摩擦提升机主绳更换技术的应用与研究

导读

多绳摩擦式提升系统以适应深井、提升能力大的特点，应用越来越广泛。 在超过千米的深井上升过程中，所用钢丝绳的直径越来越大，钢丝绳的结构也从传统的三角股向八股、多股抗旋钢丝绳发展。 人工换绳技术成熟，但人员必须长期在井筒作业，且换绳时间长，劳动强度大，缺乏安全性、时效性。 探索新型换绳车换绳技术，以换绳车为核心，优化换绳技术，缩短换绳时间，提高换绳效率。

我国地域辽阔，矿产资源储备丰富，矿山企业众多，每年需要更换的主、尾绳数量庞大。 许多矿山企业成立了专门的换绳队伍，换绳技术、工具也在逐步改进。 目前人工换绳时间为2~3 d，使用换绳人员30~40人。 但由于工装没有变，人工更换绳索效率低，安全风险高。

杏山铁矿是第一座地下开采矿山，年产铁矿石320万t，在我国成为仅次于梅山铁矿(年产400万t  )的大型地下矿山。 这个矿有主井和副井。 主井均为井塔6绳摩擦式提升机，主井更换主绳采用人工换绳技术，使用旧绳带新绳，副井采用换绳车为主，使用换绳绞车、主绳起重装置等机械换绳专用设备的换绳技术。 笔者提出了改进的换绳法，先收旧绳再放新绳，新旧主绳在井口自动更换，提高了换绳效率。

1 主井换绳工艺

1.1 主井提升系统概况

杏山铁矿主井口高程为132 m，井底高程为-481.8 m，井塔总高为77.5 m，导向轮平台高为52.7 m，提升机平台高为62.9 m，卸载高程为22 m，装载高程为-481.8 m  提升机最大静张力为1，030 kn，最大静张力差为270 kN； 提升容器采用10 m3双箕斗提升，总质量25 t  (主要包括尾缆悬挂装置)，有效装载质量21.6 t； 主钢丝绳型号6V37 FC-36-1770，理论长度680 m，单位质量5.45 kg/m； 尾缆型号357 FC-48-1570，单位质量10.44 kg/m。

1.2 静张力计算

2号箕斗下放新绳，其最大静张力

式中： L1为2号箕斗侧主绳的长度，m； L2为箕斗2号侧尾绳的长度，m； G1是主绳索的质量，kg/m； G2为尾缆单位质量，kg/m； G3为箕斗总质量，kg； n为2号箕斗侧复合牌数，为16张； g为复合卡质量，30 kg/副。

