煤矿用钢丝绳安全性能校验探究

来源：网络|发布时间：2022-05-13 15:57:10| 浏览数：...

在煤矿井下运输过程中，钢丝绳发挥着重要的作用。然而，在井下机电运输设备运行过程中，钢丝绳有时会发生断裂，非常不利于煤矿的安全生产。因此，对煤矿用钢丝绳的安全性能进行校验显得十分重要4在过去，钢丝绳的安全性能主要采用拆股和整绳断裂法进行校验。对钢丝绳的安全性能进行校验关系到钢丝绳的使用寿命。在使用过程中，钢丝绳会出现疲劳，这会导致钢丝绳的抗拉能力急剧减弱。本文围绕煤矿用钢丝绳安全性能分析方法展开分析，探讨了实际生产过程中钢丝绳的校验。

1煤矿用钢丝绳使用安全影响因素确保媒矿用钢丝绳的安全性对矿井安全生产有着重要的意义。影响钢丝绳安全的因素有很多，主要与钢丝绳的制造、选型、设计、检测、管理以及钢丝绳的工作环境有关。a）制造。钢丝绳盘条的纯度要求比较高，纯度越高，抗疲劳性就越好，钢丝绳就越耐用。

b）选型。在选择钢丝绳时，要选择钢丝根数多且直径比较细、外丝直径大的钢丝绳，其抗疲劳性更好。c）设计。在钢丝绳设计过程中，首先要保证绳径比不低于设计规范值，同时钢丝绳的绳槽槽形和弧底半径要符合设计规范。为了防止钢丝绳的弯曲应力过大，设计时其围包角要大于60°。d）日常检测与管理。在钢丝绳使用过程中，应尽量避免超速和冲击加载，防止加快钢丝绳的磨损速度，同时还需要加强日常管理与维护，做好钢丝绳的润滑和防腐蚀。e）钢丝绳的工作环境。在潮湿、高酸碱度等环境下，钢丝绳腐蚀会加速，从而影响钢丝绳的性能，缩短钢丝绳的使用寿命。

2煤矿用钢丝绳安全性能分析方法

2.1安全系数法

由于使用的场合不同，对安全系数计算的标准也不一致。《媒矿安全规程》的钢丝绳安全系数如表1所示。由此可以发现，钢丝绳的安全系数随着悬挂长度的增加而减小。

表1煤矿用钢丝绳的安全系数表类别用途|安全系敬最小值专为人员升降|9.2-0.0005H穿擦式|人员混合物料|9.2-0.005H提升装置人员混念物82-0005/

物料 |7.2-0.000 5H注；/为钢丝绳悬挂长度，m在一些设备运行过程中，会产生较大的冲击力，这种冲击力传递到钢丝绳上也可能导致钢丝绳断裂。例如，矿井主井提升变速过程会对钢丝绳产生较大的冲击力。在考虑冲击力的情况下，钢丝绳的安全系数m可以表示为：

式（1）中，.为钢丝绳冲击系数；A为钢丝绳的残余破断系数。

2004年德国标准协会对钢丝绳的安全性进行了规定，该标准得到了欧美众多国家的认可，目前已经成为钢丝绳选型的重要参考。但是，该标准并未直接给出安全系数，只是给出了钢丝绳破断力计算公式：

R.K式（2）中，F.为最小破断力，kN；d为钢丝绳的直径，mm；R，为钢丝绳对应的应力级别，N/mm；K为最小破断力系数。

钢丝绳的最小破断力系数K与钢丝绳的类型有关，如表2所示。

表2不同类型铜丝线的最小破断力系数K

03142.2统计分析法

安全系数法虽然为煤矿用钢丝绳的安全性能提供了一种简单的评价方法，但是在实际生产过程中光依靠安全系数法有时还难以评价。这是因为钢丝绳在使用过程中，其性能还受到其他因素的影响，主要有两个方面：a）钢丝绳的内因，主要是钢丝绳的合格情况；b）钢丝绳的外因，主要是使用的环境，例如湿度、酸碱度以及操作习惯等。为此，研究者对内因和外因造成的影响进行了统计，发现一些关键参数的结果是呈正态分布的，如图1所示。

