淺談千米深井提升鋼絲繩張力不平衡的調(diào)整與管控措施

導(dǎo)讀

某礦 1 號副井井口標(biāo)高 17.3 m，井底標(biāo)高 -1 150 m，提升高度達 1 200 m。該副井服務(wù)上、下兩個采區(qū)以及溜破系統(tǒng)，共 13 個水平。該礦選用 JKM-2.8×6 PⅢ 塔式多繩摩擦式提升機，采用單罐籠配平衡錘提升系統(tǒng)，配備低速直聯(lián)交流同步電動機、交-直-交變頻調(diào)速，PLC 控制。1 號副井提升機在運行過程中，鋼絲繩受力不平衡，導(dǎo)致鋼絲繩疲勞斷絲、斷股甚至斷繩，影響了 1 號副井的安全穩(wěn)定運行。本研究結(jié)合鋼絲繩使用與維護的理論和一些經(jīng)驗，探討影響提升鋼絲繩張力的各個因素，并對提升鋼絲繩的良好運行提出一些控制措施。

1 鋼絲繩工況

JKM-2.8×6PⅢ 塔式多繩摩擦式提升機的具體參數(shù)如表 1 所列。

1.1 鋼絲繩張力測量方法

將罐籠下放至最低停車位置 -1120 水平，配重停至井口。檢修人員站在 4 層檢修平臺上，用相同的力推動繩子后松手，用秒表計時。振動波沿著鋼絲繩向下傳播，傳至井下的罐籠后回彈。當(dāng)觀察到鋼絲繩突然晃動時，暫停秒表，并記錄測量的時間。

1.2 鋼絲繩反彈波現(xiàn)場測量

按照《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》6.3.3.15 的規(guī)定：運轉(zhuǎn)中的多繩摩擦式提升機，應(yīng)每周檢查一次主繩的張力，若各繩張力反彈波時間差超過 10%，應(yīng)調(diào)繩。該礦所用提升鋼絲繩的反彈波測量結(jié)果如表 2所列。

由表 2 可知：3 號繩的張緊力最小，反彈波時間最長是 21.48 s；4 號繩的張緊力最大，反彈波時間最短是 18.98 s；3 號、4 號繩的時間差是 2.51 s，超過平均時間 19.99 s 的 10%，此時，提升鋼絲繩的受力是不均勻的，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

2 XSZ 張力自動平衡主繩懸掛裝置

2.1 裝置結(jié)構(gòu)和工作原理

該礦選用 XSZ 型張力自動平衡主繩懸掛裝置，如圖 1 所示。它能時刻調(diào)整提升鋼絲繩的張力，以保證鋼絲繩受力均勻、一致。當(dāng)某一根鋼絲繩受力較大時，液壓缸活塞桿被壓縮，液壓缸內(nèi)的液壓油通過七通管進入受力小的液壓缸，受力大的鋼絲繩懸掛裝置變短，受力小的鋼絲繩懸掛裝置變長；如此動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)張力自動平衡。

2.2 加壓方法

鋼絲繩由于彈性塑性伸長，經(jīng)常需要加壓調(diào)繩。為減少截繩調(diào)罐次數(shù)，新舊鋼絲繩采用不同的加壓標(biāo)準(zhǔn)。

(1) 使用舊繩 舊鋼絲繩的塑性伸長變化不大，加壓標(biāo)準(zhǔn)是所有液壓缸伸出 1/2 即可。

(2) 使用新繩 新鋼絲繩塑性伸長變化大，兩端加壓標(biāo)準(zhǔn)是液壓缸伸出 1/4 為止。當(dāng)鋼絲繩塑性伸長至影響裝/卸載位置時，前期可通過加壓調(diào)整，如加壓已使兩端的液壓缸伸出量達 4/5 時，可收繩調(diào)整。收繩后，加壓仍為液壓缸伸出 1/4 為止，如此幾次，約需一個月時間，待鋼絲繩穩(wěn)定后，將兩端加壓至液壓缸伸出 1/2。

2.3 懸掛液壓缸活塞桿伸出量

馬城鐵礦 1 號副井采用 XSZ135×6 主繩懸掛裝置，單架懸掛的設(shè)計破壞載荷計為 1 350 kN，提升鋼絲繩為 6 根。懸掛液壓缸活塞桿行程為 0～ 685 mm；最大伸出量為 685 mm，此時液壓缸活塞桿伸出到極限；最小伸出量為 0 mm，此時液壓缸活塞桿收縮到極限。筆者將以該液壓缸活塞桿伸出量為例，來闡述影響鋼絲繩張力的具體因素及解決方法。

