导读
摩擦葫芦的起升钢丝绳在运行过程中承受各种应力和冲击载荷的综合作用。 本文分析了影响钢丝绳使用寿命的各种因素，结合矿井提升的基本理论和我国典型矿用摩擦提升机起重钢丝绳的使用，从多方面提出了延长钢丝绳使用寿命的措施，对新建或在用矿山具有一定的参考或参考意义。 由于起重能力强、起升高度高、起升速度快、电机功耗低、使用安全可靠等优点，摩擦葫芦在井下采矿中的应用越来越多。 摩擦葫芦依靠起重钢丝绳与摩擦轮衬之间的摩擦力，带动起重船在井筒内运行。 钢丝绳在运行过程中承受拉应力、扭转应力、弯曲应力、接触应力和各种冲击载荷的综合作用，并受到井筒内水和水分的影响，造成断丝、减径、生锈等损坏。 当损坏超过标准规定时，需要报废或更换。 起重钢丝绳的使用寿命受多种因素影响，需要综合考虑矿用起重系统的设计、使用过程中的维护等因素，以改善钢丝绳的工作条件和受力条件，达到延长使用寿命的目的。
结合国内外大量使用摩擦葫芦，深井提升钢丝绳的使用寿命一般短于浅井，其原因是：随着井深的增加，提升钢丝绳的扭转应力较大，扭转疲劳增加了钢丝绳断裂的概率随着井深的增加，末端提升钢丝绳的载荷变化率（应力幅值）逐渐增大，加速了钢丝绳的疲劳破坏。 张小楼煤矿和东瓜山铜矿主轴提升高度分别为0940 m，应力振幅达到。 08%，接近参考文献[1]中提出的11的极限值。5%是这两座矿井主轴吊装钢丝绳使用寿命短的原因之一，只有6个月左右。
d d比是摩擦轮直径与钢丝绳的直径之比。 《煤矿安全规程》第419条规定，落地式摩擦提升装置和围护角大于180°的摩擦提升装置的摩擦轮和顶置轮的最小直径，安装在地下时不小于90，安装在地下时不小于80摩擦提升装置导轮最小直径与钢丝绳直径之比应不小于80。 《金属及非金属矿山安全规程》63.5.1 该条也有类似的规定。 在相同情况下，dd比越大，起重钢丝绳产生的弯曲应力越小，对起重钢丝绳越有利但是，钢丝绳直径比越大，葫芦规格越大，设备成本越高，因此需要综合分析和合理确定。
当起重钢丝绳通过摩擦轮和导轮（天轮）时，必须连续承受正向和反向弯曲应力的作用。 特别是井塔上安装有导轮的摩擦葫芦，如果摩擦轮与导轮的中心高度差小，提升速度大，则提升钢丝绳的弯曲应力来不及释放，容易造成提升钢丝绳疲劳断丝。 东瓜山铜矿摩擦轮与导轮中心高差6米，提升速度12米s，提升钢丝绳使用寿命仅为6个月左右。 张小楼煤矿摩擦轮与导轮中心高差为5 m，起升速度为10 m s时，起重钢丝绳使用寿命为半年当起升速度为12 m s时，钢丝绳寿命减少到3个月。 唐口煤矿起升高度1 050 m，起升速度1236米s，张小楼煤矿、东瓜山铜矿采用同款三角股钢丝绳，但由于其落地式摩擦葫芦，摩擦轮与天轮距离大，起重钢丝绳正反弯应力得到充分释放，起重钢丝绳使用寿命接近2年。
起重钢丝绳的选择是否合理，直接影响到其使用寿命。 吊装钢丝绳的选择主要包括以下几点。
1）钢丝绳的表面状态，如是否涂有摩擦、镀锌等。
2）钢丝绳的结构形式，如股数、绳股中钢丝之间的接触形式、外层钢丝的直径、是密封绳还是压实的股绳等。 对于起重钢丝绳磨损较为严重的矿井，如果起重钢丝绳股外钢丝直径较小，容易因磨损造成断丝，使钢丝绳过早损坏当使用选定的点接触钢丝绳时，由于钢丝与钢丝股之间的接触应力较大，钢丝绳会断裂。
