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淺談千米深井提升鋼絲繩張力不平衡的調整與管控措施
發(fā)布時(shí)間：
2023-05-23
來(lái)源：
導讀
在千米深井中，提升鋼絲繩日常管理難度很大，主要問(wèn)題有主繩懸掛裝置的液壓缸容易伸長(cháng)或收縮到極限、減速段鋼絲繩擺動(dòng)大、摩擦襯墊磨損等。結合 XSZ 型張力自動(dòng)平衡主繩懸掛裝置的使用情況，重點(diǎn)從鋼絲繩的長(cháng)度偏差、偏躥、繩槽偏差、結構選型、竄動(dòng)量以及懸掛裝置液壓元件滲漏等方面闡述了影響提升鋼絲繩張力的因素，并提出相應的管控措施。
某礦 1 號副井井口標高 17.3 m，井底標高 -1 150 m，提升高度達 1 200 m。該副井服務(wù)上、下兩個(gè)采區以及溜破系統，共 13 個(gè)水平。該礦選用 JKM-2.8×6 PⅢ 塔式多繩摩擦式提升機，采用單罐籠配平衡錘提升系統，配備低速直聯(lián)交流同步電動(dòng)機、交-直-交變頻調速，PLC 控制。1 號副井提升機在運行過(guò)程中，鋼絲繩受力不平衡，導致鋼絲繩疲勞斷絲、斷股甚至斷繩，影響了 1 號副井的安 全穩定運行。本研究結合鋼絲繩使用與維護的理論和一些經(jīng)驗，探討影響提升鋼絲繩張力的各個(gè)因素，并對提升鋼絲繩的良好運行提出一些控制措施。
1 鋼絲繩工況
JKM-2.8×6PⅢ 塔式多繩摩擦式提升機的具體參數如表 1 所列。
1.1 鋼絲繩張力測量方法
將罐籠下放至zui低停車(chē)位置 -1120 水平，配重停至井口。檢修人員站在 4 層檢修平臺上，用相同的力推動(dòng)繩子后松手，用秒表計時(shí)。振動(dòng)波沿著(zhù)鋼絲繩向下傳播，傳至井下的罐籠后回彈。當觀(guān)察到鋼絲繩突然晃動(dòng)時(shí)，暫停秒表，并記錄測量的時(shí)間。
1.2 鋼絲繩反彈波現場(chǎng)測量
按照《金屬非金屬礦山安 全規程》6.3.3.15 的規定：運轉中的多繩摩擦式提升機，應每周檢查一次主繩的張力，若各繩張力反彈波時(shí)間差超過(guò) 10%，應調繩。該礦所用提升鋼絲繩的反彈波測量結果如表 2所列。
由表 2 可知：3 號繩的張緊力zui小，反彈波時(shí)間zui長(cháng)是 21.48 s；4 號繩的張緊力zui大，反彈波時(shí)間zui短是 18.98 s；3 號、4 號繩的時(shí)間差是 2.51 s，超過(guò)平均時(shí)間 19.99 s 的 10%，此時(shí)，提升鋼絲繩的受力是不均勻的，需要根據實(shí)際情況進(jìn)行調整。
2 XSZ 張力自動(dòng)平衡主繩懸掛裝置
2.1 裝置結構和工作原理
該礦選用 XSZ 型張力自動(dòng)平衡主繩懸掛裝置，如圖 1 所示。它能時(shí)刻調整提升鋼絲繩的張力，以保證鋼絲繩受力均勻、一致。當某一根鋼絲繩受力較大時(shí)，液壓缸活塞桿被壓縮，液壓缸內的液壓油通過(guò)七通管進(jìn)入受力小的液壓缸，受力大的鋼絲繩懸掛裝置變短，受力小的鋼絲繩懸掛裝置變長(cháng)；如此動(dòng)態(tài)調整，實(shí)現張力自動(dòng)平衡。
2.2 加壓方法
鋼絲繩由于彈性塑性伸長(cháng)，經(jīng)常需要加壓調繩。為減少截繩調罐次數，新舊鋼絲繩采用不同的加壓標準。
(1) 使用舊繩 舊鋼絲繩的塑性伸長(cháng)變化不大，加壓標準是所有液壓缸伸出 1/2 即可。