該液壓缸活塞桿伸出量的測量方法：①將罐籠停放在井口，測量罐籠側(cè)液壓缸活塞桿伸出量，并按照順序依次記錄；② 在井底配重側(cè)測量液壓缸活塞桿伸出量，并按照順序依次記錄；③測量完畢后，將配重提升至井口，罐籠降在井底，使用同樣方法再次分別記錄相應(yīng)活塞桿伸出量。測量結(jié)果如表 3 所列。

3 張力影響因素和管控措施

3.1 鋼絲繩長度偏差

如圖 2 所示，提升容器在井下時，4 號繩液壓缸活塞桿伸出量總和為 1 260 mm，6 號繩液壓缸活塞桿伸出量總和為 250 mm，其他鋼絲繩液壓缸活塞桿伸出量在 700 mm 左右；這說明相對其他鋼絲繩來說，4 號繩最長，6 號繩最短，此時兩繩之間的最大差為 1 010 mm。這個差值遠(yuǎn)超過液壓缸最大調(diào)整量 685 mm，說明提升鋼絲繩處于張力不平衡狀態(tài)。

針對因鋼絲繩長度偏差引起的張力不平衡，建議采用以下管控措施。

(1) 按照實際數(shù)據(jù)進行調(diào)繩，調(diào)繩時應(yīng)以最短鋼絲繩為基準(zhǔn)，進行收繩工作，確保各鋼絲繩繩長差在100 mm 左右。

(2) 調(diào)繩前，施工人員乘罐籠去 1120 水平，調(diào)整罐籠使其到達正常停車位置，確保停車位置準(zhǔn)確。

(3) 調(diào)繩前，施工人員下井觀測井底尾繩環(huán)的相對位置，確保尾繩環(huán)距離平臺 1 000～ 1 500 mm。

3.2 提升鋼絲繩偏躥問題

如圖 3 所示，罐籠在井口位置時，1 號、4 號、5 號繩液壓缸活塞桿伸出量是 685 mm，均已伸出到極限。但是 5 號繩在一次提升過程中，罐籠無論是在井口還是井下，均出現(xiàn)懸掛液壓缸活塞桿伸出到極限的狀況，這種問題叫做鋼絲繩偏躥。此時，鋼絲繩的張力是平衡的，不影響正常提升，可以通過加壓調(diào)整，但是加壓不能從根本上解決問題。導(dǎo)致鋼絲繩偏躥原因有很多，懸掛裝置側(cè)板與滑塊之間的摩擦因數(shù)、導(dǎo)向輪的慣性質(zhì)量、繩槽的深淺等等，很多因素共同作用導(dǎo)致鋼絲繩偏躥。

提升鋼絲繩偏躥時，建議采用以下管控措施。

(1) 以圖 2 為例，將液壓缸活塞桿已到下極限的罐籠提升到井口，關(guān)閉 1 號、2 號、3 號、4 號、6 號液壓缸與七通管之間的球閥，打開七通管總球閥，放掉 1/2 的液壓油，同時在井底配重側(cè)打開相應(yīng)的截止閥，使用加壓油泵充入 1/2 直油液。

(2) 強制加壓調(diào)整。將液壓缸活塞桿已到下極限的罐籠提升到井口，全部放掉一端的油液，提升機以0.5 m/s 的速度來回提升兩次，再調(diào)整壓力以加壓調(diào)整。

3.3 繩槽直徑的偏差

影響繩槽直徑出現(xiàn)偏差的原因：①新更換摩擦襯墊；② 摩擦襯墊繩槽積增摩脂或異物；③摩擦襯墊磨損、磨偏或直徑差超過 0.8 mm。具體原因需要根據(jù)具體情況確定。

3 張力影響因素和管控措施

3.1 鋼絲繩長度偏差

如圖 2 所示，提升容器在井下時，4 號繩液壓缸活塞桿伸出量總和為 1 260 mm，6 號繩液壓缸活塞桿伸出量總和為 250 mm，其他鋼絲繩液壓缸活塞桿伸出量在 700 mm 左右；這說明相對其他鋼絲繩來說，4 號繩最長，6 號繩最短，此時兩繩之間的最大差為 1 010 mm。這個差值遠(yuǎn)超過液壓缸最大調(diào)整量 685 mm，說明提升鋼絲繩處于張力不平衡狀態(tài)。

