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压实股钢丝绳在煤矿深立井提升中的应用可行性

发布时间:2019-12-29 16:50 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

钢丝绳是矿井提升系统的重要组成部分,在提升过程中,钢丝绳除了受到静张力外,其内部还受弯曲、扭转、接触、挤压等应力的影响。尤其在深立井摩擦式提升中,扭转疲劳对钢丝绳


     钢丝绳是矿井提升系统的重要组成部分,在提升过程中,钢丝绳除了受到静张力外,其内部还受弯曲、扭转、接触、挤压等应力的影响。尤其在深立井摩擦式提升中,扭转疲劳对钢丝绳的影响及钢丝绳弹性伸长对运行的影响尤为突出,这不仅关系到钢丝绳的使用寿命和提升效率,更关系到矿井的安全生产,因此,如何正确合理选择深立井提升钢丝绳,对矿井提升安全至关重要。
1三角股钢丝绳在深立井提升系统使用情况
以徐州矿务集团庞庄煤矿张小楼井主井提升系统为例,张小楼井主井曾是国内为数不多的深井工开采矿井,提升系统为井塔式多绳摩擦式提升系统,井筒直径6.5m,井深1026m,提升高度接近1050m,提升速度10.5m/s,配套密封钢丝绳罐道,井筒内布置一对JDS-16/200×4型箕斗,采用6Vx
37S+FC-1670三角股提升钢丝绳,尾绳采用P8x4x
19-166×26型扁尾绳。在使用过程中发现其提升钢丝绳在接近箕斗100m的范围内多次发生断丝现象,因断丝数量超过《煤矿安全规程》的规定而不得不经常更换提升钢丝绳,钢丝绳使用寿命一般仅为4~6个月,频繁的换绳不仅增加了成本费用,更是严重影响了矿井正常生产。
近些年,国内专家学者曾多次讨论深立井多绳摩擦式提升钢丝绳的受力、使用寿命和选型等相关问题。通过对深立井提升钢丝绳受力情况深入分析可知,深立井提升钢丝绳承受拉伸、弯曲、扭转综合应力,对于提升钢丝绳的拉伸应力,可以用增大安全系数的方法来解决;对于提升钢丝绳的弯曲应力,则采用规定摩擦轮直径与钢丝绳直径之比值和摩擦轮直径与钢丝绳中最粗钢丝直径之比值的方法来解决。这些规定在《煤矿安全规程》中均有明确说明。而对于减少或消除钢丝绳扭转应力,除从钢丝绳捻向方面考虑外,现行的《煤矿安全规程》并未作规定。对于深立井提升钢丝绳,由于单根钢丝绳长度大,从装载到卸载的一个提升循环过程中,随着提升容器与井上口导向轮或天轮距离逐渐减少,提升钢丝绳承受的扭转应力变得越来越大,在到达卸载点位置时达到最大值。
经分析,张小楼井主井为塔式提升系统,其摩擦轮和导向轮之间的距离偏短,仅有6m左右,容易造成钢丝绳在提升过程中反复扭转,出现断丝。扭转疲劳成为决定钢丝绳使用寿命的主要因素。以往做塔式提升系统设计时,对于摩擦轮和导向轮之间的距离只考虑钢丝绳在摩擦轮上围包角的要求,并没有考虑钢丝绳的扭转因素,因而这一距离设计都较短,这对于井深较浅、速度较低的塔式提升系统影响尚不明显;但对于井深很深、速度很高的塔式提升系统,影响就很大。因此张小楼井主井采用的三角股同向捻钢丝绳,就不可避免地存在抗扭转性差的问题,随着提升高度的延长,自身扭转力越来越大,当达到极限时,就会出现扭转疲劳,在拉伸应力、弯曲应力和扭转应力综合作用下,造成断丝。
另外,在张小楼井主井提升钢丝绳的实际使用中发现,主井调绳及修正滚筒上摩擦衬垫绳槽次数过于频繁,平均每周10次以上,主要原因是由于提升高度较大,新钢丝绳挂绳以后,弹性伸长量很大,而配用的自动平衡装置的调节行程有限,导致频繁调绳。原则上新钢丝绳挂绳后,初始阶段弹性伸长量较大,调绳时间间隔较短,经过一段时间的使用,弹性伸长逐渐减少,不再需要频繁调绳。但由于张小楼井主井提升钢丝绳使用寿命太短,有时钢丝绳弹性伸长还没有达到稳定阶段就必须换绳,致使钢丝绳总是处于弹性伸长量最大状况,从而导致频繁调绳。使用过程中由于不能及时调绳,导致自动平衡装置失效和各钢丝绳间张力不平衡增大,使得各绳槽磨损量并不均匀,需要经常的车绳槽进行调整,缩短了摩擦衬垫使用寿命。
多年来国内优先选用三角股钢丝绳的理由是三角股钢丝绳结构紧密,有绳槽接触面积较大、耐磨损、抗挤压性能好、破断力高等特点。但通过对张小楼井主井三角股钢丝绳的使用情况研究,同时结合国内已经运行的超千米井工矿井唐口矿、孙村矿、冬瓜山铜矿,国外的南非KAREE4号铂金矿的实验,对于深立井多绳摩擦式提升系统中提升钢丝绳的选型问题,有必要进行再研究再认识。

2深立井提升系统采用压实股钢丝绳的可行性分析
压实股钢丝绳顾名思义就是成绳之前,股经过模拔、轧制或锻打等压实加工的多股钢丝绳。通过模拔、轧制或锻打等变形加工后,钢丝的形状和股的尺寸发生变化,而钢丝的金属横截面积保持不变。
与三角股钢丝绳相比,压实股钢丝绳特点有:
①由于其特殊的工艺,同等绳径下,增加了金属截面,故而压实股钢丝绳具有较高的破断拉力;②经过股塑性压缩后钢丝的宽展,股外观更加平滑,因此压实股钢丝绳在使用过程中绳与绳槽具有更大的接触面积,在延长衬垫使用寿命的同时,也使钢丝绳表现出良好的耐磨性;③对于压实股钢丝绳,由于组股钢丝的填充系数大(一般在0.9以上),钢丝之间的空隙很小,金属密度系数提高,组股钢丝间接触面积增大,一方面提高了钢丝绳的破断拉力,另一方面使钢丝间相对滑动与单纯圆钢丝组股相比更加困难,这些特点使得压实股钢丝绳结构伸长极小。另外,股经过压实后,刚度增强,在提高股结构稳定性的同时,增加钢丝绳抵抗冲击载荷能力;④压实能降低组绳股中心到钢丝绳中心距离,改善一些特殊结构钢丝绳抗旋转性能,能有效缓解钢丝绳自身在扭转力大时出现的扭转疲劳现象。
针对张小楼井主井案例,拟采用6×K36(WS)+FC-40-1770型压实股钢丝绳,如图1所示。替换现有6V×37S+FC-1670三角股钢丝绳的方案,如图2所示。两种规格钢丝绳性能参数对比如表1所列。

3结语
通过比对两种不同规格钢丝绳基本参数,,张小楼井主井提升钢丝绳完全可以采用6xK36(WS)+FC-40-1770型压实股钢丝绳。结合压实股钢丝绳的性能特点,不难发现该钢丝绳能有效的解决频繁断丝,使用寿命过短的问题。


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