山
摘　要　主要介绍南方矿井斜井提升钢丝绳的使用现状、受力分析和影响钢丝绳失效的主要原因及失效的发生机理,从而得出磨损是影响纲丝绳使用寿命的重要因素。

认为,提高纲丝绳使用寿命的主要途径是改善纲丝绳使用条件。

最后,进一步介绍南方矿井斜井提升系统的附属设施天轮及地滚的改进办法和对钢丝绳自动加油的简单易行方法。

关键词　南方矿井　钢丝绳　使用寿命
1　斜井提升钢丝绳的使用现状
111　钢丝绳在斜井提升系统中的作用
斜井提升纲丝绳是煤矿斜井提升系统中的重要组成部分,是煤矿升降人员和物料传送的关键设施。

其费用约占提升费用的40%
采样人姓名,供样人单位及通信地址。

目前,所送样品大都欠规范。

在所送的300多个煤样中,2002年,只有白银市、武威地区和平凉地区所送的约113个煤样标有煤层名称,部分煤样还标明了采样工作面、煤样粒度及煤中是否含矸石,而其余煤样只写了煤矿名称和通讯地址。

我们知道,煤的粒度越大,成块状,且所采煤样湿度大,则开采过程中产生的粉尘就会少,煤爆的可能性随之减少,反之就会增加。

甘肃省上石炭统和中侏罗统为主要含煤地层,且层数很多,不同煤层的煤种及煤层结构、稳定性及厚度都不一样。

在中小煤矿可用的地质资料中,一般均无所采煤层的煤尘爆炸性鉴定资料,同时,现行的《煤矿安全规程》要求生产矿井每延伸一新水平,应进行一次煤尘爆炸性试验工作。

我们所收到的煤样,很多没有标明煤层名称,所以,所做的鉴定结果对于小煤矿而言只是一个笼统的意见,不能认定为具体某一煤层煤样的煤尘爆炸性鉴定。

这于鉴定要求不符,将会给矿井制定综合防尘措施、预防和隔绝煤尘爆炸措施及管理制度带来麻烦。

6　煤尘爆炸性测定中存在的问题
煤尘爆炸性鉴定试验就是观察煤尘云遇到加热器时是否产生火焰及火焰的长度。

对于有煤尘爆炸性的煤样,观察火焰长度是关键。

同一煤样做不同次数的试验,产生的火焰长度都会不同。

由于是目视,而且出现火焰的时间短暂,所以火焰长度的判断可能会出现一定误差。

对于火焰很短或仅出现火星的煤样鉴定则更困难。

因为,凡是在加热器周围出现单边长度达3mm以上的小火舌(一小片火焰)、火苗,均属于火焰;而仅出现火星的,则不属于火焰。

所以,工作人员的经验很关键,他将直接导致鉴定结果的正确与否。

作者简介　李苹,34岁,工程师。

1991年毕业于武汉中国地质大学,从事煤质分析工作多年。

(收稿日期:2003-10-22)
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左右,钢丝绳的使用寿命直接关系到提升系统运行的经济效益。

因此,如何延长其使用寿命就显得尤为重要。

112　斜井提升钢丝绳的使用现状
提升钢丝绳的种类繁多。

按股内各层钢丝间接触方式,可分为点、线、面接触型。

矿井斜井提升系统中大部分采用点接触型,且均选用6×19点钢丝绳。

如图1所示,此类钢丝绳特点是:股内钢丝直径相等,各层间钢丝与钢丝相互交叉,呈点状接触。

此类钢丝绳易于制造,价格低,但寿命较短。

据不完全统计,南方煤矿多用这类钢丝绳。

每根钢丝绳长约650m ,其寿命一般为3～6个月,平均4个月左右,每年约需用2～3根。

图1
2　斜井提升钢丝绳的受力分析211　斜井提升系统设施的组成
斜井提升系统设施中,除钢丝绳外,还包括提升机、提升容器(矿车或箕斗)、天轮和天轮架、拖动与控制装置,以及轨道与道床、地滚和立辊等附属设施。

与钢丝绳直接接触的有地滚、道床和提升机卷筒等。

这些直接影响钢丝绳使用寿命,关系到整个系统的经济运行,也关系到企业的经济效益。

212　斜井提升钢丝绳的受力分析
(1)斜井提升钢丝绳的最大受力。

斜井提升钢丝绳在提放荷载过程中,其受力情况多种多样、不断变化。

根据《煤矿安全规程》,提升钢丝绳的强度应按最大静载荷并考虑一定安全系数的方法计算,并选用合理的钢丝绳,这样可以提高其使用寿命。

提升钢丝绳在斜井提升中的受力示意图如图所示。

上提时:Q j m ax =Q (sin Α+fco s Α)+p (L 1+L 2)(Sin Α+f ′co s Α
)(1)
下放时:Q j m ax =Q (sin Α-fco s Α
)+P (L 1+L 2)(sin Α-f ′co s Α
)(2)式中　f ——提升容器与轨道间的摩擦系数,
通常取f =0101～01015;f ′
——提升钢丝绳与地滚、立辊及道床 间的摩擦系数,通常取f ′=011 ～012;
Q ——提升荷载总重,Q =Q 0+Q 2(Q 0: 提升容重自重,Q 2:容器载重);Α
——提升井简倾角;P ——钢丝绳每米质量;
L 1、L 2——提升斜长和天轮至变坡点间距。