針對因鋼絲繩長度偏差引起的張力不平衡，建議采用以下管控措施。

(1) 按照實際數(shù)據(jù)進行調(diào)繩，調(diào)繩時應(yīng)以最短鋼絲繩為基準(zhǔn)，進行收繩工作，確保各鋼絲繩繩長差在100 mm 左右。

(2) 調(diào)繩前，施工人員乘罐籠去 1120 水平，調(diào)整罐籠使其到達正常停車位置，確保停車位置準(zhǔn)確。

(3) 調(diào)繩前，施工人員下井觀測井底尾繩環(huán)的相對位置，確保尾繩環(huán)距離平臺 1 000～ 1 500 mm。

3.2 提升鋼絲繩偏躥問題

如圖 3 所示，罐籠在井口位置時，1 號、4 號、5 號繩液壓缸活塞桿伸出量是 685 mm，均已伸出到極限。但是 5 號繩在一次提升過程中，罐籠無論是在井口還是井下，均出現(xiàn)懸掛液壓缸活塞桿伸出到極限的狀況，這種問題叫做鋼絲繩偏躥。此時，鋼絲繩的張力是平衡的，不影響正常提升，可以通過加壓調(diào)整，但是加壓不能從根本上解決問題。導(dǎo)致鋼絲繩偏躥原因有很多，懸掛裝置側(cè)板與滑塊之間的摩擦因數(shù)、導(dǎo)向輪的慣性質(zhì)量、繩槽的深淺等等，很多因素共同作用導(dǎo)致鋼絲繩偏躥。

提升鋼絲繩偏躥時，建議采用以下管控措施。

(1) 以圖 2 為例，將液壓缸活塞桿已到下極限的罐籠提升到井口，關(guān)閉 1 號、2 號、3 號、4 號、6 號液壓缸與七通管之間的球閥，打開七通管總球閥，放掉 1/2 的液壓油，同時在井底配重側(cè)打開相應(yīng)的截止閥，使用加壓油泵充入 1/2 直油液。

(2) 強制加壓調(diào)整。將液壓缸活塞桿已到下極限的罐籠提升到井口，全部放掉一端的油液，提升機以0.5 m/s 的速度來回提升兩次，再調(diào)整壓力以加壓調(diào)整。

3.3 繩槽直徑的偏差

影響繩槽直徑出現(xiàn)偏差的原因：①新更換摩擦襯墊；② 摩擦襯墊繩槽積增摩脂或異物；③摩擦襯墊磨損、磨偏或直徑差超過 0.8 mm。具體原因需要根據(jù)具體情況確定。

如圖 4 所示，1 號、3 號繩的液壓缸活塞桿伸縮是由繩槽直徑差過大造成的。罐籠側(cè) 1 號繩在井口時，活塞桿伸出量為 685 mm；在井下時，活塞桿伸出量為 100 mm；串動量為 580 mm。罐籠側(cè) 3 號繩在井口時，活塞桿伸出量為 80 mm；在井下時，活塞桿伸出量為 655 mm；串動量為 575 mm。提升機運行一個循環(huán)，懸掛液壓缸串動量大是典型的由繩槽直徑差造成的工況。主滾筒直徑大，繩槽深度淺，其圓周長也大，在單位時間內(nèi)，主滾筒上的鋼絲繩提升行程也大，導(dǎo)致提升鋼絲繩承受較大的張力。下放過程中，主滾筒繩槽深度深的，其圓周長也小，在單位時間內(nèi)鋼絲繩下放的行程小，導(dǎo)致鋼絲繩承受較小的張力。當(dāng)鋼絲繩的伸縮長度超過懸掛液壓缸的調(diào)整量時，鋼絲繩處于張力不平衡狀態(tài)，需要及時調(diào)整。

針對繩槽直徑偏差問題的最佳管控措施是車削襯墊。按照《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》6.3.3.15 規(guī)定：對主導(dǎo)輪和導(dǎo)向輪的摩擦襯墊，應(yīng)視其磨損情況及時車削繩槽；繩槽直徑差不應(yīng)大于 0.8 mm，襯墊磨損達 2/3 時，應(yīng)及時更換。當(dāng)繩槽深淺差超過 0.8 mm 時，應(yīng)該精車?yán)K槽。

