多绳摩擦式提升机立井平衡尾绳损伤、断绳原因分析与预防

多绳摩擦式提升机立井平衡尾绳损伤、断绳原因分析与预防

朱明辉 营龙

淮北矿业集团 桃园煤矿 安徽省宿州市 234000

平衡尾绳是提升系统的一个重要组成部分，在矿井提升的安全和经济运行中起着重要的作用。平衡尾绳正确使用、维护和更换，是延长钢丝绳使用寿命、保证安全、提高经济效益和社会效益的保证。平衡尾绳在煤矿立井多绳摩擦式提升机中主要是为平衡提升钢丝绳重力，获取等力矩而设置。使用过程中一般认为尾绳只承受自重，因而没有将尾绳和首绳进行同等级别的重视和管理，进而缩短了平衡尾绳的使用寿命，甚至出现断绳事故。

目前，淮北矿业集团公司各矿大多使用圆尾绳，尾绳的设计选型多为镀锌多层股钢丝绳，扁尾绳基本不再使用。淮北矿业桃园煤矿是一个中型矿井，有三个井筒，新副井是落地式多绳摩擦式提升机，提升高度825m，提升速度9m/s，井筒直径6.5m，新副井尾绳：34×7+NFZS φ42.mm、φ46mm两种规格；老副井井塔式多绳摩擦式提升机，提升高度548m，提升速度8m/s，井筒直径6.5m；老副井尾绳：18×7+NF φ40mm。主井井塔式多绳摩擦式提升机，提升高度606m，提升速度8.5m/s，井筒直径5m，主井尾绳：18×19S+NF φ40mm，通过对平衡尾绳的检查维护、管理使用，以及尾绳事故来剖析尾绳断丝、断绳发生的原因，以及需要采用的相应预防措施。

平衡尾绳损坏的部位主要容易发生在两处：一处是提升容器与尾绳卸力器杯形体连接部位，另一处是井筒窝底尾绳环回转的部位。

尾绳卸力旋转器的影响：

平衡尾绳卸力器的作用是通过推力轴承的卸力自动消除圆尾绳在提升过程中，由于长度和重量变化引起的扭转力。立井提升系统在高速运行时，平衡尾绳需要消除由旋转器旋转带动尾绳旋转产生的扭转力。当提升系统停止运行时，此时，处在井筒底部的弯曲尾绳回转部位距离尾绳卸力器长度最长，绳端载荷最大。该点尾绳所受的旋转力最大。旋转力对尾绳造成的内外绳股钢丝绳相互蠕动、磨损也在增加，外层股钢丝蠕动加剧了内、外层接触面的磨损。此外，交互捻尾绳接触旋转力在运行中反复加载和卸载，也导致钢丝绳产生不可逆的机械性能损伤。

尾绳卸力装置转动不灵活，甚至卡死不能旋转，致使钢丝绳的旋转力不能完全释放或者无法释放，形成交变扭力，外部钢丝最先断丝，窝底尾绳环处可能会发生扭结，并形成连锁反应。扭矩力对尾绳造成的内、外股钢丝绳绳股相对蠕动、磨损、扭转力集中，扭转力集中易产生疲劳，使金属变脆，产生损伤断丝，最后断绳。

平衡尾绳做头工艺的影响：

1.是用酸性液体清洗杯形体或钢丝绳时，残留有酸性物质，使钢丝绳头根部钢丝受到酸性腐蚀和锈蚀；

2.是巴氏合金熔化温度或杯形体预热、加热时温度过高，导致钢丝绳退火，强度降低，浇铸后的尾绳与卸力器杯形体连接处由于受热防腐油流失，造成该点缺油；

3.是杯形体内倒锥过长，插到杯形体下方，巴氏合金温度不够，浇铸不实，尾绳钢丝没有被熔化浇铸的巴氏合金完全包裹；

4.是浇铸巴氏合金时，没有使杯形体根部平面与尾绳垂直放置，钢丝绳中心线与连接装置的中心线未能保持平衡，挂绳后钢丝绳自由垂落时，致使运行时钢丝绳绳股受力不均匀，平衡尾绳抗拉强度和抗冲击强度降低。

2002年6月在对尾绳检查中发现老副井宽罐西侧尾绳卸力器杯形体与尾绳连接处根部绳股松散钢丝锈蚀严重，随后分析原因，申请时间，悬留尾绳，重新进行做头浇铸，尾绳做头浇铸冷却后，对尾绳杯形体根部钢丝绳绳股进行浸油处理，安装后加注防护油，并加大了对尾绳检查的力度，对尾绳锈蚀段进行涂油防腐，加装了保险绳。采用此方法后，尾绳基本上可以使用四年，卸力器根部不会出现问题。

井底尾绳环回转部位的影响：

1. 是机械伤害，井筒坠物砸伤尾绳，未能及时发现，或尾绳变形后，频繁运行而折断钢丝；

2.是井筒窝底积煤杂物多，未及时清理，或者是井筒装卸载意外撒煤、窜煤，当堆积物高度超过尾绳环时， 就会将尾绳托起产生扭结，发现不及时而提升机继续运行，强行带动扭结尾绳上升而使尾绳拉坏；

