礦井平衡用扁鋼絲繩的選用、安裝、使用與保養(yǎng)

張志會 杜金華

（1.山東黃金礦業(yè)（鑫匯）有限公司，山東 平度 266715；2.山東舒博特鋼絲繩有限公司，山東 濟南 250000）

1 概述

由四個圓形股一次合繩捻制形成的鋼絲繩為子繩，用這樣6條或8條子繩經(jīng)手工編織而成的鋼絲繩稱為平衡用扁鋼絲繩（簡稱扁鋼絲繩）。

1.1 產(chǎn)品特點

（1）卓越的不旋轉(zhuǎn)性能。扁鋼絲繩由6條或8條左交互捻和右交互捻的子繩交替排列編織在一起，克服了圓股鋼絲繩因存在旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)性。

（2）自重大，平衡能力強，百米長度重量216～2250kg。

（3）使用壽命為圓股鋼絲繩的2～3倍。

（4）良好的防腐性能。扁鋼絲繩以鍍鋅狀態(tài)交貨，具有不旋轉(zhuǎn)性強、運行穩(wěn)定的特點，使防腐層得到很好的保護。

圖1 各種鋼繩的長度和旋轉(zhuǎn)角度關(guān)系

1.2 扁鋼絲繩用途及使用范圍

廣泛適用于豎井摩擦提升平衡繩。

1.3 品種規(guī)格及執(zhí)行標準

扁鋼絲繩具有以下品種規(guī)格：

執(zhí)行標準：GB/T20119-2006《平衡用扁鋼絲繩》。

1.4 扁鋼絲繩代號的組成及其代表意義

扁鋼絲繩的標記是代表扁鋼絲繩的結(jié)構(gòu)，同時體現(xiàn)了扁鋼絲繩的主要特性。扁鋼絲繩的標記是由文字、字母、數(shù)學等組成，每個符號都有特定的含義。

（1）鍍鋅類別

（2）扁鋼絲繩子繩無繩芯，子繩中股繩可分為：

天然纖維芯（有機纖維芯、麻芯、棉芯）

合成纖維芯（人造纖維芯、尼龍、聚丙烯、聚乙烯等）

（3）扁鋼絲繩中為6根或8根交互捻的子繩交替排列，代號組成中無捻法的標記。

1.5 扁鋼絲繩的選用

合理地選用扁鋼絲繩可以避免不必要的損失和降低投入。

（1）抗拉強度

扁鋼絲繩最小破斷拉力總和是指扁鋼絲繩中所有鋼絲的拉斷力總和。標準中扁鋼絲繩強度指公稱抗拉強度。扁鋼絲繩的公稱抗拉強度級有：1370MPa、1470MPa、1570MPa。

（2）耐疲勞性

一根鋼絲繩要有良好的耐疲勞性，鋼絲必須有良好的耐疲勞性能。通過適當熱處理的鋼絲具有比原來更好的性能。耐疲勞性能還取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計，同一規(guī)格和結(jié)構(gòu)的鋼絲繩，鋼絲較多的繩具有比鋼絲少的繩更好的耐磨性，鋼絲直徑與壽命的關(guān)系如圖2所示。

圖2 鋼絲直徑與壽命的關(guān)系

（3）耐腐蝕性

耐腐蝕性能是扁鋼絲繩在濕度大、易于銹蝕的環(huán)境下工作時，其抗腐蝕的能力。銹蝕不僅使扁鋼絲繩的破斷拉力降低，而且對其抗沖擊性能的影響尤甚。我們把扁鋼絲繩的銹蝕程度分為三等級：

Ⅰ級—銹蝕輕微。鋼絲變黑，有銹皮或少量細小點蝕。

Ⅱ級—銹蝕較重。有較厚銹皮，點蝕出現(xiàn)麻坑。

Ⅲ級—銹蝕嚴重。點蝕發(fā)展成溝紋，外層鋼絲松動。

銹蝕比斷絲和磨損更加重要。因此，檢查鋼絲繩時，若發(fā)現(xiàn)銹蝕嚴重，已形成麻坑或發(fā)現(xiàn)股外層鋼絲松動現(xiàn)象時，應(yīng)考慮更換新繩。如鍍鋅不能有效防腐，可采用鋅鋁合金鍍層，具有卓越的防腐性能。

（4）抗沖擊性

沖擊是一種外部作用力，可能破壞扁鋼絲繩的橫截面，或者是股，或者是鋼絲?？箾_擊性能就是表示扁鋼絲繩或股或鋼絲對外部作用的抵抗能力。當扁鋼絲繩由于沖擊而變形后，導致鋼絲繩運行狀態(tài)和軌跡發(fā)生變化，應(yīng)及時更換鋼絲繩。

（5）穩(wěn)定性

穩(wěn)定性通常是指扁鋼絲繩的使用和工作性能。扁鋼絲繩不但合繩時充分利用變形器消除子繩捻制應(yīng)力，而且編織成繩后再次使用變形器消除繩內(nèi)編織殘余應(yīng)力，使扁繩更加穩(wěn)定。