繩槽偏差的測量方法主要有以下 3 種。

(1) 直接測量法 施工人員站在 4 層繩槽車削平臺上，在主滾筒擋繩板的同一水平面上拉一根鋼絲，用深度游標(biāo)卡尺測量各個繩槽的直徑。測量時，要在同一繩槽位置采用等分的方法，多次測量取平均值。6 根鋼絲繩所用摩擦襯墊的繩槽偏差 (相對深度) 測量結(jié)果如表 4 所列?？梢姡? 號繩槽最淺，5 號繩槽最深，繩槽深淺差超過 0.8 mm。精車?yán)K槽時，先車削 5號繩槽，再以 5 號繩槽為基準(zhǔn)車削其他繩槽，直到誤差小于 0.2 mm 為止。

如圖 4 所示，1 號、3 號繩的液壓缸活塞桿伸縮是由繩槽直徑差過大造成的。罐籠側(cè) 1 號繩在井口時，活塞桿伸出量為 685 mm；在井下時，活塞桿伸出量為 100 mm；串動量為 580 mm。罐籠側(cè) 3 號繩在井口時，活塞桿伸出量為 80 mm；在井下時，活塞桿伸出量為 655 mm；串動量為 575 mm。提升機運行一個循環(huán)，懸掛液壓缸串動量大是典型的由繩槽直徑差造成的工況。主滾筒直徑大，繩槽深度淺，其圓周長也大，在單位時間內(nèi)，主滾筒上的鋼絲繩提升行程也大，導(dǎo)致提升鋼絲繩承受較大的張力。下放過程中，主滾筒繩槽深度深的，其圓周長也小，在單位時間內(nèi)鋼絲繩下放的行程小，導(dǎo)致鋼絲繩承受較小的張力。當(dāng)鋼絲繩的伸縮長度超過懸掛液壓缸的調(diào)整量時，鋼絲繩處于張力不平衡狀態(tài)，需要及時調(diào)整。

針對繩槽直徑偏差問題的最佳管控措施是車削襯墊。按照《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》6.3.3.15 規(guī)定：對主導(dǎo)輪和導(dǎo)向輪的摩擦襯墊，應(yīng)視其磨損情況及時車削繩槽；繩槽直徑差不應(yīng)大于 0.8 mm，襯墊磨損達 2/3 時，應(yīng)及時更換。當(dāng)繩槽深淺差超過 0.8 mm 時，應(yīng)該精車?yán)K槽。

繩槽偏差的測量方法主要有以下 3 種。

(1) 直接測量法 施工人員站在 4 層繩槽車削平臺上，在主滾筒擋繩板的同一水平面上拉一根鋼絲，用深度游標(biāo)卡尺測量各個繩槽的直徑。測量時，要在同一繩槽位置采用等分的方法，多次測量取平均值。6 根鋼絲繩所用摩擦襯墊的繩槽偏差 (相對深度) 測量結(jié)果如表 4 所列。可見，1 號繩槽最淺，5 號繩槽最深，繩槽深淺差超過 0.8 mm。精車?yán)K槽時，先車削 5號繩槽，再以 5 號繩槽為基準(zhǔn)車削其他繩槽，直到誤差小于 0.2 mm 為止。

(2) 鋼絲繩標(biāo)記法 加壓使兩端液壓缸伸出 1/2為止，將罐籠和配重停在同一水平面上。施工人員在罐籠側(cè)的 2 層檢修平臺對同一水平面鋼絲繩做標(biāo)記，轉(zhuǎn)動滾筒 n 圈后，標(biāo)記繞過滾筒至配重側(cè)，施工人員在 2 層測量標(biāo)記差值。用相同方法測量 3 次后，取平均值，根據(jù)平均值計算繩槽直徑差。

(3) 液壓缸伸縮法 將配重側(cè)油管截止閥全部關(guān)閉，罐籠提升至井口，檢修人員站在罐籠頂部測量每根懸掛裝置墊塊到上限位的距離。將罐籠以 0.3 m/s的速度下放井底，下放過程中，檢修人員觀察并測量墊塊運行的最大距離，可根據(jù)運行距離計算出繩槽直徑差。

車削繩槽時，可以按下列公式的計算值對直徑較大的繩槽進行車削。

式中：r 為總進刀量，mm；Δh 為測定的繩槽差值，mm；φ 為滾筒直徑，m；H 為測量時鋼絲繩的行程，m。

車削滾筒襯墊的順序：先車削直徑最大的，車削后及時重新測定張力差，直到符合要求為止。

3.4 鋼絲繩的自身結(jié)構(gòu)

