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主井平衡钢丝绳使用寿命研究及延长方案

发布时间:2019-12-28 13:34 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

徐州铁矿集团吴庄铁矿主井为竖井提升,提升机平衡钢丝绳为多股不旋转镀锌钢丝绳,共两根。平衡钢丝绳规格为347+FC-38,左、右旋各一根,使用长度640m。 根据主井平衡绳的更换记录


       徐州铁矿集团吴庄铁矿主井为竖井提升,提升机平衡钢丝绳为多股不旋转镀锌钢丝绳,共两根。平衡钢丝绳规格为347+FC-38,左、右旋各一根,使用长度640m。根据主井平衡绳的更换记录,吴庄铁矿分别于2009年12月、2011年9月、2014年7月、2015年6月进行了平衡钢丝绳的更换工作。平均一根平衡绳的使用年限约在l年半至2年之间,根据更换原因来分析,该矿在提升卸矿的过程中,由于矿石含有充填的尾砂、交固粉等充填原料,使矿石的粘性大大增加,从而导致箕斗在卸矿石至关门之间,粘结在箕斗底部的矿石,向箕斗外滑落,且未进入一楼矿仓,而是直接掉进井筒,对井筒底部设施及平衡绳造成严重损伤。按照《金属非金属矿山安全规程》的有关规程规定,平衡钢丝绳的使用没有年限上的规定,而只有平衡钢丝绳一个捻距内断丝的面积与钢丝绳的总面积之比≥10%时,需更换。由于更换平衡钢丝绳工艺复杂、工作量大,施工时必须停产作业,因此平衡钢丝绳服务周期的长短将直接影响矿石的产量,同时影响提升材料成本。吴庄铁矿主井平衡钢丝绳的服务年限低于平均服务年限,下面以该矿为例,对竖井平衡钢丝绳使用年限影响原因及提高年限的方法做一些分析。

1平衡钢丝绳异常而出现的部分常见安全隐患
(1)平衡绳弯曲、打结。在安装或吊挂平衡绳的时候,施工人员对平衡绳的放绳及吊挂安装等工序不够了解,或者违反相关操作工艺的要求,亦或者操作不当,都会造成平衡钢丝绳的弯曲、打结,在部分情况下,会出现不能拇平并复原的情况。而且,平衡绳在受到外力的挤压时,极有可能产生扭弯、硬折等情况发生。由于平衡绳的扭弯、硬折会引起平衡绳的运行轨迹发生改变,而造成平衡绳与井筒中设备设施之间产生摩擦、磨损、拉挂等现象,这样就带来了很大的安全隐患。根据相关规程的要求,平衡钢丝绳不得狐曲和扭转,目的就在于保证平衡绳在挂设安装之后,能保证平稳的运行。
(2)平衡绳磨损、断丝、断股。造成这样一种安全隐患的主要原因就是平衡钢丝绳运行中出现了严重的偏摆现象。提升系统运行时,平衡绳在自身应力的作用下,会自然的摆动。受竖井井筒中地下渗水、对流风压及提升冲击、振动等原因的影响,平衡绳与竖井井筒中的设备设施之间的相对安全距离可能变小,导致了平衡绳在提升过程中,容易接触其他静止设备设施而产生摩擦、磨损、缠绕、打绕等现象。如果在平时提升系统的运行中长期存在这种情况,就必然导致平衡绳的断丝及磨损情况严重超过规程标准,甚至出现破股的现象。

2影响平衡钢丝绳使用年限的原因分析
(1)井筒内掉落杂物的冲击。吴庄铁矿主井井底为海拔-566m,所处地面约为海拔39m,井塔高度约40m,相对落差高达645m,在提升装载及卸矿过程中,因为各种原因而粘结在箕斗底部的矿石,向箕斗外意外滑落而进入井筒,各种矿石、杂物对井筒底部设施及平衡绳造成冲击损伤,进而出现平衡钢丝绳破断。当破损情况超出规程规定范围时,就必须进行钢丝绳的更换。