1号箕斗侧最大静张力

式中： L3为1号箕斗侧主绳的长度，m； L4为1号箕斗侧尾绳的长度，m。

提升机最大静张力为1 030 kN，1、2号箕斗的最大静张力均小于此值，满足要求。

1号、2号箕斗的最大静张力差

F=F1-F2=584.18 -434.54=149.64 kN，149.64 &lt； 270 kN，满足要求。

1.3 换绳流程

(1)用8楼小绞车将6根新绳依次提升至4楼，每300 mm用麻绳和细铁丝绑扎(200 mm一段)共4根，在3楼用钢丝绳连接1号箕斗侧新旧绳；

(2)号箕斗缓缓下车，绳卡到达导轮前停车，三楼打一根绳卡，取下上面的一根绳卡，绳头绕过主鼓后，2号箕斗侧新绳头处有一根绳卡

(3)用天车将滚筒上新旧绳分开；

(4) 2号箕斗在慢速基础上，将新绳临时固定在2号箕斗侧楔形绳环上，每根绳用9根绳卡固定；

(5) 2号箕斗慢慢下放，系上新绳，每30 m停车打一张复合卡，每100 m打一张线卡，防止新绳溜到井底。

(6)用主绳起重装置锁定箕斗侧旧绳2号，直接固定箕斗侧新绳1号和楔形绳环；

(7)将引导轮和主鼓的新旧钢索更换为槽；

(8) 2号箕斗抬起，收旧绳拆除复合板，30名工作人员协助牵引、盘绳；

(9)将2号箕斗侧的新绳放入楔形环中，用小绞车将剩余旧绳头排在地面上，调整好绳试运行，更换绳后结束。

更换整绳时，48小时左右，换绳人员35人(不含盘绳岗位人员)。

1.4 换绳过程中的问题

(1)井塔内立体交叉作业，存在高处坠落风险，安全隐患较大；

(2)放新绳或回收旧绳时，采用人工绳。 绳索的速度和卷扬机的速度不能同步，绳索会多次贴在地面上。 另外，随着人员体力下降，会出现停车等待人工领取绳索的现象。

(3)新旧绳受力和未受力都会释放应力，使人工盘绳无法保证钢丝绳有足够的张力，引起钢丝绳结，给换绳工作带来困难。

2 副井换绳工艺

2.1 副井提升系统概况

杏山铁矿副井塔总高37.37 m，导流平台高21 m，提升机平台高27.55 m，井口标高132 m，井下最低水平标高-480 m； 提升机最大静张力为490 kN，最大静张力差为137.2 kN； 容器提升采用罐区平衡锤，罐区质量14.5 t，平衡锤质量22 t； 主绳型号6V34 FC-28-1770，装机长度为690 m，单位质量为3.18 kg/m； 尾缆型号347 FC-40-1570，每质量6.24 kg/m。

2.2 换绳车工作原理

换绳轮由导向轮、履带和车架、直线绞车、液压系统及电控系统五大部分组成。 以履带式行走车体作为行走的载体，其行走动力来自液压系统，行走速度大于1 km/h，操作分为行走状态和工作状态。 在行驶状态下，使用遥控装置实现换绳轮的地面位置调整。 到了位置就开始工作。 工作状态以液压系统为动力源，操作两台直线绞车。 直线绞车是换绳轮对钢丝绳产生收、放力的单元。 一台直线绞车有两台低转速、大力矩电机，通过电机的旋转带动传动链前后运动。 传动链上安装有夹持体，通过夹持力夹持钢丝绳，满足钢丝绳对收绳和放绳力的需求，实现钢丝绳的前后运动。 副井更换钢丝绳如图1所示。 图1(a) (g)，换绳轮就位，导向轮就位，确定容器位置； 卡托器卡主罐笼，旧绳进换绳车找回旧绳； 翻绳，用新绳将旧绳连接在a侧容器上； a悬挂侧悬架放入新绳； b侧悬挂。

图1副井换绳示意图

1 .钢丝绳卷筒2 .钢丝绳卷筒3 .绞车4 .导向卷筒5 .换绳轮6 .收放钢丝绳绞车

2.3 换绳流程

首先更换1、6号钢丝绳。 (主钢丝绳编号自东向西为1、2、3、4、5、6号)。

(1)将罐笼停在标高125 m处，换绳车通电试车后，将换绳车开到井口西侧合适位置，提前伸出导向轮。 将引导绳穿过换绳轮，应对旧的主绳的更换，用6根u形卡紧固。 在井塔三楼平衡锤侧，用楔形绳结器系紧6根旧绳结。 对2、3、4、5号主绳的悬挂油缸施压，关闭对应的球阀； 释放压力并松开到1、6号液压缸。 在楔形绳环上方0.5 m处，切断1、6号钢丝绳，用2 t链固定1、6号吊装置。

(2)以0.1 m/s的速度放下口袋笼，将1、6号旧绳子穿过换绳轮。 调整换绳轮压力13 MPa  (拉力5 t  )、夹钳压力6.5 MPa，拧紧旧绳子。 如果平衡锤侧的旧绳子非常松，请将压力调整到16 MPa  (拉力6.7 t  )，拧紧旧绳子，然后降低到13 MPa，直到旧绳子收起来。

(3)换绳车松开旧绳子并反过来保持，断开换绳车前端的1、6号绳子，解开旧绳子穿入新绳子。 用两根绳子卡连接新绳子和罐笼一侧的旧绳子，断开配重一侧的1、6号旧绳子和绳子存放绞车的绳子的连接。 用倒链固定平衡锤侧的1、6号吊挂装置，旧绳穿入滚筒，缠绕绳绞车同时缠绕平衡锤侧的旧绳。

(4)断开新旧钢丝绳之间的连接，将新绳头固定在井架上，挂一根钢丝绳。 用五级天车和背带将新绳从滚筒上解开。 以0.3 m/s下放罐笼，直至配重到达二楼便于施工的位置。 在5楼将新绳放入绳槽，在2楼将新绳连接到配重侧悬架上。

(5)用换绳车系好新绳，提高压力至16 MPa，张力至6.7 t，降至平衡锤侧钢丝绳张紧，然后降至8 MPa  (随动张力为5.3 t  )。 下降过程中，观察绞车滚筒内钢丝绳是否打滑，并以0.3 m/s的速度下放新绳，直到罐笼到达井口停车。