由上式可知,当f 与f ′增大时,提升钢丝绳的运行阻力随之增大。

经多次反复作用,使钢丝绳的磨损量增大,从而增快钢丝绳强度下降的速度,缩短其使用寿命。

(2)提升钢丝绳失效的主要参数。

钢丝绳寿命,主要取决于钢丝绳使用过程中强度
下降的快慢,当强度降到极限时即失效。

其表现形式在于断丝和有效承载面积变化。

其主要原因是钢丝绳的机械磨损,导致钢丝绳有效载面积降低和2次弯曲的疲劳破坏。

使用中,钢丝绳的失效主要由磨损引起,2次弯曲疲劳破坏则是次要的。

因此,为控制其强度下降速度,应尽量减小其磨损速度。

(3)提升钢丝绳的失效过程。

从点接触型提升钢丝绳的使用情况看,大部分钢丝绳自新悬挂起约半个月后就出现光滑的磨损表面,其被磨损量达绳径的2%左右;若用1～2个月则表面有麻点、划线及粘着物,特别在钩头附近出现断丝现象,且磨损量大幅增大,达绳径4%～5%左右;若用3～4个月,则出现严重断丝,可达总丝数的9%～10%左右,属失效程度,应更换新绳。

在严重腐蚀环境中,特别是在强酸性井峒里,腐蚀伴随磨损的反复作用更加剧钢丝绳失效。

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3　钢丝绳失效主要原因浅析
311　磨料磨损
钢丝绳运行中,因点接触型钢丝绳表面出现划线,特别是在新绳使用半个月左右时就很明显。

这属于磨料磨损。

所谓磨料,主要是道床上矸石中的较硬物以及地滚、立辊、天轮等。

主要机理是切削磨损。

这对钢丝绳的破坏较严重,是影响钢丝绳寿命的重要因素。

312　粘着磨损
钢丝绳与提升系统的附属设施接触时,若产生相对运动,并在一定压力作用下,会使绳表面出现微凸麻点,形成粘着磨损。

使用初期,该磨损会在钢丝绳表面形成较高硬度,但运行一段时间后剥落,出现麻坑,从而出现断丝破坏。

这将给钢丝绳的安全运行带来隐患。

313　腐蚀磨损
斜井井峒中有淋水现象,特别是在酸性井峒中,它与摩擦表面发生电一化学反应(即电腐蚀),使绳表面发生腐蚀;腐蚀部分一经被磨损,又产生新的腐蚀,反复作用,大大加速钢丝绳的损坏速度。

4　延长钢丝绳寿命的有效途径
411　合理选择钢丝绳的种类和规格
根据上述分析,条件许可时,应选用线接触型钢丝绳。

因为线接触型钢丝绳的股内各层钢丝是等捻距,钢丝间呈线状接触,从而消除点接触的2次弯曲应力。

其寿命比普通点接触型长1～2倍。

在严重磨损条件下,选用面接触型钢丝绳可延长寿命2～3倍。

选型时,所有钢丝绳丝径均应大于1133mm,以增加其耐磨性。

412　改善提升系统的附属设施
(1)将地滚表面包裹上一层旧的运输胶带,增大地滚与钢丝绳的摩擦力,减少因地滚不转而与钢丝绳产生滑动。

这样,可相对减少粘着及磨料磨损。

(2)增大天轮中钢丝绳的围包角,防止钢丝绳与天轮产生相对运动,亦有利于减少粘着及磨料磨损。

413　严格管理
(1)地滚、立辊不转时应及时维修更换;
(2)定期清理道床上的杂物、浮矸、浮煤和疏通水沟,避免发生腐蚀磨损;
(3)定期对使用中的钢丝绳人工刷油和向地滚油槽注油;
(4)按《煤矿安全规程》做好钢丝绳的检查。

414　钢丝绳地滚的加油改造
见图2。

图2
(1)做法。

把原地滚装在一油槽里,然后固定在原地滚位置上,再往油槽里注入废机油。

(2)原理。

利用钢丝绳的运动带动地滚转动,使地滚表面形成一层油膜,移动的钢丝绳就沾上了油膜,即给钢丝绳上油。

若定期给油槽加油,可阻止钢丝绳的腐蚀破坏,并可减少钢丝绳与地滚、道床的摩擦力,并产生滑动。

经实际运用,可增加钢丝绳的使用寿命2～4倍。

作者简介　陈河山,1965年1月生,1987年毕业于福州大学机电专业,学士学位。

机电工程师。

多年从事生产机电管理工作。

(收稿日期:2003-08-05)
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