(2) 使用新繩 新鋼絲繩塑性伸長(cháng)變化大，兩端加壓標準是液壓缸伸出 1/4 為止。當鋼絲繩塑性伸長(cháng)至影響裝/卸載位置時(shí)，前期可通過(guò)加壓調整，如加壓已使兩端的液壓缸伸出量達 4/5 時(shí)，可收繩調整。收繩后，加壓仍為液壓缸伸出 1/4 為止，如此幾次，約需一個(gè)月時(shí)間，待鋼絲繩穩定后，將兩端加壓至液壓缸伸出 1/2。
2.3 懸掛液壓缸活塞桿伸出量
馬城鐵礦 1 號副井采用 XSZ135×6 主繩懸掛裝置，單架懸掛的設計破壞載荷計為 1 350 kN，提升鋼絲繩為 6 根。懸掛液壓缸活塞桿行程為 0～ 685 mm；zui大伸出量為 685 mm，此時(shí)液壓缸活塞桿伸出到極限；zui小伸出量為 0 mm，此時(shí)液壓缸活塞桿收縮到極限。筆者將以該液壓缸活塞桿伸出量為例，來(lái)闡述影響鋼絲繩張力的具體因素及解決方法。
該液壓缸活塞桿伸出量的測量方法：①將罐籠停放在井口，測量罐籠側液壓缸活塞桿伸出量，并按照順序依次記錄；② 在井底配重側測量液壓缸活塞桿伸出量，并按照順序依次記錄；③測量完畢后，將配重提升至井口，罐籠降在井底，使用同樣方法再次分別記錄相應活塞桿伸出量。測量結果如表 3 所列。
利用表 3 的數據生成液壓缸活塞桿伸出量直觀(guān)圖，分別如圖 2、3 所示。工況一為罐籠下、配重上時(shí)活塞桿伸出量，工況二為罐籠上、配重下時(shí)的活塞桿伸出量。
3 張力影響因素和管控措施
3.1 鋼絲繩長(cháng)度偏差
如圖 2 所示，提升容器在井下時(shí)，4 號繩液壓缸活塞桿伸出量總和為 1 260 mm，6 號繩液壓缸活塞桿伸出量總和為 250 mm，其他鋼絲繩液壓缸活塞桿伸出量在 700 mm 左右；這說(shuō)明相對其他鋼絲繩來(lái)說(shuō)，4 號繩zui長(cháng)，6 號繩zui短，此時(shí)兩繩之間的zui大差為 1 010 mm。這個(gè)差值遠超過(guò)液壓缸zui大調整量 685 mm，說(shuō)明提升鋼絲繩處于張力不平衡狀態(tài)。
針對因鋼絲繩長(cháng)度偏差引起的張力不平衡，建議采用以下管控措施。
(1) 按照實(shí)際數據進(jìn)行調繩，調繩時(shí)應以zui短鋼絲繩為基準，進(jìn)行收繩工作，確保各鋼絲繩繩長(cháng)差在100 mm 左右。
(2) 調繩前，施工人員乘罐籠去 1120 水平，調整罐籠使其到達正常停車(chē)位置，確保停車(chē)位置準確。
(3) 調繩前，施工人員下井觀(guān)測井底尾繩環(huán)的相對位置，確保尾繩環(huán)距離平臺 1 000～ 1 500 mm。
3.2 提升鋼絲繩偏躥問(wèn)題
如圖 3 所示，罐籠在井口位置時(shí)，1 號、4 號、5 號繩液壓缸活塞桿伸出量是 685 mm，均已伸出到極限。但是 5 號繩在一次提升過(guò)程中，罐籠無(wú)論是在井口還是井下，均出現懸掛液壓缸活塞桿伸出到極限的狀況，這種問(wèn)題叫做鋼絲繩偏躥。此時(shí)，鋼絲繩的張力是平衡的，不影響正常提升，可以通過(guò)加壓調整，但是加壓不能從根本上解決問(wèn)題。導致鋼絲繩偏躥原因有很多，懸掛裝置側板與滑塊之間的摩擦因數、導向輪的慣性質(zhì)量、繩槽的深淺等等，很多因素共同作用導致鋼絲繩偏躥。
提升鋼絲繩偏躥時(shí)，建議采用以下管控措施。
(1) 以圖 2 為例，將液壓缸活塞桿已到下極限的罐籠提升到井口，關(guān)閉 1 號、2 號、3 號、4 號、6 號液壓缸與七通管之間的球閥，打開(kāi)七通管總球閥，放掉 1/2 的液壓油，同時(shí)在井底配重側打開(kāi)相應的截止閥，使用加壓油泵充入 1/2 直油液。