3）钢丝绳捻到深井时，如果钢丝绳同向绞合，钢丝绳在井筒内剧烈旋转会造成钢丝疲劳和钢丝绞线断裂。
4）钢丝绳强度等级 钢丝绳的抗拉强度等级越高，钢丝的韧性越差，抗弯曲疲劳的能力也相应降低，这将直接影响钢丝绳的使用寿命。
在作业过程中，起吊钢丝绳应承受起动加速、制动减速、装卸、超碾、卡住、码垛、操作失误等产生的冲击载荷和弹性振动。 当葫芦开始加速时，如果起动加速度突然从零上升到最大，则起动冲击值（起动加速度的变化率）会很大，造成起升钢丝绳的动拉力很大。 特别是采用恒转矩制动的起重系统，在重载起升、空载运行、重载下放等不同工况下，制动减速度的变化幅度更大，起升系统会相应产生较大的冲击载荷，加剧了起重钢丝绳的疲劳损伤。
钢丝绳制造所用原材料的质量水平，拉丝、表面处理、捻线、缠绕等制造设备和制造工艺都会影响钢丝绳的质量。 如果起重钢丝绳的制造质量差，会造成过早断丝损坏，这将直接影响其使用寿命。
在安装或更换吊装钢丝绳时，新钢丝绳与尖锐物体碰撞或固定新旧钢丝绳打孔卡，会对新钢丝绞线的外层钢丝造成一定程度的损坏，成为钢丝绳投入运行后的薄弱环节。 此外，摩擦轮上衬垫绳槽的直径不同，每根绳索的起升速度不同，或起重钢丝绳张力自动平衡悬挂装置失效等，都会导致起重钢丝绳受力过大，并可能提前损坏。 摩擦轮与导轮的绳槽截面形状不合适或有粘附物，也会使起重钢丝绳被额外挤压，产生额外的接触应力，进而对起重钢丝绳造成损坏。
起重钢丝绳在使用过程中不可避免地会受到各种因素的影响，但通过合理设计的起重系统和钢丝绳的选择，加强了使用和维护管理，改善了起重钢丝绳的工况，避免了优缺点，可以在一定程度上延长钢丝绳的使用寿命。
为了进行科学合理的新矿山设计，应注意以下几个方面。
1）在条件允许的情况下，采用较大的Dd比和较小的垫片比压，以降低起重钢丝绳的弯曲应力和接触应力。
2）采用井塔提升机时，摩擦轮中心与导轮高度差应为05～1.0倍起升速度值或200-400倍起升钢丝绳直径范围合理选择（在按两种方法的下限计算的较大值和按两种方法的上限计算的较小值之间，合理取值），通过正反弯减缓起重钢丝绳的疲劳损伤。
3）在满足防滑计算要求的前提下，在摩擦轮上吊装钢丝绳采用小围护角，以减少吊装钢丝绳的弯曲疲劳。
4）注意升降系统的冲击极限，常用的有矩形加减速速度控制和梯形加减速控制，如图所示。采用梯形加减速控制曲线，加减速变化率不宜大于03 m s3 减少起重钢丝绳在加减速过程中的动张力和弹性振动。 新矿井的提升系统，特别是深井应采用恒减速制动，在紧急制动过程中可有效控制起重钢丝绳的动张力，同时避免起重钢丝绳打滑。
图1 矩形加减速控制曲线。
图2 梯形加减速控制曲线。
5）在条件允许的情况下，主轴起吊优先采用重型尾绳起升系统，可减少起动转矩、起动冲击和制动冲击。
6）大型设备上下大型副轴时，应采用机械或电气罐锁紧系统，以减少大型设备进出罐笼引起的起重钢丝绳的弹性冲击和振动当深井荷载较大时，装车工位配置深井斗支撑系统，以降低钢丝绳在装荷时的弹性动张力。
按照GB 8918-2006《重要用途钢丝绳》和GB T 33955-2017《矿用钢丝绳》进行起重钢丝绳选用。在满足安全系数要求的前提下，钢丝绳的抗拉强度不应超过1 870 MPa。 强度过大的钢丝绳韧性差，抗疲劳性差。 对于井筒水量大、酸碱腐蚀较强的矿山，选用耐酸碱腐蚀性能好的合成纤维芯镀锌钢丝绳。 对于起升高度超过800米的矿井，宜选用抗旋转性好的交叉绞合钢丝绳或多层不旋转钢丝绳。 例如，在谢桥煤矿主轴使用交叉捻钢丝绳，其寿命比张鸡煤矿和鼎基煤矿使用的共捻三角股更长，如表1所示。
