導讀

某礦 1 號副井井口標高 17.3 m，井底標高 -1 150 m，提升高度達 1 200 m。該副井服務上、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：運轉中的多繩摩擦式提升機，應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%，應調繩。該礦所用提升鋼絲繩的反彈波測量結果如表 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)實際情況進行調整。

2 XSZ 張力自動平衡主繩懸掛裝置

2.1 裝置結構和工作原理

該礦選用 XSZ 型張力自動平衡主繩懸掛裝置，如圖 1 所示。它能時刻調整提升鋼絲繩的張力，以保證鋼絲繩受力均勻、一致。當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)常需要加壓調繩。為減少截繩調罐次數(shù)，新舊鋼絲繩采用不同的加壓標準。

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

(2) 使用新繩 新鋼絲繩塑性伸長變化大，兩端加壓標準是液壓缸伸出 1/4 為止。當鋼絲繩塑性伸長至影響裝/卸載位置時，前期可通過加壓調整，如加壓已使兩端的液壓缸伸出量達 4/5 時，可收繩調整。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活塞桿伸出量。測量結果如表 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。這個差值遠超過液壓缸最大調整量 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)進行調繩，調繩時應以最短鋼絲繩為基準，進行收繩工作，確保各鋼絲繩繩長差在100 mm 左右。

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

(3) 調繩前，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，可以通過加壓調整，但是加壓不能從根本上解決問題。導致鋼絲繩偏躥原因有很多，懸掛裝置側板與滑塊之間的摩擦因數(shù)、導向輪的慣性質量、繩槽的深淺等等，很多因素共同作用導致鋼絲繩偏躥。

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，同時在井底配重側打開相應的截止閥，使用加壓油泵充入 1/2 直油液。

(2) 強制加壓調整。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，再調整壓力以加壓調整。

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。這個差值遠超過液壓缸最大調整量 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)進行調繩，調繩時應以最短鋼絲繩為基準，進行收繩工作，確保各鋼絲繩繩長差在100 mm 左右。

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

(3) 調繩前，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，可以通過加壓調整，但是加壓不能從根本上解決問題。導致鋼絲繩偏躥原因有很多，懸掛裝置側板與滑塊之間的摩擦因數(shù)、導向輪的慣性質量、繩槽的深淺等等，很多因素共同作用導致鋼絲繩偏躥。

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，同時在井底配重側打開相應的截止閥，使用加壓油泵充入 1/2 直油液。

(2) 強制加壓調整。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，再調整壓力以加壓調整。

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 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 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，導致鋼絲繩承受較小的張力。當鋼絲繩的伸縮長度超過懸掛液壓缸的調整量時，鋼絲繩處于張力不平衡狀態(tài)，需要及時調整。

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：對主導輪和導向輪的摩擦襯墊，應視其磨損情況及時車削繩槽；繩槽直徑差不應大于 0.8 mm，襯墊磨損達 2/3 時，應及時更換。當繩槽深淺差超過 0.8 mm 時，應該精車繩槽。

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。精車繩槽時，先車削 5號繩槽，再以 5 號繩槽為基準車削其他繩槽，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 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 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，導致鋼絲繩承受較小的張力。當鋼絲繩的伸縮長度超過懸掛液壓缸的調整量時，鋼絲繩處于張力不平衡狀態(tài)，需要及時調整。

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：對主導輪和導向輪的摩擦襯墊，應視其磨損情況及時車削繩槽；繩槽直徑差不應大于 0.8 mm，襯墊磨損達 2/3 時，應及時更換。當繩槽深淺差超過 0.8 mm 時，應該精車繩槽。

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。精車繩槽時，先車削 5號繩槽，再以 5 號繩槽為基準車削其他繩槽，直到誤差小于 0.2 mm 為止。

(2) 鋼絲繩標記法 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。施工人員在罐籠側的 2 層檢修平臺對同一水平面鋼絲繩做標記，轉動滾筒 n 圈后，標記繞過滾筒至配重側，施工人員在 2 層測量標記差值。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 將配重側油管截止閥全部關閉，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 鋼絲繩的自身結構

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、彎曲和扭轉力的作用下扭轉，帶動中板和壓塊扭轉，使壓板與側板兩側間隙產(chǎn)生變化，壓塊和側板摩擦力變大。自動平衡裝置不能及時調節(jié)，造成懸掛裝置自動調節(jié)功能響應不及時。

因鋼絲繩自身結構造成的張力不平衡，可采用以下措施：

(1) 調繩時，采取從兩側容器收繩的方式以釋放應力；

(2) 在中板和墊塊接觸部分涂抹潤滑脂，以減少摩擦；

(3) 優(yōu)先考慮選用旋轉系數(shù)低或者不旋轉鋼絲繩，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，液壓缸最大調整行程為 685 mm。按照繩槽最大標準直徑差 0.8 mm 計算，提升機從井口運行至井下，提升滾筒轉動圈數(shù)

上述鋼絲繩的串動量是 639.95 mm，接近最大調整行程。在加壓調繩時，懸掛液壓缸的伸出量一般控制在 350 mm 左右，當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，無法起到調節(jié)張力平衡的作用，液壓缸調節(jié)行程不合理。

當鋼絲繩串動量超出液壓缸調節(jié)范圍時，建議采用以下措施。

(1) 適當增加懸掛裝置調節(jié)行程。通過與設計單位溝通，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，適當調整液壓缸行程，以減少調繩次數(shù)。

(2) 將繩槽直徑差控制在 0.2 mm。當繩槽直徑差為 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。當繩槽直徑差超過 0.2 mm 時，應及時車削繩槽。

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，各根鋼絲繩張力嚴重不平衡，極容易發(fā)生單根鋼絲繩吃力、斷繩事故等。

當七通管、截止閥、液壓缸等液壓元件滲漏時，應立即組織更換。

4 結語

結合 1 號副井提升機的實際運行情況，詳細分析了影響鋼絲繩張力的因素，并制定了相應的管控措施。鋼絲繩的長度偏差、偏躥、繩槽直徑偏差、結構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)中得以應用，可以在較短時間內(nèi)解決因各種因素導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人員在千米深井提升設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。