（6）彎曲性

彎曲性是指鋼絲繩彎曲成弧的難易程度。影響彎曲性能的首要因素是鋼絲繩的規(guī)格，其次是繩股的結(jié)構(gòu)、技術(shù)成份等。

（7）殘余應(yīng)力

殘余應(yīng)力是由于在鋼絲繩的形成過程中，各種各樣的變形引起的應(yīng)力殘余。扁鋼絲繩都經(jīng)過子繩和成繩后的適當處理，使繩中的殘余應(yīng)力降到最低。

（8）安全使用鋼絲繩

安全使用鋼絲繩在生產(chǎn)和生活中都具有非常實際的意義。鋼絲繩在我們生產(chǎn)生活中都有應(yīng)用的場合，安全使用鋼絲繩可以降低不必要的損失。

扁鋼絲繩引起的安全事故主要是緯繩的腐蝕、斷裂，也包括附件如接頭、拉扣等的脫落。用戶使用扁鋼絲繩防止事故的發(fā)生，必須作到以下幾點：

① 使用的扁鋼絲繩其最小破斷拉力必須大于或等于工作所需要的強度。用戶在選用時必須確保這一點。

② 定期檢查扁鋼絲繩。

定期檢查扁鋼絲繩外表面磨損程度和斷絲情況，在鋼絲繩一個捻距內(nèi)斷絲數(shù)目與鋼絲總數(shù)之比達到10%時，要更換鋼絲繩。

扁鋼絲繩內(nèi)部檢查：扁鋼絲繩外表難以發(fā)現(xiàn)斷絲，需用長釘在兩股中間撬開，如圖3。

圖3 扁鋼絲繩內(nèi)部檢查

③ 當安裝新扁鋼絲繩時，必須在沒有承載的情況下先運行一段時間，然后在確定的載荷下使用尾繩， 正確倒繩示意圖，如圖4。

圖4 倒繩示意圖

如鐵輪包裝，可在輪中心孔穿上軸將鐵輪架起，使輪轉(zhuǎn)動，向外拉繩，使繩圖水平轉(zhuǎn)動向外拉繩，防止繩扭曲。倒繩時將繩輪1和準備纏繞新繩的輪2都架好。兩輪之間墊上木板，防止鋼絲繩與地接觸。上繩時必須緩慢而且小心。

卷繩時保證第一層緊密結(jié)合，因為第一層是卷取其他層鋼絲繩的基礎(chǔ)，只有第一層貼合緊密，方能在工字輪上卷出良好的鋼繩。

④ 多層纏繞保證有足夠的張力。這對于纏繞出良好的鋼絲繩是十分必要的，如果不是這樣，那么底下的鋼絲繩比上面的松懈，將導致繩中出現(xiàn)難以估計的損傷，纏卷時的張力最好是鋼繩破斷拉力的1～2%。保證卷裝緊密、平整的扁鋼絲繩。

2 扁鋼絲繩的結(jié)構(gòu)

扁鋼絲繩最顯著的特點是由6條或8條子繩編織而成，子繩全為交互捻法。

2.1 扁鋼絲繩的組成

扁鋼絲繩由6條或8條子繩左交互捻與右交互捻交替排列，用緯繩在兩側(cè)交叉編織。子繩由四股圓股組成無繩芯，子繩股芯分為鋼芯和纖維芯。

2.2 扁鋼絲繩的尺寸測量

扁鋼絲繩的尺寸為寬度和厚度的測量，測量寬度應(yīng)包括緯繩，厚度包括緯繩橫向穿過部位。

2.3 扁鋼絲繩的彎曲剛度

扁鋼絲繩的彎曲剛度也叫可繞性，它是表示鋼絲繩柔軟程度的物理量。扁鋼絲繩的彎曲剛度會體現(xiàn)出較大差異。

2.4 鋼絲繩的破斷拉力與鋼絲的破斷拉力總和

鋼絲破斷拉力總和是指扁鋼絲繩中所有鋼絲的拉斷力總和。鋼絲繩中鋼絲因捻制而使其強度降低就叫做捻制損失。但一般討論鋼絲繩的抗拉強度的損失，它是由于鋼絲繩中拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲和應(yīng)力集中的綜合作用所造成的。

3 扁鋼絲繩的安裝

扁鋼絲繩在多種場合的使用過程中，受到外界的磨損，腐蝕等等，到使用期限時，必須更換新繩。豎井平衡扁鋼絲繩的更換，一般在礦井的井下作業(yè)，其安裝方法分為以下幾個步驟：