L心

0.钢丝愿强度；下钢丝远载荷。

图1钢丝绳的可靠应力分布图

在图1中，两种曲线交又部分的面积表示的是钢丝绳的载荷已经超过钢丝绳最小破断力的情况，此时钢丝绳最容易发生断裂。为此，可以用可靠性系数R来进行度量。这种方法被称为“统计分析法”。

3矿井提升机钢丝绳安全性能校验分析在煤矿生产中，钢丝绳在提升机中的应用更为普

遍。下面以山西A煤矿提升机上的钢丝绳为例，对钢丝绳的安全性能进行校验。

3.1钢丝绳的受力分析

目前，经常使用的多绳矿井提升机系统结构如图2所示。在运行过程中，A容器匀速上升，B容器匀速下降。

L.

L提升高度；L.罐A到井简上场的距费；L。罐笼A到升简感药的距离：L、增笼B到务而上弟的距高：1，城范B到井简上场的距费；Ls.

1、螺发加论、减违段的距高：C，D，E.最笼这度交化的分界点。

图2矿井捉升机结构简图

由于钢丝绳的质量与容器的质量相比而言较小，这里忽略了钢丝绳自重的影响。则容器A和容器B所受的力FA和Fa为同：

F=（m+m，+nqut）g，（3）Fi-lmotnq（L-）lg，（4）式（3-式（4）中，ma为容器的自重，kg；mi为提升物体的质量，kg；m为钢丝绳的数量，根；g为钢丝绳的单位长度质量，ky/m；”为运行速度，m/s；1为运输时间，s；g为重力加速度，取10m/s。

3.2钢丝绳的应力计算

若钢丝绳的横截面积为5，则A点处的应力a、为；

0=A。（5）Fs。

由于钢丝绳的提升高度为l，在A点处的最大力F.…n为：

F..=（mo+mr+ngL）g。（6）同理，可以得到B点处的最大力Fa.为：

F...=t（mutnqL）gs（7）显然，A点处的最大拉力大于B点处的最大拉力，因此，只需要对A点处钢丝绳的安全性能进行校验即可。

3.3钢丝绳的安全性能校验

A煤矿矿井的提升高度为1000m，提升容器自重mo为201.最大提升质量501。钢丝绳的型号为6×36，

钢丝绳的直径为52mm，钢丝绳的单位长度质量q为10.2kg/m，钢丝绳的最小破断力F.为1.03306×10°N，钢丝绳根数n2为2，可靠性系数R为0.85。根据表1和提升高度，可以得到矿井提升物料时的安全系数m为6.7。将以上数据代入式（6）中可得FA.…=

（20000+50000+2×10.2×1000）×10=9.04×10°N，进而可以得到提升机钢丝绳的实际安全系数m'=11.4。与此同时，考虑其他的一些因素，采用统计分析法需要对安全系数重新进行评估，可得评估后安全系数m"=R·m'=

9.69。由此可见，最终得到的钢丝绳安全系数为9.69，大于6.7。因此可以认为在较长一段时间内，钢丝绳能满足矿井提升的需要。

4结语

在煤矿生产中，确保钢丝绳的安全性能至关重要。为此，需要对钢丝绳的安全性能进行校验，其目的是保障钢丝绳的正常运行，避免安全事故的发生，延长钢丝绳的使用寿命。介绍了钢丝绳安全性能分析方法，主要包括安全系数法和统计分析法.探讨了钢丝绳安全性能的校验过程，可以为煤矿用钢丝绳的安全性能校验提供一定的参考。近年来，随着钢丝绳检测技术的不断进步，无损检测技术得到了广泛的应用.它将人工检测与无损检测相结合，可有效检测出钢丝绳的缺陷，从而提高钢丝绳的安全性。