(6)用主钢丝绳起重装置钩住平衡锤侧的新钢丝绳，拉起，拉力15.8 t  )钢丝绳起重调压至3.5 MPa时停止，换绳轮放出新钢丝绳。 在井口分离1、6号新绳，连接到罐笼一侧的楔形绳环上。

(7)重复步骤，更换2、5、3、4号主绳。

(8)对准油箱的绳子，更换绳子后结束。

3 主副井换绳工艺对比

3.1 劳动强度

(1)主井换绳过程中，在牵引新绳头穿主辊、放新绳、回收旧绳的过程中，需要反复夹断和拆除复合板。 每30 m一瓶，每复合板约重30 kg，在紧固和拆卸过程中，至少需要4人配合才能完成。 这也是更换绳索时间长、作业人员多的主要原因。

(2)随着钢丝绳直径的增大、井深的加深，使用的夹具数量越来越多，夹具的体积和质量也越来越大，更换钢丝绳的工作量也越来越大。

(3)机械化换绳由换绳车自身夹持运输系统，先接收旧绳，再用留在滚筒上的旧绳将新绳头穿过滚筒即可，无需复合板连接固定新旧绳。 操作人员只在拴绳头时进行绳卡紧固，其余工序均由机械设备完成，劳动强度小。

3.2 新绳损伤情况

人工换绳对新绳的损伤主要有以下几个方面：

(1)新绳和物体碰撞，新绳外侧的钢丝容易被额外按压。

(2)将旧绳作为新绳时，新绳在绳槽外侧与旧绳一起被放下，与滚筒之间存在滑动摩擦。

(3)卡固定后，钢丝绳承受额外的径向应力，股与股之间相互摩擦。

换绳轮夹持机构与钢丝绳的接触位置采用类似摩擦垫的材质，且在收绳过程中，钢丝绳相对静止，新钢丝绳不会受损。

3.3 钢丝绳缠绕情况

(1)因为旧绳子和新绳子一起工作，所以旧绳子没有重量，新绳子没有重量。 复合卡没有拧紧的情况下，两个卡之间没有张紧新的绳子。 钢丝绳通过自身的扭力释放旋转，新旧绳子容易缠绕。

(2)回收旧绳时，新绳有重量，旧绳无重量，旧绳应力释放，旧绳易缠绕。

(3)井深800 m以上矿井更换钢丝绳时，非回转钢丝绳应力释放更明显，人工钢丝绳更换困难。

(4)在机器换绳工序中，旧钢丝绳的收放与新钢丝绳的收放是分开进行的，且收放与收绳过程中的钢丝绳均为系统载荷钢丝绳，不会发生钢丝绳缠绕现象。

3.4 收放绳的连续性

(1)无论是人工换绳放入新绳还是旧绳，都没有多余的牵引力，保证钢丝绳的张紧力，只有起吊系统中的受力绳可以作为换绳牵引力。 结果，新旧钢丝绳必须频繁停车切卡、固定，导致更换钢丝绳不连续。

(2)换绳轮直线绞车机构(见图2 )包括两台直线绞车，连续使用上下两组压板夹持钢丝绳。 链条上装有卷扬机摩擦块材料，摩擦系数大于0.2，对钢丝绳正压小于5 MPa。 钢丝绳位于上下链条摩擦块的绳槽内，上浮动卡盘不固定，下浮动卡盘在夹紧油缸的作用下向上夹紧链条； 链条的主动轮直接缸连续带动钢丝绳。 同时，后张紧缸推动后张紧链轮的运动，保证松紧侧链条张紧和链条啮合准确。 浮动卡盘的各卡盘内置滚动轴承，重载状态下发热量少，且各卡盘使用铰链，因此即使钢丝绳直径不一致，也可以用相同的按压力保护钢丝绳。

3.5 换绳速度匹配情况

(1)人工换绳时，在进绳和收绳过程中，采用人工台车，与提升机检修速度不符。 放新绳时，易甩绳，收旧绳时，易拖底缠绕。

(2)换绳轮收绳速度为0.1~0.4 m/s，可与卷扬机检查速度同步，配合电动收绳绞车，避免收绳连续、拖拉。

3.6 换绳时间及人员

(1)手动更换钢丝绳35人左右(盘绳工人除外)，工作时间2~3 d。 换绳车需要15人左右(电动盘绳)，工作时间为12~24 h小时。 换绳车换绳，北洮河铁矿副井户用14.5 h，洛河铁矿主井户用16 h，葫芦煤矿1号主井户用16 h，杏山铁矿副井户用20 h。