表1 三种吊装钢丝绳使用寿命对比
钢丝绳的质量对其使用寿命影响很大，钢丝绳的拉拔、加捻工艺、绳丝批号、热处理工艺、麻芯质量、预紧工艺、摩擦质量和浸渍质量都会影响钢丝绳的质量。 尽量使用技术成熟、质量可靠、信誉良好的厂家生产的钢丝绳，避免使用劣质钢丝绳同时，做好验收前的试验和挂绳工作，杜绝使用不合格的钢丝绳。
在安装或更换起重钢丝绳时，应采取保护措施，以免损坏起重钢丝绳。 传统的换绳方法是将旧绳与新绳系在一起，旧绳和新绳每隔20-25m间隔用夹子固定一次，会对新绳造成局部损坏。 近年来，诸暨煤矿、招远玲珑金矿、北好河铁矿等矿山纷纷采用国内研发的换绳车对钢丝绳进行更换和吊装，避免了传统方法对新绳造成的损坏，有利于延长钢丝绳的使用寿命， 且换绳操作人员少，工人劳动强度小，换绳时间短，符合国家安全生产监督管理总局“机械化替代、自动化、减量化”的要求，值得国内矿山借鉴推广。
加强钢丝绳拉力提升自动平衡装置的日常检查和维护，确保其完好无损、有效。 一是避免悬挂装置液压缸泄漏;其次，要经常调整绳索，保证钢丝绳张力自动平衡装置液压缸的活塞杆均匀伸展，并在有效范围内，使绳索在运行中受力均匀，避免对单根绳索受力过大。
摩擦衬板绳槽与钢丝绳之间应有适当的间隙，绳槽半径应为75%左右，并使绳槽形成周长为33%（接触角为120°）的钢丝绳环形支撑，以减少钢丝绳的挤压。 起重钢丝绳与绳槽的关系如图3所示。 在衬绳沟磨损到一定程度或更换新绳之前，及时转动绳槽，使绳槽截面贴合良好，与起重钢丝绳接触良好，各绳槽直径偏差控制在08毫米以内。
图3 起吊钢丝绳与衬绳槽的关系。
加强提升系统的使用、检查和维护管理，包括机械部分、制动系统、电控系统、钢丝绳、井筒罐、尾绳隔离装置、井筒开关等，使提升系统各部件完好，避免年久失修，避免过卷、跑车等事故的发生，避免井筒内有物体坠落， 并避免起重钢丝绳的意外损坏和附加应力。北方地区冬季寒冷，起重钢丝绳上的摩擦油脂粘度增大，粘附在起重钢丝绳上，通过摩擦轮时容易造成起重钢丝绳出槽，应及时清理干净;同时，要避免井筒结冰，防止结冰掉落，造成钢丝绳损坏。
对使用中的起重钢丝绳进行无损检测，及时发现其缺陷和隐患，在保证安全的前提下，适当延长起重钢丝绳的使用寿命，避免钢丝绳过早报废和成本浪费。 近年来，国内高空索道行业一直根据俄罗斯介绍磁索测试仪的检测结果来判断钢丝绳是否报废，这种基于强磁原理的仪器可以直观地显示钢丝绳损坏位置、负载面积损失、断丝数量，检测精度比较高。 国内淮南古桥煤矿、国投新集一号矿、立楼铁矿、金川龙寿镍矿等单位均采用该试验机对钢丝绳进行检测。
摩擦葫芦的起重钢丝绳在使用过程中承受各种应力的综合作用，在使用过程中应采取各种有效措施减缓起重钢丝绳的受力，尤其应避免起重系统设计的缺陷，特别是在新矿中。 通过合理设计的起重系统，正确选择起重钢丝绳，良好的维护和准确可靠的状态检测，可以有效延长起重钢丝绳的使用寿命，对降低矿山生产成本具有很强的现实意义。
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