发布时间 : 星期日 文章矿井提升系统安全事故分析及其防治措施更新完毕开始阅读
大。②过卷造成的冲击。提升容器高速过卷时，常会撞坏防撞梁，同时提升钢丝绳也要承受很大的冲击力。③钢丝绳运动产生的振动。井筒不直、罐道弯曲、罐道接头不好、罐耳与罐道间隙过大、箕斗井下装载水平使用托罐梁等都会对钢丝绳产生很大的冲击和振动。④紧急停车时，减速度过大造成的冲击和振动。在冲击力大于钢丝绳的强度时造成断绳。 1.2 竖井提升钢丝绳工作载荷分析
矿井提升的主要承载元件是提升钢丝绳，提升钢丝绳在工作过程中会经受各种载荷的作用，例如拉伸、扭转、弯曲、接触应力以及动载荷等。 1.2.1 拉伸与扭转应力
由于提升钢丝绳是由许多螺旋要素（钢丝或绳股）组成的复杂构件，在张力作用下，这些螺旋要素相互作用产生内力，这些内力可分解为与钢丝绳轴线平行的轴向分力和垂直于钢丝绳轴线的径向分力，而径向分力就使绳股或钢丝绳产生扭转。也就是说钢丝绳在受到拉力作用时同时产生扭转，即钢丝绳的拉伸与扭转是同时发生的。
图1.2-1 钢丝绳在绳端载荷作用下的拉伸
根据前苏联M.Φ.格卢什科的研究结果：根据单根钢丝弹性变形位能方程，在不考虑横向力所做的功时，在绳端载荷和钢丝绳质量作用下，钢丝绳中的各螺旋要素相应地作用有内力。这些内力可分解为与钢丝绳轴线平行的轴向分力Px和垂直子钢丝绳轴线的径向分力Py，而Py即成为使绳股或钢丝扭转的扭力（或扭力矩Lx）。轴向力Px和扭转力矩Lx的偏导数等于钢丝绳中钢丝的纵向位移u和角位移v。
假定在钢丝绳的每一横截面中，所有钢丝的弹性长度获得同样的纵向位移u 和扭转角v, 则可获得同样的纵向应变?和扭转应变?。这样，可以得出悬垂钢丝绳在拉伸和扭转时的静力学综合方程：
?T?A??C? （1-1） ??M?C??B?du式中 ?——钢丝绳的纵向应变，??；
dxdv?——钢丝绳的扭转应变，??；
dxA——钢丝绳的纵向刚度； B——钢丝绳的扭转刚度；
1
C——钢丝绳的扭转影响系数。
结合立井提升的实际情况，式（1-1）可写为：
?A??C??Q?P(L?x) （1-2） ??C??B??M?常数其边界条件：
由于提升容器（箕斗或罐笼）是在罐道中运行，所以提升钢丝绳最低末端（x=L）有：
T(L)=Q,v(L)=0 而在提升钢丝绳的上面末端（x=0）有：
u(0)=v(0)=0 求解方程（1-2）可得钢丝绳的纵向应变和扭转应变：
2Q?PLBL?2x????P?2A?2 （1-3） ?CL?2x????P?2?式中 ?——钢丝绳柔性的判定值，?=AB-C2。
为便于分析，令：
2Q?PLL?2x T0?,Tn?P22方程（1-3）便可改写为：
T0B????Tn?A? （1-4） ?C????Tn??将式（1-4）代入式（1-2）可得，提升钢丝绳中的扭转力矩为：
C M?T0 （1-5）
A但从公式（1-5）又看到，扭转力矩与提升容器的总质量和钢丝绳质量有关。钢丝绳的纵向应变ε和扭转应变?图，表示于图1.2-2。
图1.2-2 矿井提升钢丝绳的变形
根据这些图形作以下几点分析：
(1)根据线型法则，钢丝绳的扭转应变?在悬垂线的中部为零，最大值在两个端部。即：
4vCPL?max????max
?2L
2
上述情况也可如下描述：对于水平放置的钢丝绳在钢丝绳两端的拉力作用下，钢丝绳个捻距的变形是一样的。但对于提升钢丝绳，由于钢丝绳质量的影响，在绳端载荷作用下，钢丝绳各捻距的变形各不相同，下部捻距变形短，上部捻距变形大。对于摩擦轮提升钢丝绳，相当于在钢丝绳中部增加了一个顺捻的扭转，其结果是提升的钢丝绳上部出现松捻（捻距变大），下部出现紧捻（捻距变小）。冬瓜山铜矿在防撞梁平台上测量的结果是提升侧405mm，下放侧305mm。
(2)钢丝绳的纵向应变在最上部截面处为最大，即 x=O 时 ,
TBPL ?max?0?