图2直线绞车结构简图

(2)随着井深、绳径的增加，人工换绳技术随着劳动强度的增大，换绳时间明显延长。 机器换绳技术随着井深、绳径的增加，换绳技术和劳动强度变化不大，换绳时间增加较小。

3.7 换绳安全对比

(1)工人在井塔内交叉作业，工人多，且多为手持工装，易产生高处坠落物； 复合板为半结构，必须用高强度螺栓连接。

图3复合板

1 .长板2 .绳槽3 .高强度螺栓

(2)人工紧固时，多以个人经验为主，没有具体的施工扭矩标准，紧固不牢，或者两板之间的主绳张紧不完全，在下放过程中容易发生滑绳危险，安全风险较高。

(3)换绳轮直线绞车机构通过直线链条液压夹持系统对钢丝绳施加夹持压力和收放绳阻力，保证钢丝绳的恒定张力，且与提升机同步运行，不发生钢丝绳打滑的危险。 工作人员只需在井口负责绳子的连接和临时固定，就可以观察关键护理和设备的运行状态，安全性高。

3.8 换绳工艺对钢丝绳结构要求

(1)三股钢丝绳绞合紧密、强度高、受压面积大，钢丝相互束缚，无法相互移动位置适应弯曲，柔性差。 因此，人工绳和机械绳都可以满足这种结构换绳技术的要求。

(2)多层抗转钢丝绳与三角股相比，股数多、股径细，在断绳收放过程中，必须保证钢丝绳的张力。 否则，钢丝绳会松动容易扭绞，影响钢丝绳的寿命。

(3)换绳轮通过液压夹持输送机构，可以配合提升机的运行速度，在换绳过程中保持钢丝绳张力不变，避免钢丝绳松扭。

(4)人工更换线绳，用复合插板进行新旧线绳固定。 而且，旧绳子是新绳子的情况下，新绳子不会承受负荷，主板固定不牢，或者两个主板之间没有张紧新绳子，容易发生松弛现象。

随着瑞海金矿副井(井深1 326.5 m  )、丝岭金矿主井(井深1 598.5 m  )、思山铁矿混合井(井深1 355 m  )、马城铁矿3号主井(井深1 137.3 m  )等建设矿山建设，我国矿山行业千与机械换绳相比，人工换绳技术不适合更换这种结构的钢丝绳。

3.9 调绳次数对比

3.9.1人工更换吊索

杏山铁矿主井人工更换钢丝绳后，需要调整钢丝绳2~3次才能满足安全运行要求。 分析其原因，有以下几点。

(1)连接新的绳带和楔形圈，确保长度多。

(2)在人工更换细绳的过程中，新绳存在局部松弛。

(3)下放中，旧绳有重量，绳槽内，新绳附在主滚筒绳槽外与旧绳相连，无重量。 如果随着主滚筒的运转而下降，新绳的长度必须总是比旧绳长。

(4)新绳装载运行后自身的结构性伸长。

3.9.2换绳车机械换绳

杏山铁矿副井采用换绳车换绳后，只需调整一次钢丝绳即可满足安全运行要求。 分析其原因，有以下几点。

(1)换绳车采用直线绞车机构先收旧绳，再用剩余滚筒至井口之间的旧绳与新绳头连接成一体，新绳直接放入槽中穿过滚筒，与楔形圈连接。

(2)下卷过程中，新绳已经接到提升容器上，新绳开始承重，且换绳轮对新绳施加下放阻力，新绳下卷起到初步牵拉作用，减少后期调整绳的次数。

提高

4 结语

钢丝绳使用寿命的因素除了设计选型合理、后期及时维护外，安装技术的先进性对其影响非常重要。 许多矿山企业非常重视钢丝绳后期维护管理，反而忽视了钢丝绳安装过程的管理。 安装过程中对钢丝绳的损伤是不可逆的，尤其是复合卡对新钢丝绳内部钢丝绳的挤压损伤、抗转钢丝绳的松弛等不易被遮挡的部位。 换绳车集机电液于一体，以液压为动力，随动性好，易于与提升机匹配，满足换绳时速度和力的要求，自动化程度高，施工安全，工作效率高，符合当今社会对安全、高效的要求和“机械化换人、机械化换人”