(2) 強制加壓調整。將液壓缸活塞桿已到下極限的罐籠提升到井口，全部放掉一端的油液，提升機以0.5 m/s 的速度來(lái)回提升兩次，再調整壓力以加壓調整。
3.3 繩槽直徑的偏差
影響繩槽直徑出現偏差的原因：①新更換摩擦襯墊；② 摩擦襯墊繩槽積增摩脂或異物；③摩擦襯墊磨損、磨偏或直徑差超過(guò) 0.8 mm。具體原因需要根據具體情況確定。
罐籠在井上和井下時(shí)，液壓缸活塞桿伸縮量直觀(guān)圖如圖 4 所示。
如圖 4 所示，1 號、3 號繩的液壓缸活塞桿伸縮是由繩槽直徑差過(guò)大造成的。罐籠側 1 號繩在井口時(shí)，活塞桿伸出量為 685 mm；在井下時(shí)，活塞桿伸出量為 100 mm；串動(dòng)量為 580 mm。罐籠側 3 號繩在井口時(shí)，活塞桿伸出量為 80 mm；在井下時(shí)，活塞桿伸出量為 655 mm；串動(dòng)量為 575 mm。提升機運行一個(gè)循環(huán)，懸掛液壓缸串動(dòng)量大是典型的由繩槽直徑差造成的工況。主滾筒直徑大，繩槽深度淺，其圓周長(cháng)也大，在單位時(shí)間內，主滾筒上的鋼絲繩提升行程也大，導致提升鋼絲繩承受較大的張力。下放過(guò)程中，主滾筒繩槽深度深的，其圓周長(cháng)也小，在單位時(shí)間內鋼絲繩下放的行程小，導致鋼絲繩承受較小的張力。當鋼絲繩的伸縮長(cháng)度超過(guò)懸掛液壓缸的調整量時(shí)，鋼絲繩處于張力不平衡狀態(tài)，需要及時(shí)調整。
針對繩槽直徑偏差問(wèn)題的zui佳管控措施是車(chē)削襯墊。按照《金屬非金屬礦山安 全規程》6.3.3.15 規定：對主導輪和導向輪的摩擦襯墊，應視其磨損情況及時(shí)車(chē)削繩槽；繩槽直徑差不應大于 0.8 mm，襯墊磨損達 2/3 時(shí)，應及時(shí)更換。當繩槽深淺差超過(guò) 0.8 mm 時(shí)，應該精車(chē)繩槽。
繩槽偏差的測量方法主要有以下 3 種。
(1) 直接測量法 施工人員站在 4 層繩槽車(chē)削平臺上，在主滾筒擋繩板的同一水平面上拉一根鋼絲，用深度游標卡尺測量各個(gè)繩槽的直徑。測量時(shí)，要在同一繩槽位置采用等分的方法，多次測量取平均值。6 根鋼絲繩所用摩擦襯墊的繩槽偏差 (相對深度) 測量結果如表 4 所列?？梢?jiàn)，1 號繩槽zui淺，5 號繩槽zui深，繩槽深淺差超過(guò) 0.8 mm。精車(chē)繩槽時(shí)，先車(chē)削 5號繩槽，再以 5 號繩槽為基準車(chē)削其他繩槽，直到誤差小于 0.2 mm 為止。
(2) 鋼絲繩標記法 加壓使兩端液壓缸伸出 1/2為止，將罐籠和配重停在同一水平面上。施工人員在罐籠側的 2 層檢修平臺對同一水平面鋼絲繩做標記，轉動(dòng)滾筒 n 圈后，標記繞過(guò)滾筒至配重側，施工人員在 2 層測量標記差值。用相同方法測量 3 次后，取平均值，根據平均值計算繩槽直徑差。
(3) 液壓缸伸縮法 將配重側油管截止閥全部關(guān)閉，罐籠提升至井口，檢修人員站在罐籠頂部測量每根懸掛裝置墊塊到上限位的距離。將罐籠以 0.3 m/s的速度下放井底，下放過(guò)程中，檢修人員觀(guān)察并測量墊塊運行的zui大距離，可根據運行距離計算出繩槽直徑差。
車(chē)削繩槽時(shí)，可以按下列公式的計算值對直徑較大的繩槽進(jìn)行車(chē)削。
式中：r 為總進(jìn)刀量，mm；Δh 為測定的繩槽差值，mm；φ 為滾筒直徑，m；H 為測量時(shí)鋼絲繩的行程，m。