(2)平衡钢丝绳在运行中的磨损。吴庄铁矿主井的额定运行速度为7.8m/s,运行速度较大,加上主井的井筒和罐道在设计中的种种原因,造成了平衡钢丝绳的运行不稳,会出现摆动并且幅度比较大,特别是箕斗刚进入井筒的时候,箕斗处于持续的加速状态,对平衡绳造成很大的冲击。两根平衡绳之间相互摩擦,同时平衡绳与井底井档梁也会产生摩擦。这些情况很容易造成平衡绳的磨损,进而出现断丝甚至破股现象。
(3)平衡钢丝绳的悬挂装置出现故障。吴庄铁矿的主井尾绳两端的悬挂装置均为自旋转体悬挂,而悬挂装置的旋转体在使用的过程中,因为环境较为潮湿等原因,会出现旋转体卡死或轴承损坏等情况,造成平衡钢丝绳无法自由旋转进而出现扭转疲劳而损坏。
(4)维护及保养的不合理。平衡钢丝绳在磨损、锈蚀后就容易发生断丝甚至断股的现象,如果不对断丝的部分进行适当处理,断丝将继续发展。另外,对安装使用一年后的平衡绳,检查的周期应当缩短,失检、漏检都会严重影响平衡钢丝绳的使用年限。
(5)平衡钢丝绳的使用环境比较复杂。吴庄铁矿主井井筒是一个很复杂的工作环境,平衡钢丝绳在井筒中容易出现金属腐蚀的现象。井筒中平衡绳的腐蚀一般都为电化学腐蚀。根据吴庄铁矿水文地质的化验结果,吴庄铁矿所在的地理位置,地下水为酸性水质,这大大加剧了平衡钢丝绳的腐蚀程度。

3主井平衡钢丝绳的受力分析
由于平衡绳的作用是平衡空载、重载之间的平衡锤端和箕斗端的质量差,使提升首绳与主导轮之间的摩擦力在一个最小范围内变化,确保空载和重载时运转正常,平衡绳悬挂点的最大受力就是悬挂点至井筒内最长的一段垂直绳长的自重:
5.82kg/m(540+39+21)m=3492kg即所受重力约:34.2216kN自重与实测破断力之比为:34.2216/839=1/24.644平衡钢丝绳的保护措施
(1)对平衡钢丝绳断丝部位进行灌铅保护。在不影响主井安全提升的条件下,将平衡钢丝绳截去1~1.5m后,重新将平衡钢丝绳连接到悬挂装置上,使断丝部位上移,并对断丝部位进行清洗灌铅,这样对断丝的部位又进行了进一步保护,即使再出现矿石下落的情况,也不会造成原断丝部位的断丝增加,延长了平衡钢丝绳的使用年限。
灌铅的过程是采用融化的热金属铅、锌、锡,利用金属的活性置换原理,在钢丝绳的表面镀一层金属铅作为保护层。而根据发现,在灌铅过程中所使用的铅、锌、锡的金属熔点分别在328℃、419℃、232℃。这样以来,三种金属的熔点远低于钢的熔点(1400-1500℃),且远低于钢的热处理(回火)温度。因此,灌铅处理不会对钢丝绳的力学性能造成不良影响。
(2)对平衡钢丝绳进行防磨损的改造。为解决平衡钢丝绳的扭转、摩擦造成磨损严重的情况,吴庄铁矿对平衡钢丝绳进行了防磨损的改造。通过现场测绘,在保证提升安全可靠的情况下,把井档梁向外移动100mm,以避开平衡绳的运动路线。通过防磨损改造的施工,进一步保证了平衡绳的运行更加平顺、稳定,进而提高了提升系统运行的安全性,延长了尾绳的使用期限。
(3)合理维保平衡钢丝绳。为了保证平衡钢丝绳的使用安全,增加平衡绳的使用年限,确保竖井提升系统的安全运转,相关技术人员重新制定了平衡绳的维保办法。一是检修工充分利用矿山检修时间(每周一次)对主井平衡钢丝绳进行检查,检查内容包括平衡钢丝绳的锈蚀、断丝、变形情况等。对平衡锤以下15-20m范围内等钢丝绳容易受漏矿撞击处仔细检查,并做好记录。二是对主井箕斗扇形闸门、计量斗装载板加强维护,减少漏矿量。三是加强罐道和箕斗的检查,减少主井平衡钢丝绳的震动。
(4)优化主井卷扬机的速度曲线。吴庄铁矿主井卷扬机设定的最大提升速度为7.8m/s,提升速度曲线对平衡钢丝绳有很大的影响。卷扬机的速度曲线为“慢加速-加速-最大速度”。为了减少急加速对提升设备的冲击、提高提升系统的稳定性,技术人员与厂家讨论后进行了优化。优化之后的曲线为“慢加速-爬行-一次加速-稳定匀速-再加速-最高速度”。
通过这样的调整,减小了箕斗进井筒时的速度,箕斗在运行中更加的稳定。同时也增加了平衡绳的稳定性,减少主井平衡绳的损坏。

5结语
平衡钢丝绳是竖井提升系统的重要组成部分,采取科学合理的方法提高平衡钢丝绳的使用年限,既可以保障竖井提升系统的运行安全,同时还减少了更换平衡钢丝绳的成本消耗,提高了经济效益。


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