礦山豎井提升鋼絲繩安全系數(shù)計算分析

鄒利祥

摘要：礦山安全最大的威脅之一是提升系統(tǒng)出現(xiàn)斷繩事故，導致墜罐事故發(fā)生。事故后果非常嚴重，會導致人員傷亡或井筒設備嚴重損壞。近年來礦山提升系統(tǒng)鋼絲繩斷裂事故時有發(fā)生，其中斷繩事故時有發(fā)生，主要原因是鋼絲繩選用不合理及主要設備維護、檢查、保養(yǎng)不到位造成，本文主要按GB16423-2020<< 金屬非金屬礦山安全規(guī)程 >> 國家標準有關規(guī)定從鋼絲繩安全系數(shù)方面具體分析，應用相關定理，公式結(jié)合物理方面知識校驗使用鋼絲繩是否符合國家安全標準。

關鍵詞：豎井提升重要鋼絲繩安全系數(shù)計算方法研討

2020 年 10 月 11 日國家標準化管理委員會發(fā)布《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》（CB16423-2006），是金屬非金屬礦山安全生產(chǎn)的技術基礎，是各級安全監(jiān)管部門依法監(jiān)管的技術準則，有關具體數(shù)量要求部分全部為國家強制標準。 2021 年 9 月 1 日實施。其中井下豎井提升鋼絲繩和連接裝置部分提出以下規(guī)定：

6.4.6.2 提升鋼絲繩，懸掛時的安全系數(shù)應符合下列規(guī)定： 單繩纏繞式提升鋼絲繩：

——專作升降人員用的，不小于 9.0;

——升降人員和物料用的，升降人員時不小于 9.0，升降物料時不小于 7.5;

——專作升降物料用的，不小于 6.5。多繩摩擦提升鋼絲繩：

——升降人員用的，不小于 8.0;

——升降人員和物料用的，升降人員時不小于 8.0，升降物料時不小于 7.5;

——升降物料用的，不小于 7.0;

——平衡尾繩，不小于 7.0。

其中井下豎井提升提升裝置部分提出以下規(guī)定：

6.4.8.2摩擦輪式提升機的卷筒和天輪與鋼絲繩直徑比值應符合下列規(guī)定：

——塔式提升機的摩擦輪直徑：導向輪時不小于 100，無導向輪時不小于 80;

——落地安裝的摩擦輪式提升裝置的主導輪和天輪不小于 100;

--- 塔式提升機的導向輪直徑：不小于 80;

6.4.8.1 纏繞式式提升機的卷筒和天輪與鋼絲繩直徑比值應符合下列規(guī)定：

——用作豎井、斜井和鑿井提升的、不小于 60

——排土場的提升或運輸裝置的卷筒和導向輪，不小于 50;

——懸掛吊盤、吊泵、管道用絞車的卷筒和天輪，鑿井時運料用絞車的卷筒，不小于 20;

以上兩項規(guī)定是井下提升設備初裝階段對提升機鋼絲繩選用提出的國家強制要求，必須按兩項符合規(guī)定選用安裝，其中有關繩徑比主要考慮鋼絲繩在卷筒，天輪，導向輪上的彎曲疲勞要求，依據(jù)使用設備按要求選用即可。本文主要分析鋼絲繩安全系數(shù)計算校核。下面以實例分析豎井單繩纏繞式提升機和斜井單繩纏繞式提升用鋼絲繩安全系數(shù)是否符合安規(guī)要求。

豎井提升鋼絲繩安全系數(shù)及徑繩比校核計算需符合以下計算公式：

1.1.1豎井介紹及基本參數(shù)：我公司一分礦盲豎井提升設備為單繩纏繞

式雙卷筒提升機（中信重工 JTK-2.5×1.3/11.5），于 2004 年建成投運。井深 500 米鋼絲繩使用鞍鋼鋼繩有限公司線接觸鋼絲繩型號 6×26ws+NF.鋼絲繩直徑 432. 每米重 3.92kf，鋼絲繩破斷拉力之和 787.4KN。豎井管道使用鋼木復合管道。罐籠自重及楔形繩環(huán)（連接裝置）重 3120kf. 配重 6.0 噸。

1.1.2提人狀態(tài)時鋼絲繩安全系數(shù)，按設定最多提人數(shù) 9 人，每人平均體重 70kf 估算。將參數(shù)代人公式計算：

0q=787.4KN 鋼絲繩破斷拉力之和（鋼絲繩檢驗報告獲取） M 人鋼絲繩安全系數(shù)

C=3120kf 罐籠自重及楔形繩環(huán)質(zhì)量N=9 最多每次乘坐人數(shù)

C0=70kf 平均每人質(zhì)重

L=530 米 豎井最大提升深度與井口至天輪高度之和P=3.92kf （ 檢驗報告數(shù)據(jù)計算或?qū)崪y）

C=9.8N/kf 重力常數(shù)

