煤礦用鋼絲繩安全性能校驗探究

來源：網(wǎng)絡(luò)|發(fā)布時間：2022-05-13 15:57:10| 瀏覽數(shù)：...

在煤礦井下運輸過程中，鋼絲繩發(fā)揮著重要的作用。然而，在井下機電運輸設(shè)備運行過程中，鋼絲繩有時會發(fā)生斷裂，非常不利于煤礦的安全生產(chǎn)。因此，對煤礦用鋼絲繩的安全性能進行校驗顯得十分重要4在過去，鋼絲繩的安全性能主要采用拆股和整繩斷裂法進行校驗。對鋼絲繩的安全性能進行校驗關(guān)系到鋼絲繩的使用壽命。在使用過程中，鋼絲繩會出現(xiàn)疲勞，這會導(dǎo)致鋼絲繩的抗拉能力急劇減弱。本文圍繞煤礦用鋼絲繩安全性能分析方法展開分析，探討了實際生產(chǎn)過程中鋼絲繩的校驗。

1煤礦用鋼絲繩使用安全影響因素確保媒礦用鋼絲繩的安全性對礦井安全生產(chǎn)有著重要的意義。影響鋼絲繩安全的因素有很多，主要與鋼絲繩的制造、選型、設(shè)計、檢測、管理以及鋼絲繩的工作環(huán)境有關(guān)。a）制造。鋼絲繩盤條的純度要求比較高，純度越高，抗疲勞性就越好，鋼絲繩就越耐用。

b）選型。在選擇鋼絲繩時，要選擇鋼絲根數(shù)多且直徑比較細(xì)、外絲直徑大的鋼絲繩，其抗疲勞性更好。c）設(shè)計。在鋼絲繩設(shè)計過程中，首先要保證繩徑比不低于設(shè)計規(guī)范值，同時鋼絲繩的繩槽槽形和弧底半徑要符合設(shè)計規(guī)范。為了防止鋼絲繩的彎曲應(yīng)力過大，設(shè)計時其圍包角要大于60°。d）日常檢測與管理。在鋼絲繩使用過程中，應(yīng)盡量避免超速和沖擊加載，防止加快鋼絲繩的磨損速度，同時還需要加強日常管理與維護，做好鋼絲繩的潤滑和防腐蝕。e）鋼絲繩的工作環(huán)境。在潮濕、高酸堿度等環(huán)境下，鋼絲繩腐蝕會加速，從而影響鋼絲繩的性能，縮短鋼絲繩的使用壽命。

2煤礦用鋼絲繩安全性能分析方法

2.1安全系數(shù)法

由于使用的場合不同，對安全系數(shù)計算的標(biāo)準(zhǔn)也不一致?！睹降V安全規(guī)程》的鋼絲繩安全系數(shù)如表1所示。由此可以發(fā)現(xiàn)，鋼絲繩的安全系數(shù)隨著懸掛長度的增加而減小。

表1煤礦用鋼絲繩的安全系數(shù)表類別用途|安全系敬最小值專為人員升降|9.2-0.0005H穿擦式|人員混合物料|9.2-0.005H提升裝置人員混念物82-0005/

物料 |7.2-0.000 5H注；/為鋼絲繩懸掛長度，m在一些設(shè)備運行過程中，會產(chǎn)生較大的沖擊力，這種沖擊力傳遞到鋼絲繩上也可能導(dǎo)致鋼絲繩斷裂。例如，礦井主井提升變速過程會對鋼絲繩產(chǎn)生較大的沖擊力。在考慮沖擊力的情況下，鋼絲繩的安全系數(shù)m可以表示為：

式（1）中，.為鋼絲繩沖擊系數(shù)；A為鋼絲繩的殘余破斷系數(shù)。

2004年德國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會對鋼絲繩的安全性進行了規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)得到了歐美眾多國家的認(rèn)可，目前已經(jīng)成為鋼絲繩選型的重要參考。但是，該標(biāo)準(zhǔn)并未直接給出安全系數(shù)，只是給出了鋼絲繩破斷力計算公式：

R.K式（2）中，F(xiàn).為最小破斷力，kN；d為鋼絲繩的直徑，mm；R，為鋼絲繩對應(yīng)的應(yīng)力級別，N/mm；K為最小破斷力系數(shù)。

鋼絲繩的最小破斷力系數(shù)K與鋼絲繩的類型有關(guān)，如表2所示。

表2不同類型銅絲線的最小破斷力系數(shù)K

03142.2統(tǒng)計分析法

安全系數(shù)法雖然為煤礦用鋼絲繩的安全性能提供了一種簡單的評價方法，但是在實際生產(chǎn)過程中光依靠安全系數(shù)法有時還難以評價。這是因為鋼絲繩在使用過程中，其性能還受到其他因素的影響，主要有兩個方面：a）鋼絲繩的內(nèi)因，主要是鋼絲繩的合格情況；b）鋼絲繩的外因，主要是使用的環(huán)境，例如濕度、酸堿度以及操作習(xí)慣等。為此，研究者對內(nèi)因和外因造成的影響進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)一些關(guān)鍵參數(shù)的結(jié)果是呈正態(tài)分布的，如圖1所示。