A?2在最下部截面，当 x=L 时：
T0BPL? A?2由此可见，当钢丝绳纵向变形条件一定时，在它的最低末端的纵向应变有可能是负的或等于零。因此，在悬垂钢丝绳的最低末端，尽管存在有终端载荷，但仍然有可能经受相对缩短。其原因是：在悬垂钢丝绳下面的一半由于重物引起的钢丝绳相对伸长和由于扭转引起的相对缩短迭在一起，缩短可能大于伸长。徐州矿务局多个深井矿井提升钢丝绳在使用一段时间后钢丝绳缩短，缩短的长度一般为1.5～2m。
资料显示：对摩擦提升在井深超过800-900m，钢丝绳的扭转是钢丝绳损坏的主要原因。例如，国外有人曾对三角股钢丝绳进行试验，在井深为700m时使用寿命平均为2年，而在井深超过800-900m时其寿命降低一半。
?(L)?1.2.2 弯曲应力
对于缠绕式轮提升，钢丝绳在滚筒上受到弯曲、挤压和接触应力。对于摩擦轮提升，钢丝绳在围包弧内弯曲时，受到弯曲和接触载荷。钢丝绳在摩擦轮上弯曲时，与材料力学中的弯曲梁一样，也存在有中性轴的概念（即钢丝绳的中心轴线）。这样，在钢丝绳移动时，它的螺旋要素（钢丝或绳股）时而成为凹形，时而成为凸形通过摩擦轮（如图1.2-3）：
图1.2-3 钢丝绳过摩擦轮时的弯曲
在一个捻距长度内，一半为凹形，一半为凸形。凹形部分经受压缩，凸形部分经受拉伸。于是单根钢丝在半个捻距内（图1.2-3中的 BA 段和 BC 段）发生位移， 从压缩区移向拉伸区。但是绳内钢丝因弯曲和原有张力的作用，相互压紧产生摩擦力，阻止这种位移。为了克服摩擦力使钢丝能自由移动，并在一个捻距内相互找平，而需要加大钢丝的张力，与钢丝原有张力之差称为附加张力，由此引起的应力称为附加拉应力。由于钢丝在绳中所处的位置不同，弯曲时位移的
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大小也不相等，或者是获得的附加张力不相等，这样使得钢丝绳中各钢丝的拉应力重新分布。
对于塔式摩擦轮提升，安装有导向轮。提升钢丝绳在经过摩擦轮的弯曲、收缩变形后，在导向轮处要立即承受反向弯曲，这样在变向应力的作用下，钢丝绳的弯曲损坏比单向弯曲破坏的更快。这就是提升钢丝绳在提升过程中的拉伸、扭转和弯曲的基本受力情况。 1.2.3 接触应力
发生在钢丝绳中的接触应力分为以下几类： (1)由单股内部钢丝之间的压力引起的应力； (2)由股之间的挤压引起的应力；
(3)钢丝绳与摩擦轮绳槽或导向轮绳槽之间的接触应力引起的应力。
接触应力引起单根钢丝绳的磨损和疲劳破坏，完全消除接触应力是不可能的，但是选用比较优良的钢丝绳结构和改善钢丝绳的工作条件，可以减小接触应力。
选用线接触或面接触股的钢丝绳，可以大大减小由钢丝之间的挤压引起的应力。严格控制绳芯直径的大小，使各股之间具有必要的间隙，这样可避免或减小股之间的挤压引起的应力。
此外，在提升和下放过程中，由于钢丝绳的运动过程中正常加速、减速及紧急制动，还将产生很大的动载荷。在提升容器的装、卸载过程中，由于载荷变化也会产生动载荷。
1.2.4 摩擦轮提升钢丝绳的旋向和捻距变化
钢丝绳的扭转会引起捻距沿钢丝绳长度的变化，钢丝绳的上面部分松劲，而下面部分扭紧。很明显，由它的上面末端向下面过渡时，钢丝绳的捻距常常是减小，捻距差别最大的地方就是在钢丝绳的两个极端截面处。
在南非一个1800m的深井提升中，对同样四根钢丝绳在悬垂线的两个极端戴面处捻距定期测定，捻距是在大约经过一年零一个月后，同时在四根钢丝绳中测定的。在钢丝绳的上面末端平均拉距为 475 毫米，在下面未端平均为318 毫米。
国内某矿的主井提升提升为一对30t箕斗，采用JKM-4.5×6塔式摩擦轮提升机，配套4400kW交流同步电动机，交-交变频控制，提升度为1094m。在钢丝绳使用6个月后，换绳前对钢丝绳两侧的捻距变化进行了实测，测量位置是防撞梁平台，其变化数据见表1.2-1。
表1.2-1 钢丝绳捻距变化 钢丝绳 6#右同 6#右同 5#左同 5#左同 箕斗位置 左箕斗 右箕斗 左箕斗 右箕斗 装载20t 左箕斗提升，右箕斗下放 0m 370 300 370 300 547m 340 360 340 360 1089m 305 405 305 405 卸料后 1094m 305 390 305 390
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