1 號副井提升機采用 6V×37+FC 型、三角股鋼絲繩，提升鋼絲繩采用一左一右捻向成對布置。三角股鋼絲繩自身抗扭性能較差，在使用過程中，鋼絲繩會在拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)力的作用下扭轉(zhuǎn)，帶動中板和壓塊扭轉(zhuǎn)，使壓板與側(cè)板兩側(cè)間隙產(chǎn)生變化，壓塊和側(cè)板摩擦力變大。自動平衡裝置不能及時調(diào)節(jié)，造成懸掛裝置自動調(diào)節(jié)功能響應(yīng)不及時。

因鋼絲繩自身結(jié)構(gòu)造成的張力不平衡，可采用以下措施：

(1) 調(diào)繩時，采取從兩側(cè)容器收繩的方式以釋放應(yīng)力；

(2) 在中板和墊塊接觸部分涂抹潤滑脂，以減少摩擦；

(3) 優(yōu)先考慮選用旋轉(zhuǎn)系數(shù)低或者不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，如圓股交互捻鋼絲繩。

3.5 鋼絲繩串動量超出液壓缸調(diào)節(jié)范圍

1 號副井井深 1 120 m，主提升滾筒直徑為 2.8 m，液壓缸最大調(diào)整行程為 685 mm。按照繩槽最大標(biāo)準(zhǔn)直徑差 0.8 mm 計算，提升機從井口運行至井下，提升滾筒轉(zhuǎn)動圈數(shù)

上述鋼絲繩的串動量是 639.95 mm，接近最大調(diào)整行程。在加壓調(diào)繩時，懸掛液壓缸的伸出量一般控制在 350 mm 左右，當(dāng)提升機運行至中段水平 600 m時，懸掛液壓缸已經(jīng)到極限位置，無法起到調(diào)節(jié)張力平衡的作用，液壓缸調(diào)節(jié)行程不合理。

當(dāng)鋼絲繩串動量超出液壓缸調(diào)節(jié)范圍時，建議采用以下措施。

(1) 適當(dāng)增加懸掛裝置調(diào)節(jié)行程。通過與設(shè)計單位溝通，該礦將副井鋼絲繩懸掛裝置進行改進，在確保安全穩(wěn)定的前提下，適當(dāng)調(diào)整液壓缸行程，以減少調(diào)繩次數(shù)。

(2) 將繩槽直徑差控制在 0.2 mm。當(dāng)繩槽直徑差為 0.2 mm 時，鋼絲繩的串動量 L=0.2 mm×2×3.14×n =160 mm，液壓缸的行程控制在 350±160 mm，以延緩懸掛液壓缸極限情況。當(dāng)繩槽直徑差超過 0.2 mm 時，應(yīng)及時車削繩槽。

3.6 懸掛裝置液壓元件滲漏

在提升機運行期間，如果懸掛裝置上的七通管、截止閥、液壓缸、油管等液壓元件出現(xiàn)滲漏，各部液壓缸將全部縮到極限位置，各根鋼絲繩張力嚴(yán)重不平衡，極容易發(fā)生單根鋼絲繩吃力、斷繩事故等。

當(dāng)七通管、截止閥、液壓缸等液壓元件滲漏時，應(yīng)立即組織更換。

4 結(jié)語

結(jié)合 1 號副井提升機的實際運行情況，詳細(xì)分析了影響鋼絲繩張力的因素，并制定了相應(yīng)的管控措施。鋼絲繩的長度偏差、偏躥、繩槽直徑偏差、結(jié)構(gòu)選型以及自動平衡主繩懸掛裝置的選型和維護，這些都是解決 1 號副井液壓缸達到極限狀態(tài)的重難點。本文所提到的各種管控措施，均在該礦的實際生產(chǎn)中得以應(yīng)用，可以在較短時間內(nèi)解決因各種因素導(dǎo)致的鋼絲繩張力不平衡的問題，提高了伸縮液壓缸的壽命，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，希望可以給同行技術(shù)人員在千米深井提升設(shè)備選型中提供有效的借鑒。此外，建議千米深井提升鋼絲繩選用圓股交互捻鋼絲繩，以減少扭轉(zhuǎn)力，并選擇合適的懸掛裝置來增加有效行程，使得各鋼絲繩張緊力平衡一致，確保提升機安全穩(wěn)定運行。