L心

0.鋼絲愿強度；下鋼絲遠(yuǎn)載荷。

圖1鋼絲繩的可靠應(yīng)力分布圖

在圖1中，兩種曲線交又部分的面積表示的是鋼絲繩的載荷已經(jīng)超過鋼絲繩最小破斷力的情況，此時鋼絲繩最容易發(fā)生斷裂。為此，可以用可靠性系數(shù)R來進行度量。這種方法被稱為“統(tǒng)計分析法”。

3礦井提升機鋼絲繩安全性能校驗分析在煤礦生產(chǎn)中，鋼絲繩在提升機中的應(yīng)用更為普

遍。下面以山西A煤礦提升機上的鋼絲繩為例，對鋼絲繩的安全性能進行校驗。

3.1鋼絲繩的受力分析

目前，經(jīng)常使用的多繩礦井提升機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在運行過程中，A容器勻速上升，B容器勻速下降。

L.

L提升高度；L.罐A到井簡上場的距費；L。罐籠A到升簡感藥的距離：L、增籠B到務(wù)而上弟的距高：1，城范B到井簡上場的距費；Ls.

1、螺發(fā)加論、減違段的距高：C，D，E.最籠這度交化的分界點。

圖2礦井捉升機結(jié)構(gòu)簡圖

由于鋼絲繩的質(zhì)量與容器的質(zhì)量相比而言較小，這里忽略了鋼絲繩自重的影響。則容器A和容器B所受的力FA和Fa為同：

F=（m+m，+nqut）g，（3）Fi-lmotnq（L-）lg，（4）式（3-式（4）中，ma為容器的自重，kg；mi為提升物體的質(zhì)量，kg；m為鋼絲繩的數(shù)量，根；g為鋼絲繩的單位長度質(zhì)量，ky/m；”為運行速度，m/s；1為運輸時間，s；g為重力加速度，取10m/s。

3.2鋼絲繩的應(yīng)力計算

若鋼絲繩的橫截面積為5，則A點處的應(yīng)力a、為；

0=A。（5）Fs。

由于鋼絲繩的提升高度為l，在A點處的最大力F.…n為：

F..=（mo+mr+ngL）g。（6）同理，可以得到B點處的最大力Fa.為：

F...=t（mutnqL）gs（7）顯然，A點處的最大拉力大于B點處的最大拉力，因此，只需要對A點處鋼絲繩的安全性能進行校驗即可。

3.3鋼絲繩的安全性能校驗

A煤礦礦井的提升高度為1000m，提升容器自重mo為201.最大提升質(zhì)量501。鋼絲繩的型號為6×36，

鋼絲繩的直徑為52mm，鋼絲繩的單位長度質(zhì)量q為10.2kg/m，鋼絲繩的最小破斷力F.為1.03306×10°N，鋼絲繩根數(shù)n2為2，可靠性系數(shù)R為0.85。根據(jù)表1和提升高度，可以得到礦井提升物料時的安全系數(shù)m為6.7。將以上數(shù)據(jù)代入式（6）中可得FA.…=

（20000+50000+2×10.2×1000）×10=9.04×10°N，進而可以得到提升機鋼絲繩的實際安全系數(shù)m'=11.4。與此同時，考慮其他的一些因素，采用統(tǒng)計分析法需要對安全系數(shù)重新進行評估，可得評估后安全系數(shù)m"=R·m'=

9.69。由此可見，最終得到的鋼絲繩安全系數(shù)為9.69，大于6.7。因此可以認(rèn)為在較長一段時間內(nèi)，鋼絲繩能滿足礦井提升的需要。

4結(jié)語

在煤礦生產(chǎn)中，確保鋼絲繩的安全性能至關(guān)重要。為此，需要對鋼絲繩的安全性能進行校驗，其目的是保障鋼絲繩的正常運行，避免安全事故的發(fā)生，延長鋼絲繩的使用壽命。介紹了鋼絲繩安全性能分析方法，主要包括安全系數(shù)法和統(tǒng)計分析法.探討了鋼絲繩安全性能的校驗過程，可以為煤礦用鋼絲繩的安全性能校驗提供一定的參考。近年來，隨著鋼絲繩檢測技術(shù)的不斷進步，無損檢測技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用.它將人工檢測與無損檢測相結(jié)合，可有效檢測出鋼絲繩的缺陷，從而提高鋼絲繩的安全性。