淺談鋼絲繩在礦山工程設計中的應用

喬昌宇

(中冶北方工程技術有限公司采礦室,遼寧鞍山 114001)

淺談鋼絲繩在礦山工程設計中的應用

喬昌宇

(中冶北方工程技術有限公司采礦室,遼寧鞍山 114001)

文章舉例分析鋼絲繩在工程設計中的選型設計并介紹了如何延長鋼絲繩的使用壽命。提升鋼絲繩是連接提升容器和提升機,傳遞動力的重要部件,承受著垂直張力及系統的沖擊載荷。它是提升系統的重要組成部分,更是整個礦山企業安全運行的保障。

礦用鋼絲繩 鋼絲繩選型 使用維護

1 鋼絲繩在工程設計中的選型計算

由于鋼絲繩的結構復雜,影響因素較多,因此礦用鋼絲繩的強度計算按《金屬非金屬礦山安全規程》的規定,鋼絲繩應按最大靜載荷并考慮一定的安全系數的方法進行計算。下面以海南鐵礦1號主井提升鋼絲繩的設計為例,介紹一下提升鋼絲繩的選型計算。

海南鐵礦1號主井井口標高為135m,服務至-360m水平,承擔100萬t/a的富礦提升和60萬t/a的廢石提升任務。礦石的松散體重為2.32 t/m3;廢石的松散體重為1.64 t/m3;提升容器選用14m3底卸式箕斗,單箕斗提升。箕斗自重22.5t,一次提升富礦時的有效載重27t,提升廢石的有效載重為19t。平衡錘選用36t多繩平衡錘。提升機為JKM3.5×6多繩摩擦式提升機,最大靜張力為820kN,最大靜張力差220kN,配用N=2000kW直流低速電動機。

提升首繩鋼絲繩選型計算:

設鋼絲繩的體積質量為γ(kg/mm3)則:

把(2)代入(1)式得:

提升首繩選擇6v×37S+FC-1770型鋼絲繩,直徑d=32mm,鋼繩重P=4.35kg/m,最小破斷力總和F=806.25kN.尾繩為34×7＋FC型d＝48mm,q＝8.99kg/m。

鋼絲繩安全系數:

符合《金屬非金屬礦山安全規程》中,多繩摩擦式提升鋼絲繩升降物料用的,安全系數不小于7的規定。

尾繩選擇q’=2x4.35=8.7kg/m,尾繩為34×7＋FC型d＝48mm,q＝8.99kg/m。

罐道繩和拉緊裝置選擇;罐道繩采用二層Z型鋼絲繩,公稱強度1180MPa,繩徑45mm,罐道繩單位重量為11.31kg/m,總破斷力為1623kN。罐道繩懸垂高度為730m,則拉緊裝置最小拉緊力為:7.3x10=73kN 取80kN;A點:80kN;B點:80x1.1=88kN;C點:88x1.1=96.8kN;D點:96.8x1.1=106.48kN;選擇SGY-20型液壓螺桿拉緊鋼繩罐道裝置,Q=200kN。

提升重載側最大靜張力S1=(Q+Qj+p1H0)g=(27000+22500+6x4.35x734)x9.81=673.53kN

平衡錘側最大靜張力:

張力差:F=S1-S2=126.17kN

提升鋼絲繩的防滑驗算:

(1)選用進口K25襯墊,摩擦系數μ=0.25。

(2)提升鋼絲繩對襯墊的單位壓力:

(3)對于摩擦提升設備鋼絲繩沿主導輪不發生滑動的條件:

(4)根據《金屬非金屬礦山安全規程》規定,多繩摩擦提升系統,靜防滑安全系數應大于1.75,動防滑安全系數應大于1.25。

靜防滑系數

動防滑系數

滿足《金屬非金屬礦山安全規程》防滑要求。

由于鋼絲繩與終端載荷構成的系統振動,沿鋼絲繩傳遞的振動波與振動波在鋼絲繩終端的反射波,在鋼絲繩較短時相互疊加可以達到相當大的數值,而鋼絲繩很長時反射波對振動波起到局部阻尼作用,使振動應力減小,因此豎井提升鋼絲繩的安全系數隨井深的增加而減小并不會降低其安全程度。

鋼絲繩中由于振動而引起的最大應力為:

V——鋼絲繩運行速度;

Es——鋼絲繩彈性模數;

g——重力加速度;

在其他條件不變時,最大應力σdmax是隨井深增大而減小的。因此上式反映了鋼絲繩的安全系數值隨井深增加而降低的關系。

2 延長鋼絲繩的使用壽命

提升鋼絲繩是提升系統的重要組成部分,除了合理地選擇鋼絲繩以外,還應正確地使用與維護鋼絲繩,以便延長鋼絲繩的使用壽命。

(1)在鋼絲繩的使用中,要滿足滾筒直徑與鋼絲繩直徑的比值要求,以控制其彎曲疲勞強度。(2)鋼絲繩使用過程中應注意潤滑,良好地、定期地潤滑對提高鋼絲繩使用壽命影響很大。(3)對提升鋼絲繩,除每日進行檢查外,應每周進行一次詳細檢查,每月進行一次全面檢查。對平衡繩(尾繩)和罐道繩,每月進行一次詳細檢查。

此外,要仔細地運輸、存放及懸掛鋼絲繩,提升操作要平穩,注意滾筒及天輪襯墊情況。加強對鋼絲繩的維護,將會提高鋼絲繩的使用壽命。

3 結語

礦山系統設計在鋼絲繩選型時,要合理地選擇鋼絲繩強度、終端載荷及繩徑,并對其安全系數及防滑系數進行驗算,滿足《金屬非金屬礦山安全規程》中的有關規定。另外,在生產中應做好鋼絲繩的日常維護和檢查,延長鋼絲繩的使用壽命。

[1]金屬非金屬礦山安全規程.GB 16423——2006.北京:中國標準出版社,2006.

[2]張富民.主編.采礦設計手冊(第四卷).礦山機械卷.北京:中國建筑工業出版社,1988.

喬昌宇(1981-),男,遼寧鞍山人,漢族,大學本科學歷,中冶北方工程技術有限公司,采礦室,工程師,礦山機械專業。