1問題的提出

濟(jì)寧運(yùn)河煤礦是一座年設(shè)計生產(chǎn)能力為150萬t的大型礦井，分兩個水平開采，一、二水平之間裝備了一套JK-2.5/20E單繩串車提升絞車，提升鋼絲繩型號為6Δ（34）-28-1670-光面。但由于對鋼絲繩的認(rèn)識不夠，在絞車運(yùn)行不久曾發(fā)生了一次斷絲繩跑車事故；新?lián)Q同型號鋼絲中也存在類似的問題。針對以下事故與現(xiàn)象，我們對鋼絲繩的損傷進(jìn)行了認(rèn)真地分析、研究，得到了一些規(guī)律性的認(rèn)識，并對此作了對策性研究，有力的指導(dǎo)了提升運(yùn)輸管理，確保了安全。

2鋼絲繩機(jī)械損傷種類

機(jī)械損傷是鋼絲繩的主要損傷之一，機(jī)械損傷包括：磨損、疲勞、外傷等。

3機(jī)械損傷的分析與防護(hù)

3.1 磨損

根據(jù)磨損機(jī)理又可分為以下幾種：鋼絲繩在使用過程中其外周與繩道、底板、擋繩器等物體表面接觸而引起的磨損為外部磨損，鋼絲繩截面將減少，外周表面鋼絲將磨平，鋼絲繩破斷載荷隨之降低，在實(shí)際現(xiàn)象中，又有單周磨損、全周磨損，單周磨損較全周磨損更惡劣，在全長范圍內(nèi)，盡可能地做到均勻磨損，即全周磨損。

由于振動、碰撞造成的鋼絲繩表面撞損，為變形磨損，這是一種局部磨損現(xiàn)象。如卷筒表面的鋼絲繩受到其它物體的撞擊，鋼絲繩相互打纏、打結(jié)，或者由于咬繩，都會使鋼絲繩產(chǎn)生變形磨損。這種變形磨損因局部擠壓而變形，其鋼絲橫斷面在擠壓處向兩旁伸展成翅形。從外表看，鋼絲寬度擴(kuò)展，雖然鋼絲繩截面積減少不多，但局部擠壓處的鋼絲表面材質(zhì)硬化了，極易斷絲。時間一久，變形突出位往往磨損嚴(yán)重，處層鋼絲也極易斷絲。

再者，內(nèi)部磨損的因素也不可忽視：鋼絲繩經(jīng)過卷筒或滑輪時所承受的全部負(fù)荷壓在鋼絲繩的一側(cè)，各根細(xì)鋼絲的曲率半徑不可能完全相同。同時，由于鋼絲繩的彎曲，鋼絲繩內(nèi)部各根細(xì)鋼絲就會相互產(chǎn)生作用力并且產(chǎn)生滑移，這時股與股之間接觸應(yīng)力增大，使相鄰股間的鋼絲產(chǎn)生局部壓痕深凹。當(dāng)反復(fù)循環(huán)拉伸變曲時，在深凹處則產(chǎn)生應(yīng)力集中而被折斷。

怎樣才能減少各種磨損損傷呢？針對以上分板，我們采取了以下措施：

（1）為避免單周磨損，我們定期倒換絞車鋼絲繩繩頭，如大絞車每季度一次使之磨損均勻。

（2）把斜井拖繩輪由鑄鐵的換成了聚氨酯拖繩輪，盡可能減少對鋼絲磨損。

（3）盡可能避免鋼絲繩在卷筒上打纏，遭受其他撞擊。

（4）根據(jù)具體工況，正確選擇鋼絲繩的結(jié)構(gòu)型號。為防內(nèi)部磨損，我礦大部分提升鋼絲繩換成了線接觸鋼絲繩，摒棄了點(diǎn)接觸類型，對特殊地方，正準(zhǔn)備考慮上面接觸鋼絲繩。

3.2 疲勞

鋼絲繩在使用過程中主要承受彎曲、拉伸、扭曲、振動疲勞，以及過載引起的彈性形等損傷。

鋼絲繩重復(fù)通過滑輪或卷筒中繞上繞下，無數(shù)次的彎曲，容易使鋼絲產(chǎn)生疲勞，韌性下降，最終導(dǎo)致斷絲。而疲勞斷絲出現(xiàn)在股的彎曲程度最厲害的一側(cè)外層鋼絲上。通常情況下，疲勞斷絲的出現(xiàn)意味著鋼絲繩已經(jīng)接近使用后期。試驗(yàn)表明，鋼絲繩的彎曲疲勞壽命與D/d比值（即卷筒直徑D與鋼絲繩直徑d的比值）、安全系數(shù)和鋼絲繩結(jié)構(gòu)均有密切的關(guān)系。鋼絲繩在起動和制動的始末，變化的拉伸應(yīng)力以及經(jīng)常受到扭曲和振動也是產(chǎn)生疲勞的原因。

