煤矿用高采煤机电缆加强控制线芯的设计与应用

杨云东

摘要：随着采煤技术的发展，大型煤机设备应用越来越广泛。采煤机多采用电缆供电方式，但在实际应用中，由于电缆线传输功率大、外径粗、距离长等特点，在使用过程中极易出现控制线芯断芯等情况，一旦出现此类问题，将会严重阻碍采煤效率，并存在极大的安全隐患。为此，本文在全面了解采煤机电缆控制线芯断芯原因的基础上，针对当前实际情况，提出了改进方案，以期延长电缆控制线芯使用寿命。

关键词：采煤机;电缆;控制线芯;断芯

引言

当前，我国煤炭行业所使用的采煤机软电缆存在一定缺陷，比如控制线芯易断芯、使用寿命不长等等，由于此类问题无法有效解决，将会严重制约采煤机生产效率。在采煤机电缆当中，控制线芯的主要作用为监控信号。然而，在电缆运行环节在频繁弯曲、拉伸等多种机械应力的影响，很容易出现控制线芯断裂问题，一旦控制线芯断裂，则监控保护作用也会随之消失，甚至会引发设备故障，无法转动，给用户带来严重的经济损失。

一、采煤机电缆控制线芯断芯的主要原因

通过大量实践发现，导致采煤机电缆线芯断芯的原因很多，主要包括以下几点：

第一，采煤机软电缆在使用时弯曲半径在标准规定要求以下，易断芯;

第二，电缆在长期、频繁过度弯曲、拉伸等两种以上应力的复合作用下，易断芯;

第三，绞合铜导体具有较小弹性，受拉作用下，很容易出现拉伸变形情况，一旦拉力消除，则无法恢复，加之，控制线芯导体截面比电缆主线芯导体截面小很多，因此，极易出现断芯问题。

第四，电缆线芯的加工至关重要， 如果加工工艺控制不当就会造成电缆质量出现问题。例如在电缆的加工当中， 要进行电缆的拉丝或者淬火处理， 以提高电缆的抗拉程度， 但是如果温度控制不当， 就会造成电缆线芯铜单丝的氧化过度， 从而造成其材质变脆， 再者在电缆挤绝缘后的硫化过程中， 如果进入水分或者绝缘材料高温释放出酸性物质， 也会造成内部铜丝的腐蚀， 从而影响了其断裂伸长率， 也降低了导体的耐弯曲性能。

二、采煤机电缆加强控制线芯设计思路

基于以往研究成果，通过多次考察和取样分析，在不改变采煤机软电缆结构的前提下，得出通过三方面改进设计，便能很大程度上抑制电缆控制线芯断芯，延长采煤机电缆的使用寿命。即①降低控制线芯所受弯曲应力;②加大控制线芯导体强度;③增加控制线芯间的相对滑移性。

一般情况下，降低控制线芯所受弯曲应力可采用两种方式，其一，增大截面积;其二，增加控制线芯的柔软性，但就实际情况来讲，由于电缆外径等因素的制约，很难实现增大截面积。不仅如此，从配电角度出发，采用增大截面积同样是不可行的，浪费资源。因此，本文在降低控制线芯所受弯曲应力时，采用了加大控制线芯柔软性的方法。

三、采煤机电缆加强控制线芯设计改进措施

1、加大控制线芯柔软性

按照煤矿用电缆相关规定要求，控制线芯截面不能低于2.5m㎡，芯数不能低于3芯。也就是说，控制线芯一般在3芯或者3芯以上，待成缆之后，可作为第四线芯和其他3根动力线芯进行绞合成缆，由此可见，电缆柔软性主要受控制线芯导体的柔软性及成缆节径比的影响。

在控制线芯导体截面不变的情况下，为了增大控制线芯导体的柔软性，可通过减小控制线芯导体的单丝直径，及增加导体单丝根数，并采取复绞结构的方式达到这一目的。此外，成缆节径比也会影响控制线芯导体的柔软性，当成缆节径比较小的情况下，将会增加控制线芯导体的柔软性。同时，在控制线芯成缆后，可将一根较大截面的橡皮垫芯设于中心处，并利用较低的成缆节径比，这样在使用采煤机的过程中，便能灵活控制电缆控制线芯的弯曲伸缩程度，减少控制线芯弯曲断芯的机率。

2、提高控制线芯导体的强度

在控制线芯导体截面不变的条件下，可将高强度纤维丝等材料掺加于导体，并通过复绞结构的方式，进一步提升采煤机电缆控制线芯导体的抗拉性能和强度。在采煤机电缆当中，于加强件而言，其关键在于如何控制最小拉断力。一般来讲，钢丝抗拉强度≥1300MPa，其1%伸长时，应力也可达到1200 MPa左右，相比铜的抗拉强度，要多出6倍以上。此外，纤维丝材料也具有伸长率小、抗拉强度大等优势。因此，将加强件设于电缆内，当受到外力拉伸时，首当其冲的承力部件，便是加强件，在此阶段，只要保证加强件抗拉强度满足标准，且不会被拉断，那么，就不会损坏电缆内的其他元件（也包括加强控制线芯），就能保证采煤机运转正常。

当钢丝和加强件束绞在一起时，将会遇到一些难题，比如，在硬度方面，铜丝比钢丝软，也就是说，钢丝的柔软性较差。若两者一起束绞，势必会出现两者松紧不一现象。但是作为加强件的纤维丝，则正好与钢丝相反，当纤维丝和铜丝一起束绞时，纤维丝比钢丝受力晚，此时很难发挥其加强功效。因此，作为加强件，无论是钢丝，亦或是纤维丝，都需要多根绞合之后才能使用，从而提升加强件的柔软性和抗弯拉能力。

3、增强控制线芯间的相对滑移性

在采煤机电缆使用环节，由于弯曲、拉伸次数多，控制线芯也将随之来回移动，在这一过程中，电缆控制线芯将受到一定阻力，当阻力越大时，则越容易出现控制线芯断芯问题。因此，想要避免断芯，就必须保证在弯曲、拉伸过程中，电缆控制线芯具有相对滑移性，保证应力可以迅速分散，且不会出现不均匀现象。为了有效解决此类问题，需按以下步骤操作：

（1）将滑石粉均匀涂抹到单根控制线芯外侧;

（2）在其外侧包裹缠绕一层耐高温滑移带;

（3）待控制线芯成缆之后，再次包裹一层加强无纺布。

通过这种方式，当受到外力时，控制线芯可以得到一定缓冲，避免受力过度。

四、结束语

综上所述，煤炭是我国最重要的能源物质。我国富煤贫油少气的能源格局，以及人们对核电安全的不确定。使得煤炭在社会发展中起着不可替代的作用。采煤机是煤矿开采的基础设备，是最重要的机电设备之一。采煤机故障将严重的影响矿井的生产效率。据相关数据显示，采煤机电缆故障占总故障率的18%，占比很大，不容忽视。控制线芯断芯是采煤机电缆常见故障之一，当控制线芯断裂，则其监控保护作用也会随之消失，甚至会引发设备故障，给用户带来严重的经济损失。为此，如何解决易断芯、使用寿命短等问题至关重要。通过加大控制线芯柔软性、提高控制线芯导体的强度及增强控制线芯间的相对滑移性等改进措施，使得采煤机电缆控制线芯使用性能大大增强， 不仅有效解决了断芯等问题， 而且提高了采煤机电缆的安全性和可靠性。

参考文献

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河南沈缆电缆有限责任公司，河南平顶山 467000