架空人車鋼絲繩的選型及優化

井下架空人車是解決上下山以及遠距離輸送人員的較好運輸工具，具有載人量大、速度快、投資少、安全可靠、大大減少礦工的勞動強度、提高工作效率等優點，因而被礦山廣泛采用。

鐵法能源公司大明煤礦-410水平現有一部斜長為870m的架空人車。架空人車自投運以來設備運行良好，極大程度地減輕了井下職工的工作勞動強度。但是，架空人車鋼絲繩的使用壽命較短一直是困擾我們的技術難題，最長的一條鋼絲繩的使用壽命為1年，最短的僅為5個月。其原因是因疲勞引起的斷絲超限（《煤礦安全規程》規定：一捻距內斷絲達到總絲數的25%時必須更換。我礦架空人車原鋼絲繩規格為：6×W36-φ26.5，即一捻距內斷絲數達到28絲時必須更換）。一條鋼絲繩的價值為60000余元，需要至少50名職工努力工作1個班才能完成。頻繁更換鋼絲繩不僅影響井下職工正常乘坐人車，而且要投入大量不必要的人力、物力。

為了解決這一難題，我們重新對人車設備及運行狀況進行了全面研究和分析，對架空人車鋼絲繩進行了重新選型。

1 選擇鋼絲繩的因素

（1）鋼絲繩破斷拉力。在鋼絲繩直徑和抗拉強度一定的條件下，應選擇金屬密度系數（即鋼絲截面積與繩載面積之比）大的鋼絲繩。一般情況下鋼絲繩的密度系數的大小順序為面接觸繩大于線接觸繩，線接觸繩大于點接觸繩。

（2）耐疲勞性。一般情況下，面接觸繩比線接觸繩好，線接觸繩比點接觸繩好；預張拉繩比非預張拉繩好；相同結構時同向捻比交互捻好；纖維繩芯繩比金屬芯繩好。

（3）耐磨性。鋼絲繩的表面鋼絲與滑輪或卷筒接觸面越大，接觸應力越小，耐磨性能就越好，因此，耐磨性優劣的順序為密封繩、異型股繩、多股繩、圓股繩。對于耐外部磨損，外層鋼絲直徑較粗的有利；對于耐內部磨損，線接觸、面接觸比點接觸優越。

（4）耐劑壓性。主要表現在受到橫向劑壓時鋼絲繩抵抗結構變形的能力。一般金屬繩芯優于纖維繩芯，股絲少的優于股絲多的，線接觸優于點接觸，面接觸優于線接觸，相同結構交互捻優于同向捻。

（5）柔軟性。繩徑相同時鋼絲根數越多，撓性系數（鋼絲繩直徑與繩中最粗鋼絲直徑之比）越大，柔軟性越好。

（6）耐蝕性。鋼絲繩大多在大氣環境甚至酸或堿腐蝕性介質中使用，實踐證明選擇鍍鋅，鋅鋁合金，油封防銹，減少繩芯含水率，涂覆尼龍，塑料等防腐措施，將會成倍地提高鋼絲繩使用壽命。

（7）結構伸長和彈性模量。在定長使用或繩子調整比較麻煩或困難的場合，應選擇結構伸長小、彈性模量較大的鋼絲繩。正常情況下金屬繩芯鋼絲繩結構伸長約為0.1%-0.2%，纖維繩芯鋼絲繩為0.5%-0.6%，采用預張拉加工的鋼絲繩結構伸長可減少0.1%-0.3%，同時可提高彈性模量。

根據上述規定并查閱相關資料可以得出，斜井對鋼絲繩銹蝕較輕、磨損嚴重的地點，鋼絲繩多應用6×19S和6×7股繩纖維芯結構。架空人車道全長870余米，托繩輪每9米一個，這就造成鋼絲繩在托繩輪上的磨損現象比較普遍且不易克服，若選鋼絲繩的鋼絲較細，則不耐磨損，會縮短鋼絲繩的使用壽命。為此，我們選用捻制方式是西魯式鋼絲繩

此種鋼絲繩結構為：內股細絲填充，外面粗絲包圍，大家所說的粗包細。這種繩子耐疲勞性相比點接觸鋼絲繩要好。橫截面積大，因此破斷力就大。還有外面粗絲，經過托繩輪時具有更強的耐磨性且內層鋼絲直徑相同不被擠出壓斷。所以在繩子的耐用度及耐磨性上，西魯式鋼絲繩規格比組合式的要好。

2 兩種型號鋼絲繩的比較

通過對鋼絲繩的受力分析，依據分析結果并在滿足安全要求的基礎上重新對鋼絲繩進行了選型：6×19S+NF-26，與原繩的區別在于鋼絲繩的捻制方式不同，通過鋼絲繩在檢測檢驗中心的試驗報告對新舊鋼絲繩各項性能指標比較如下表：

表1 新舊鋼絲繩技術數據對照表

從上表中我們可以直觀地看出：西魯式捻制鋼絲繩比組合式捻制鋼絲繩的強度拉力和彎曲值都大，于是我們將架空人車的鋼絲繩更換為西魯式捻制鋼絲繩。

在更換的同時，我們將鋼絲繩的插接長度也進行了調整，《煤礦安全規程》第四百零九條第（二）項規定：在傾斜井巷中使用的鋼絲繩，其插接長度不得小于鋼絲繩直徑的1000倍。我們將插接長度由原來的26米加長到50米。這樣有效的避免了鋼絲繩接頭抽出現象。使用至今己近3年且尚未出現斷絲，既為我礦節省了更換鋼絲繩時大量人力和物力的投入，也節約了鋼絲繩材料費又減少了在更換鋼絲繩期間下井職工不得不爬山行走的勞頓之苦。