1.1.3提物狀態(tài)時鋼絲繩安全系數(shù)，按實際三層罐籠提三礦車礦計算， 礦車容積為 0.66 立方米，每車礦石及礦車質(zhì)量和 1800kf 估算。將參數(shù)代人公式計算：

N=3 提升礦車數(shù)量

C0=1800kf 每車礦車質(zhì)量和礦石質(zhì)量之和

結(jié)論：該豎井鋼絲繩提人狀態(tài)和提人狀態(tài)時鋼絲繩安全系數(shù)符合CB16423-2020< 金屬非金屬礦山安全規(guī)程 33 第 6.3.4.3 條規(guī)定。

1.1.3 鋼絲繩直徑與卷筒直徑的正確搭配。卷筒和天輪的直徑對鋼絲繩的使用壽命有直接影響，因為卷筒或天輪的直徑太小，鋼絲繩直徑大在 卷筒和天輪處的彎曲度就會很大，在提升機工作過程中，鋼絲繩會反復受 到這種大幅度的彎曲拉伸作用，損壞也就很快，因而 CB16423-2006<< 金屬非金屬礦山安全規(guī)程 33 第 6.3.5.1 條對提升機徑繩徑比有明確規(guī)定，比值選取過小鋼絲繩彎曲度大容易疲勞出現(xiàn)斷絲，從經(jīng)濟方面考慮也會增加投人，比值選取過大說明繩直徑越小容易出現(xiàn)斷繩事故。所以正確選用徑繩比非常重要，一般不要隨意更改設計選用鋼絲繩直徑。下面是我公司一分礦豎井提升機鋼絲繩經(jīng)繩比校驗計算，卷筒直徑 2.5 米，鋼絲繩型號6×26ws+NF. 鋼絲繩直徑 432，由公式計算得：

結(jié)論：該豎井提升機鋼絲繩選用符合 CB16423-2020<< 金屬非金屬礦山安全規(guī)程 33 第 6.3.5.1 條規(guī)定。

結(jié)束語：礦山企業(yè)豎井提升系統(tǒng)是礦山主要運輸系統(tǒng)，必須高度重視設備管理，提升系統(tǒng)鋼絲繩安全系數(shù)必須達到國家安規(guī)規(guī)定要求以上，提 升設備安裝以前需依據(jù)提升要求重量及選用鋼絲繩規(guī)格測算安全系數(shù)，由于設備運轉(zhuǎn)時鋼絲繩在豎井上下移動測算時必須考慮鋼絲繩在豎井一側(cè)時重量，一般提物重量是配重側(cè)重量減去提物容器重量的兩倍重量。當提升超正常重量時可增加配重重量來實現(xiàn)，在這種情況是要考慮三個因素，一 是提升機械及電氣設備在提升機卷筒上輸出的最大轉(zhuǎn)矩力大于提升重量， 二是鋼絲繩的安全系數(shù)，三是提升加速階段加速度值要小，加速度加速力 由提升速度與提升重量參考牛頓第二定律計算。要求鋼絲繩最小破斷拉力必須遠遠大于加速力與提升重量之和。提升機正常運行時加速階段由于產(chǎn)生加速力，使鋼絲繩受力加大受力之和為提升重量，加鋼絲繩重量和加速力三者之和，因此要求豎井提升機加速度不超過 0.75 米每秒。本文主要分析靜態(tài)狀態(tài)下懸掛時鋼絲繩安全系數(shù)。動態(tài)狀況下鋼絲繩安全系數(shù)目前沒有具體要求。但可以依據(jù)提升階段加速度數(shù)值進行動態(tài)分析，此時鋼絲繩重量需使用運行時間變量用積分計算，最終動態(tài)安全系數(shù)是一個以運行時間作為變量的函數(shù)值依據(jù)運行時間變化的變量。因此豎井提升鋼絲繩安全系數(shù)不僅要考慮靜態(tài)狀況下鋼絲繩安全系數(shù)，還要綜合考慮加速階段加速力數(shù)值?？傊V山提升設備安全管理要電氣，機械各方面技術管理到位， 加強日常檢查維護保養(yǎng)工作，不論各個環(huán)節(jié)必須達到國家安全管理規(guī)程要求。才能避免安全事故發(fā)生。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》2020-10-11：39

[2]劉永仁 《淺談豎井提升鋼絲繩安全系數(shù)》發(fā)表于《煤礦機電》1994- 1：31

（3] 趙梅 《煤礦提升用鋼絲繩安全系數(shù)計算方法探討》發(fā)表于《煤礦安全》2007-03：62-64 編號 1003-496x（2007）03-0062-03

[4] 李玉瑾 寇子明 《立井提升系統(tǒng)鋼絲繩安全系數(shù)研討》發(fā)表于《煤炭科學技術》2015 第 3 卷第 2 期 96-100