3.是井筒淋水钢丝绳受到侵蚀，尤其是尾绳环处，由于淋水落物等原因，最易缺油锈蚀，此处尾绳由于不受力，绳股相对松弛，钢丝绳内、外绳股钢丝因缺油发生蠕动、扭曲、振动、弯曲、疲劳、韧性下降，而内部绳股之间相互挤压，钢丝接触点形成沟槽，造成直径减小，致使钢丝绳外层股变得松散，首先可能会出现内部断丝和断绳；

尾绳的内部断股、断丝图

4.是尾绳过短，距离分绳木过近，使得尾绳在高速运行中，不可避免地出现与分绳木相摩擦的现象，导致尾绳地磨损在提升机紧急停车时，分绳木阻止了尾绳环的运动惯性，使尾绳刮坏分绳木损伤尾绳；

5.尾绳过长，最底部的钢丝绳内应力最小，编捻应力一旦克服了绳子的重量，就形成扭结，甚至成团，运行时拉坏分绳木而损坏尾绳。

平衡尾绳疲劳与锈蚀：

钢丝的有效断面因为锈蚀而减少，外层钢丝松弛，导致外层钢丝所受载荷减少，内层钢丝超负荷运行而断裂。特别是在酸液淋水环境中运行，加剧了钢丝绳锈蚀速度，大大降低了钢丝绳的抗拉强度，尤其是抗冲击性能明显降低。对于立井使用的钢丝绳，断丝是锈蚀的影响下发展和加快的。导致断丝的原因有多种因素：有异物撞击，有锈蚀，有磨损。特别是断丝、锈蚀和磨损同时存在，更是大大降低了钢丝绳的性能和使用寿命。钢丝绳在锈蚀、磨损、断丝的影响下，如果再超负荷运行，更容易使钢丝绳疲劳而加快磨损和锈蚀，从而导致断绳事故的发生。钢丝绳长时间的反复弯曲会使钢丝绳疲劳强度降低，弯曲次数频繁，扭转力集中易产生疲劳，使金属变脆，平衡尾绳抗拉强度和抗冲击强度降低，这也是平衡尾绳寿命明显降低的主要原因之一。

检查维护存在的问题：

检查方法单一，不认真，不能及时发现钢丝绳内部的锈蚀、磨损、断丝情况，对尾绳内部磨损原因和机理认识不足，未形成有效的管控措施，在管理工作中对钢丝绳的锈蚀状况，对钢丝绳的强度影响研究认识不够，也是断绳事故发生的主要原因

防范措施

1.改善平衡尾绳的运行环境，尽可能地治理井筒淋水，防止井筒坠物，减少钢丝绳的锈蚀破坏。注意尾绳在井筒下口分绳木处的运行情况，对于不可避免的刮碰点加装柔性包裹，或用耐磨柔软材质的托辊，减弱分绳木对平衡尾绳的磨损和刮碰；

2.井底尾绳环回转部设置高清探头，对平衡尾绳的运动情况进行动态监视，也可避免井窝积煤、杂物超过上限影响平衡尾绳的运行。因此，加强井底的管理至关重要，及时清理井底的淤泥和杂物，保证井底有足够的空间,井底要有充足的照明，以便监控平衡尾绳运行情况；

3.合理设计和截取平衡尾绳长度，避免尾绳过长或者过短，在冬季同时更换两根平衡尾绳时，一定要注意由于钢丝绳外表面的油脂过多，而环境温度低，可能会造成平衡尾绳的黏连，若两根尾绳长度不一致，运行时其中一根可能会黏连带动另一根尾绳，发生缠绕或扭结。分绳木处的检查和尾绳运行状态要加强监控；

4.改进尾绳制作工艺，做尾绳头时，清洗干净酸性残液，保证杯形体根部平面与尾绳垂直度，注意温度的控制，防止尾绳钢丝出现退火现象，并保证巴氏合金全部铸实尾绳杯形体；

5.注意检查尾绳卸力旋转装置，及时清洗加油，保证其转动灵活。尾绳头浇铸后应及时浸油防护，涂上防腐油，安装保险绳加强防护；

6.加强日常维护管理，做好尾绳的防腐、防锈工作，尾绳主要锈蚀损坏部位弯曲段和连接处，每月涂油一次。平衡尾绳做到每周至少检查一次，发现尾绳有断丝变形或者是锈蚀较多时，应停车仔细检查；

7.对内部钢丝检查应引入先进设备，使用钢丝绳检测的仪器和手段等措施，提高检查的准确性和及时性，再根据钢丝绳的使用情况，合理调整钢丝绳的使用周期。

平衡尾绳断丝、断绳的原因是多方面的，要针对实际使用情况具体分析，避免平衡尾绳损坏，要从源头抓起，做好尾绳的日常维护检查和检验管理。这样会大大提高尾绳的可靠性，延长尾绳的使用寿命，从而减少和避免因平衡尾绳断绳造成的事故。