車(chē)削滾筒襯墊的順序：先車(chē)削直徑最大的，車(chē)削后及時(shí)重新測定張力差，直到符合要求為止。
3.4 鋼絲繩的自身結構
1 號副井提升機采用 6V×37+FC 型、三角股鋼絲繩，提升鋼絲繩采用一左一右捻向成對布置。三角股鋼絲繩自身抗扭性能較差，在使用過(guò)程中，鋼絲繩會(huì )在拉伸、彎曲和扭轉力的作用下扭轉，帶動(dòng)中板和壓塊扭轉，使壓板與側板兩側間隙產(chǎn)生變化，壓塊和側板摩擦力變大。自動(dòng)平衡裝置不能及時(shí)調節，造成懸掛裝置自動(dòng)調節功能響應不及時(shí)。
因鋼絲繩自身結構造成的張力不平衡，可采用以下措施：
(1) 調繩時(shí)，采取從兩側容器收繩的方式以釋放應力；
(2) 在中板和墊塊接觸部分涂抹潤滑脂，以減少摩擦；
(3) 優(yōu)先考慮選用旋轉系數低或者不旋轉鋼絲繩，如圓股交互捻鋼絲繩。
3.5 鋼絲繩串動(dòng)量超出液壓缸調節范圍
1 號副井井深 1 120 m，主提升滾筒直徑為 2.8 m，液壓缸zui大調整行程為 685 mm。按照繩槽zui大標準直徑差 0.8 mm 計算，提升機從井口運行至井下，提升滾筒轉動(dòng)圈數
上述鋼絲繩的串動(dòng)量是 639.95 mm，接近zui大調整行程。在加壓調繩時(shí)，懸掛液壓缸的伸出量一般控制在 350 mm 左右，當提升機運行至中段水平 600 m時(shí)，懸掛液壓缸已經(jīng)到極限位置，無(wú)法起到調節張力平衡的作用，液壓缸調節行程不合理。
當鋼絲繩串動(dòng)量超出液壓缸調節范圍時(shí)，建議采用以下措施。
(1) 適當增加懸掛裝置調節行程。通過(guò)與設計單位溝通，該礦將副井鋼絲繩懸掛裝置進(jìn)行改進(jìn)，在確保安 全穩定的前提下，適當調整液壓缸行程，以減少調繩次數。
(2) 將繩槽直徑差控制在 0.2 mm。當繩槽直徑差為 0.2 mm 時(shí)，鋼絲繩的串動(dòng)量 L=0.2 mm×2×3.14×n =160 mm，液壓缸的行程控制在 350±160 mm，以延緩懸掛液壓缸極限情況。當繩槽直徑差超過(guò) 0.2 mm 時(shí)，應及時(shí)車(chē)削繩槽。
3.6 懸掛裝置液壓元件滲漏
在提升機運行期間，如果懸掛裝置上的七通管、截止閥、液壓缸、油管等液壓元件出現滲漏，各部液壓缸將全部縮到極限位置，各根鋼絲繩張力嚴重不平衡，極容易發(fā)生單根鋼絲繩吃力、斷繩事故等。
當七通管、截止閥、液壓缸等液壓元件滲漏時(shí)，應立即組織更換。
4 結語(yǔ)
結合 1 號副井提升機的實(shí)際運行情況，詳細分析了影響鋼絲繩張力的因素，并制定了相應的管控措施。鋼絲繩的長(cháng)度偏差、偏躥、繩槽直徑偏差、結構選型以及自動(dòng)平衡主繩懸掛裝置的選型和維護，這些都是解決 1 號副井液壓缸達到極限狀態(tài)的重難點(diǎn)。本文所提到的各種管控措施，均在該礦的實(shí)際生產(chǎn)中得以應用，可以在較短時(shí)間內解決因各種因素導致的鋼絲繩張力不平衡的問(wèn)題，提高了伸縮液壓缸的壽命，保證生產(chǎn)的穩定性，希望可以給同行技術(shù)人員在千米深井提升設備選型中提供有效的借鑒。此外，建議千米深井提升鋼絲繩選用圓股交互捻鋼絲繩，以減少扭轉力，并選擇合適的懸掛裝置來(lái)增加有效行程，使得各鋼絲繩張緊力平衡一致，確保提升機安 全穩定運行。
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