千米深井提升机钢丝绳提高使用寿命的探讨

2013-01-26张晓

中国煤炭工业 2013年5期

文/张晓

一、项目概述

冀中能源峰峰集团磁西一号矿井位于河北省邯郸市磁县境内，峰峰矿区九龙矿东北侧，井田煤层埋藏深度为1000～1500m，设计产能180 万吨/年。磁西一号矿井是峰峰矿区向深部开发的第一个井田，其成功开发将为矿区其他深部区域的开发提供技术储备，从而解放深部呆滞煤量，延长矿区服务年限，对峰峰集团的可持续发展意义十分重大，为我国深部找矿工程的持续推进提供可靠的装备保障。

磁西一号矿井是目前国内最深的井工矿井，副井井筒深度达到1340m。近年来，峰峰集团磁西筹建处与中煤邯郸设计工程公司组成专题考察组，对国内外较典型的千米深井提升系统进行了现场考察，在实际考察中发现千米深井提升机主提升钢丝绳使用寿命短这一问题。在《煤矿安全规程》中规定，摩擦轮式提升钢丝绳使用时间不超过两年，在我国浅部矿井全部适用，甚至可以根据实际使用情况延期一年。而在实际使用中，有的千米深井钢丝绳使用时间只有4～5 个月，换绳频繁，严重影响了矿井的安全生产。

二、钢丝绳使用情况及分析

考察组先后对国内已经运行的超千米井工矿井唐口矿、孙村矿、庞庄矿张小楼井、冬瓜山铜矿，国外的南非KAREE 4 号铂金矿、PALABORA MINING 铜矿等，进行了实地考察。例如唐口矿提升高度为1050m 左右，孙村矿提升高度近1000m。国外千米深井提升实例较多，技术也比较成熟，如南非KAREE4 号铂金矿井筒垂深1365m，装备一对22.5t 箕斗，提升速度18m/s；主井提升高度1279m，装备一对32t 箕斗，提升速度18m/s。经过实地考察和数据研究，考察组掌握了大量一手资料，认为千米深井提升系统设备技术已经成熟、运行可靠，但是一些关键环节需要进一步完善。

目前，在多绳摩擦提升机上使用最多的为三角股同向捻钢丝绳，在实际使用中对比发现，唐口、张小楼井和冬瓜山铜矿的三个矿井井深均在1000m 以上，但提升钢丝绳使用情况却大为不同：唐口煤矿钢丝绳使用寿命满足两年以上的要求；而张小楼井和冬瓜山铜矿钢丝绳使用寿命仅有4～6 个月。频繁的换绳不仅增加了费用，而且严重影响了矿井正常生产。

张小楼井和冬瓜山铜矿钢丝绳主要失效形式是断丝，产生断丝的位置主要在钢丝绳经过摩擦轮和导向轮的主加速段。考察组经过缜密研究分析认为：发生断丝情况的原因不是钢丝绳的制造质量有问题，因为冬瓜山铜矿各种钢丝绳均使用过，有英国绳，德国绳，还有多个厂家的国产绳，但换绳后绳的寿命没有明显提高。考察组进一步分析认为：此断丝原因在于提升系统的设计不合理，也就是提升机摩擦轮和导向轮之间的距离设置不合理，由于这一间距太短，容易造成钢丝绳在短时间内的反复弯曲变形，从而产生断丝破坏。相反的，落地式提升系统摩擦轮和天轮之间的距离较长，不会造成钢丝绳在短时间内反复弯曲变形从而产生断丝破坏。这一分析结论从实际考察的三个矿井钢丝绳使用情况和数据得到证实，唐口煤矿是落地式提升系统，因此其钢丝绳使用寿命较长，而张小楼井主井和冬瓜山铜矿主井都是塔式提升系统，其摩擦轮和导向轮之间的距离太短，只有6m左右，钢丝绳使用寿命仅有4～6 个月。

以往在设计塔式提升系统时，对于摩擦轮和导向轮之间的距离只考虑摩擦轮上钢丝绳围包角要求，没有考虑提升速度因素，因而这一间距设计都较短，这对于井深较浅、速度较低的塔式提升系统影响尚不明显；但对于井深很深、速度很高的塔式提升系统，影响就会很大。

除了装备的设计对钢丝绳使用寿命有影响外，钢丝绳自身结构对使用寿命也有较大影响：三角股和圆股同向捻钢丝绳自身抗扭转能力差，随着提升高度的延长，自身扭转力越来越大，当达到极限时，就会出现扭转疲劳，造成断丝。

另外，深井提升系统调绳问题也影响钢丝绳的使用寿命。考察组考察发现，张小楼井主井和冬瓜山铜矿主井调绳、修正摩擦衬垫绳槽频繁，平均每周一次以上，主要原因是：

1.由于提升高度大、绳距长，新绳挂绳后，弹性伸长量大，而自动平衡装置的调节行程有限，导致频繁调绳。

2. 新绳挂绳后，初始阶段弹性伸长量较大，调绳时间间隔较短，经过一段时间的使用，弹性伸长逐渐减少，不需要再频繁调绳。但由于张小楼井和冬瓜山铜矿这两个矿钢丝绳使用寿命太短，所以钢丝绳弹性伸长还达不到稳定阶段就必须换绳，使得钢丝绳总是处于弹性伸长量最大状况，从而导致频繁调绳。

3.由于不能及时调绳，导致自动平衡装置失效和各钢丝绳张力不平衡增大，使得各绳槽产生不均匀磨损，需要经常性车绳槽，缩短了摩擦衬垫使用寿命。