過載：鋼絲繩在工作時除了要承受負(fù)載、自重等靜載荷外，還要受到因加速度和沖擊引起的動載荷，當(dāng)鋼絲繩隨著載荷的增加會有微量的伸長，當(dāng)載荷超過強(qiáng)度極限時，鋼絲繩就可能斷裂。過載的鋼絲繩即使不發(fā)生斷裂事故，安全系數(shù)也會大幅度下降，隨之而來大大地縮短使用壽命。

針對疲勞的分析，我們采取了以下措施；

（1）條件許可的情況下，盡可能使卷筒和滑輪直徑增大。在主提升斜巷，卷筒直徑無法增大，于是增加了擋繩器、拖繩器的滾輪直徑；其他場合，合理選取鋼絲繩直徑、卷筒直徑。

（2）在安排滑輪布局時，應(yīng)盡量避免鋼絲繩反向彎曲。經(jīng)驗(yàn)證明，反向變曲的破壞約為同向彎曲的2倍，尤其不能用斜巷主提升繩經(jīng)滑輪調(diào)車用。

（3）盡可能選擇結(jié)構(gòu)好的鋼絲繩，如WS、TX等線接觸鋼絲繩。

3.3 外傷

鋼絲繩外傷不外乎其在滑輪里滑槽，在卷筒上跳出擋板，被礦車碾軋，結(jié)果常常使鋼絲繩因局部軋壞而報廢。再者，鋼絲繩扭結(jié)也是一個重要的損傷因素。普通鋼絲繩都帶有自轉(zhuǎn)性，尤其是新鋼絲繩，掛設(shè)好后，不經(jīng)破勁便施加張力，往往造成扭結(jié)。扭結(jié)的方向與鋼絲繩旋向一致的稱為正扭結(jié)，反之稱負(fù)扭結(jié)。鋼絲繩在扭結(jié)后，經(jīng)過多次受載，也只有局部繩芯外露，一般沒有斷絲現(xiàn)象。但試驗(yàn)表明，鋼絲繩在扭結(jié)損傷后強(qiáng)度將顯著降低。正扭結(jié)的強(qiáng)度只有原強(qiáng)度的60%~80%，負(fù)扭結(jié)的強(qiáng)度還不到原強(qiáng)度的50%。嚴(yán)重時強(qiáng)度將降低到只有原來的10%~20%。

為了防止鋼絲繩出現(xiàn)外傷，我們采取了以下措施；

（1） 嚴(yán)格操作規(guī)程，強(qiáng)化操作人員崗位責(zé)任，堅持事故追究制度。

（2） 完善設(shè)備設(shè)施的防護(hù)能力，如加高護(hù)繩板，設(shè)置排繩器。

（3） 新掛設(shè)的鋼絲繩在其自由端設(shè)置旋轉(zhuǎn)裝置，以達(dá)到破勁的效果。

（4） 特殊的場合，研究采用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。

另外，運(yùn)河礦還針對井下鋼絲繩的化學(xué)腐蝕采取了一些措施，延緩鋼絲繩的使用壽命。

通過對鋼絲繩損傷原因的探究、驗(yàn)證，又在此基礎(chǔ)上逐一作了簡單易行的對策性措施，制定和豐富了相關(guān)的規(guī)章制度，自全面實(shí)施以來，有效地遏制了提升運(yùn)輸事故的發(fā)生，較好地提高了經(jīng)濟(jì)效益。仍以運(yùn)何礦暗斜井為例，主提升繩自更換鍍鋅鋼絲繩并采取以上其他措施以來，每根鋼絲繩壽命在一年半以上，是不采取措施前的8倍還要多，極大地提高了安全系數(shù)；經(jīng)濟(jì)效益方面，據(jù)估算，同期內(nèi)（按一年半計算）直接給礦節(jié)約資金60萬元，若包括其他提升鋼絲繩，數(shù)目更為可觀。再者，通過以上事實(shí)，極大地增強(qiáng)了工程技術(shù)人員認(rèn)知規(guī)律和改造客體的熱情。