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主井平衡鋼絲繩使用壽命研究及延長方案
發(fā)布時間：2019-12-28 13:34 文章來源：未知 文章作者：admin 點擊數(shù)：
徐州鐵礦集團吳莊鐵礦主井為豎井提升，提升機平衡鋼絲繩為多股不旋轉(zhuǎn)鍍鋅鋼絲繩，共兩根。平衡鋼絲繩規(guī)格為347+FC-38，左、右旋各一根，使用長度640m。 根據(jù)主井平衡繩的更換記錄
徐州鐵礦集團吳莊鐵礦主井為豎井提升，提升機平衡鋼絲繩為多股不旋轉(zhuǎn)鍍鋅鋼絲繩，共兩根。平衡鋼絲繩規(guī)格為347+FC-38，左、右旋各一根，使用長度640m。根據(jù)主井平衡繩的更換記錄，吳莊鐵礦分別于2009年12月、2011年9月、2014年7月、2015年6月進(jìn)行了平衡鋼絲繩的更換工作。平均一根平衡繩的使用年限約在l年半至2年之間，根據(jù)更換原因來分析，該礦在提升卸礦的過程中，由于礦石含有充填的尾砂、交固粉等充填原料，使礦石的粘性大大增加，從而導(dǎo)致箕斗在卸礦石至關(guān)門之間，粘結(jié)在箕斗底部的礦石，向箕斗外滑落，且未進(jìn)入一樓礦倉，而是直接掉進(jìn)井筒，對井筒底部設(shè)施及平衡繩造成嚴(yán)重?fù)p傷。按照《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)程規(guī)定，平衡鋼絲繩的使用沒有年限上的規(guī)定，而只有平衡鋼絲繩一個捻距內(nèi)斷絲的面積與鋼絲繩的總面積之比≥10%時，需更換。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)周期的長短將直接影響礦石的產(chǎn)量，同時影響提升材料成本。吳莊鐵礦主井平衡鋼絲繩的服務(wù)年限低于平均服務(wù)年限，下面以該礦為例，對豎井平衡鋼絲繩使用年限影響原因及提高年限的方法做一些分析。
1平衡鋼絲繩異常而出現(xiàn)的部分常見安全隱患
（1）平衡繩彎曲、打結(jié)。在安裝或吊掛平衡繩的時候，施工人員對平衡繩的放繩及吊掛安裝等工序不夠了解，或者違反相關(guān)操作工藝的要求，亦或者操作不當(dāng)，都會造成平衡鋼絲繩的彎曲、打結(jié)，在部分情況下，會出現(xiàn)不能拇平并復(fù)原的情況。而且，平衡繩在受到外力的擠壓時，極有可能產(chǎn)生扭彎、硬折等情況發(fā)生。由于平衡繩的扭彎、硬折會引起平衡繩的運行軌跡發(fā)生改變，而造成平衡繩與井筒中設(shè)備設(shè)施之間產(chǎn)生摩擦、磨損、拉掛等現(xiàn)象，這樣就帶來了很大的安全隱患。根據(jù)相關(guān)規(guī)程的要求，平衡鋼絲繩不得狐曲和扭轉(zhuǎn)，目的就在于保證平衡繩在掛設(shè)安裝之后，能保證平穩(wěn)的運行。
（2）平衡繩磨損、斷絲、斷股。造成這樣一種安全隱患的主要原因就是平衡鋼絲繩運行中出現(xiàn)了嚴(yán)重的偏擺現(xiàn)象。提升系統(tǒng)運行時，平衡繩在自身應(yīng)力的作用下，會自然的擺動。受豎井井筒中地下滲水、對流風(fēng)壓及提升沖擊、振動等原因的影響，平衡繩與豎井井筒中的設(shè)備設(shè)施之間的相對安全距離可能變小，導(dǎo)致了平衡繩在提升過程中，容易接觸其他靜止設(shè)備設(shè)施而產(chǎn)生摩擦、磨損、纏繞、打繞等現(xiàn)象。如果在平時提升系統(tǒng)的運行中長期存在這種情況，就必然導(dǎo)致平衡繩的斷絲及磨損情況嚴(yán)重超過規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，甚至出現(xiàn)破股的現(xiàn)象。
2影響平衡鋼絲繩使用年限的原因分析
（1）井筒內(nèi)掉落雜物的沖擊。吳莊鐵礦主井井底為海拔-566m，所處地面約為海拔39m，井塔高度約40m，相對落差高達(dá)645m，在提升裝載及卸礦過程中，因為各種原因而粘結(jié)在箕斗底部的礦石，向箕斗外意外滑落而進(jìn)入井筒，各種礦石、雜物對井筒底部設(shè)施及平衡繩造成沖擊損傷，進(jìn)而出現(xiàn)平衡鋼絲繩破斷。當(dāng)破損情況超出規(guī)程規(guī)定范圍時，就必須進(jìn)行鋼絲繩的更換。
（2）平衡鋼絲繩在運行中的磨損。吳莊鐵礦主井的額定運行速度為7.8m/s，運行速度較大，加上主井的井筒和罐道在設(shè)計中的種種原因，造成了平衡鋼絲繩的運行不穩(wěn)，會出現(xiàn)擺動并且幅度比較大，特別是箕斗剛進(jìn)入井筒的時候，箕斗處于持續(xù)的加速狀態(tài)，對平衡繩造成很大的沖擊。兩根平衡繩之間相互摩擦，同時平衡繩與井底井檔梁也會產(chǎn)生摩擦。這些情況很容易造成平衡繩的磨損，進(jìn)而出現(xiàn)斷絲甚至破股現(xiàn)象。