第一步：準備好安裝扁鋼絲繩的適用工具，將新繩放入罐籠運到下井進口。

第二步：將新扁繩吊起放在運輸車輛上，拉出一段扁鋼絲繩準備與下井口處的罐籠或箕斗下方的桃型環(huán)進行懸掛連接。

第三步：切割連接在罐籠、箕斗上的舊尾繩，拆除板卡。

第四步：按規(guī)定數(shù)量的板卡，將新扁鋼絲繩固定到罐籠或箕斗上。

第五步：懸掛新繩回收舊繩。

第六步：連接新扁鋼繩另一繩頭，操作方法同步驟三、四。

注意：平衡用扁鋼絲繩的長度，應(yīng)能滿足罐籠或箕斗過卷，或在提升容器下部吊運長材料或長設(shè)備的需要。扁鋼絲繩不得被水淹，也不許有托繩現(xiàn)象。

4 扁鋼絲繩的使用與操作

扁鋼絲繩是一種結(jié)構(gòu)消耗品，正確和良好的使用操作會延長扁鋼絲繩的使用時間，降低生產(chǎn)成本。在使用前，要作好扁鋼絲繩的檢查工作，對存在問題的繩根據(jù)其狀況，選擇是否繼續(xù)使用。

（1）使用時避免突然的沖擊和承載，保持操作平穩(wěn)；

（2）定期補油，防止扁鋼絲繩工作在無油狀態(tài)；

（3）定期檢驗扁鋼絲繩的使用情況，對發(fā)現(xiàn)問題的扁鋼絲繩根據(jù)其狀況進行相應(yīng)處理；

（4）定期檢驗扁鋼絲繩相關(guān)設(shè)備和設(shè)施的使用情況，對有可能影響到扁鋼絲繩使用壽命的設(shè)施和設(shè)備進行更換，或者采取方式將這種損害降低到最小程度。

（5）扁鋼絲繩和其附件的連接處是最有可能導致扁鋼絲繩失效的地方。在裝配時必須按照相應(yīng)的操作規(guī)范進行。

5 扁鋼絲繩故障分析與排除

平衡扁鋼絲繩在使用過程中或多或少會發(fā)生損傷及損耗，在某些情況下，扁鋼絲繩通過維護、維修，仍然可以延長使用壽命，以下是一些操作破壞的典型情況：

5.1 平衡扁鋼絲繩常見的應(yīng)力集中“S彎狀”

形成原因：

（1）在懸掛或安裝時，因操作配合不當導致扁鋼絲繩某處的余積過多，或卡在某處急拉硬拽，而造成扁鋼絲繩的應(yīng)力集中，彎曲成S狀態(tài)。

（2）扁鋼絲繩正常升降運行時，在某一點處經(jīng)常碰撞而造成的彎力集中點。

（3）因緊急停車導致平衡扁繩在井筒內(nèi)垂直升降的貫性而反復(fù)疊落在下井筒中的防護梁上，形成的折疊形的多個S彎曲狀。

避免與排除方法：

在懸掛或安裝時人和機械要熟練配合，針對扁繩運行時的碰撞規(guī)律，加強維護井筒中的設(shè)施，杜絕緊急停車現(xiàn)象。

5.2 平衡扁鋼絲繩的扭結(jié)現(xiàn)象

形成原因：主要是絞車在全速運行提升時突然緊急停車，造成平衡扁鋼絲繩在下部的尾繩環(huán)處，因垂直的貫性運動，導致扁鋼絲繩反滾扭轉(zhuǎn)一周，造成扁繩扭結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。

避免與排除方法：杜絕絞車重載時緊急停車，加強絞車電器的檢修與維護，及時檢查懸掛的尾繩狀態(tài)。

上述失效情況的主要原因在于扁鋼絲繩的使用不當，用戶在使用中要避免這些缺陷的發(fā)生。

5.3 關(guān)鍵破壞點

檢查扁鋼絲繩時要注意幾個關(guān)鍵破壞點，見圖5。

5.4 拖繩生銹

主井井底保持清潔，如掉其他雜物及時清理，以防拖繩；井底積水及時排放，以防浮力導致的扁繩扭結(jié)或扁繩過水銹蝕。

5.5 扁鋼絲繩互碰

扁鋼絲繩U型彎底部，兩條或多條扁繩不應(yīng)一樣長度，應(yīng)適當錯開一定的距離，減少停車后相互碰。

圖5 扁鋼絲繩關(guān)鍵破壞點

6 鋼絲繩的保養(yǎng)和維護

（1）定期和隨時對附件及扁鋼絲繩組件進行檢查，如發(fā)現(xiàn)有破損現(xiàn)象應(yīng)及時更換。

（2）使用中應(yīng)確保附件轉(zhuǎn)動靈活，如發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動發(fā)澀、曠動或有異常聲響，應(yīng)及時向附件加注潤滑脂或采取其它有效措施。

（3）檢查扁鋼絲繩應(yīng)著重觀察斷絲、磨損、扭結(jié)、銹蝕等情況，尤其距離扁鋼絲繩繩頭25～35m之間，此段距離的鋼絲繩更易發(fā)生銹蝕、斷絲。對某些磨損、斷絲較為嚴重但尚未超標的位置，要做上記號，以便重點檢查。