（3）平衡鋼絲繩的懸掛裝置出現(xiàn)故障。吳莊鐵礦的主井尾繩兩端的懸掛裝置均為自旋轉(zhuǎn)體懸掛，而懸掛裝置的旋轉(zhuǎn)體在使用的過程中，因為環(huán)境較為潮濕等原因，會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體卡死或軸承損壞等情況，造成平衡鋼絲繩無法自由旋轉(zhuǎn)進(jìn)而出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞而損壞。
（4）維護及保養(yǎng)的不合理。平衡鋼絲繩在磨損、銹蝕后就容易發(fā)生斷絲甚至斷股的現(xiàn)象，如果不對斷絲的部分進(jìn)行適當(dāng)處理，斷絲將繼續(xù)發(fā)展。另外，對安裝使用一年后的平衡繩，檢查的周期應(yīng)當(dāng)縮短，失檢、漏檢都會嚴(yán)重影響平衡鋼絲繩的使用年限。
（5）平衡鋼絲繩的使用環(huán)境比較復(fù)雜。吳莊鐵礦主井井筒是一個很復(fù)雜的工作環(huán)境，平衡鋼絲繩在井筒中容易出現(xiàn)金屬腐蝕的現(xiàn)象。井筒中平衡繩的腐蝕一般都為電化學(xué)腐蝕。根據(jù)吳莊鐵礦水文地質(zhì)的化驗結(jié)果，吳莊鐵礦所在的地理位置，地下水為酸性水質(zhì)，這大大加劇了平衡鋼絲繩的腐蝕程度。
3主井平衡鋼絲繩的受力分析
由于平衡繩的作用是平衡空載、重載之間的平衡錘端和箕斗端的質(zhì)量差，使提升首繩與主導(dǎo)輪之間的摩擦力在一個最小范圍內(nèi)變化，確?？蛰d和重載時運轉(zhuǎn)正常，平衡繩懸掛點的最大受力就是懸掛點至井筒內(nèi)最長的一段垂直繩長的自重：
5.82kg/m（540+39+21）m=3492kg即所受重力約：34.2216kN自重與實測破斷力之比為：34.2216/839=1/24.644平衡鋼絲繩的保護措施
（1）對平衡鋼絲繩斷絲部位進(jìn)行灌鉛保護。在不影響主井安全提升的條件下，將平衡鋼絲繩截去1～1.5m后，重新將平衡鋼絲繩連接到懸掛裝置上，使斷絲部位上移，并對斷絲部位進(jìn)行清洗灌鉛，這樣對斷絲的部位又進(jìn)行了進(jìn)一步保護，即使再出現(xiàn)礦石下落的情況，也不會造成原斷絲部位的斷絲增加，延長了平衡鋼絲繩的使用年限。
灌鉛的過程是采用融化的熱金屬鉛、鋅、錫，利用金屬的活性置換原理，在鋼絲繩的表面鍍一層金屬鉛作為保護層。而根據(jù)發(fā)現(xiàn)，在灌鉛過程中所使用的鉛、鋅、錫的金屬熔點分別在328℃、419℃、232℃。這樣以來，三種金屬的熔點遠(yuǎn)低于鋼的熔點（1400-1500℃），且遠(yuǎn)低于鋼的熱處理（回火）溫度。因此，灌鉛處理不會對鋼絲繩的力學(xué)性能造成不良影響。
（2）對平衡鋼絲繩進(jìn)行防磨損的改造。為解決平衡鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)、摩擦造成磨損嚴(yán)重的情況，吳莊鐵礦對平衡鋼絲繩進(jìn)行了防磨損的改造。通過現(xiàn)場測繪，在保證提升安全可靠的情況下，把井檔梁向外移動100mm，以避開平衡繩的運動路線。通過防磨損改造的施工，進(jìn)一步保證了平衡繩的運行更加平順、穩(wěn)定，進(jìn)而提高了提升系統(tǒng)運行的安全性，延長了尾繩的使用期限。
（3）合理維保平衡鋼絲繩。為了保證平衡鋼絲繩的使用安全，增加平衡繩的使用年限，確保豎井提升系統(tǒng)的安全運轉(zhuǎn)，相關(guān)技術(shù)人員重新制定了平衡繩的維保辦法。一是檢修工充分利用礦山檢修時間（每周一次）對主井平衡鋼絲繩進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括平衡鋼絲繩的銹蝕、斷絲、變形情況等。對平衡錘以下15-20m范圍內(nèi)等鋼絲繩容易受漏礦撞擊處仔細(xì)檢查，并做好記錄。二是對主井箕斗扇形閘門、計量斗裝載板加強維護，減少漏礦量。三是加強罐道和箕斗的檢查，減少主井平衡鋼絲繩的震動。
（4）優(yōu)化主井卷揚機的速度曲線。吳莊鐵礦主井卷揚機設(shè)定的最大提升速度為7.8m/s，提升速度曲線對平衡鋼絲繩有很大的影響。卷揚機的速度曲線為“慢加速-加速-最大速度”。為了減少急加速對提升設(shè)備的沖擊、提高提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，技術(shù)人員與廠家討論后進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化之后的曲線為“慢加速-爬行-一次加速-穩(wěn)定勻速-再加速-最高速度”。
通過這樣的調(diào)整，減小了箕斗進(jìn)井筒時的速度，箕斗在運行中更加的穩(wěn)定。同時也增加了平衡繩的穩(wěn)定性，減少主井平衡繩的損壞。
5結(jié)語
平衡鋼絲繩是豎井提升系統(tǒng)的重要組成部分，采取科學(xué)合理的方法提高平衡鋼絲繩的使用年限，既可以保障豎井提升系統(tǒng)的運行安全，同時還減少了更換平衡鋼絲繩的成本消耗，提高了經(jīng)濟效益。
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