浅谈千米深井提升钢丝绳张力不平衡的调整与管控措施

导读

某矿 1 号副井井口标高 17.3 m，井底标高 -1 150 m，提升高度达 1 200 m。该副井服务上、下两个采区以及溜破系统，共 13 个水平。该矿选用 JKM-2.8×6 PⅢ 塔式多绳摩擦式提升机，采用单罐笼配平衡锤提升系统，配备低速直联交流同步电动机、交-直-交变频调速，PLC 控制。1 号副井提升机在运行过程中，钢丝绳受力不平衡，导致钢丝绳疲劳断丝、断股甚至断绳，影响了 1 号副井的安全稳定运行。本研究结合钢丝绳使用与维护的理论和一些经验，探讨影响提升钢丝绳张力的各个因素，并对提升钢丝绳的良好运行提出一些控制措施。

1 钢丝绳工况

JKM-2.8×6PⅢ 塔式多绳摩擦式提升机的具体参数如表 1 所列。

1.1 钢丝绳张力测量方法

将罐笼下放至最低停车位置 -1120 水平，配重停至井口。检修人员站在 4 层检修平台上，用相同的力推动绳子后松手，用秒表计时。振动波沿着钢丝绳向下传播，传至井下的罐笼后回弹。当观察到钢丝绳突然晃动时，暂停秒表，并记录测量的时间。

1.2 钢丝绳反弹波现场测量

按照《金属非金属矿山安全规程》6.3.3.15 的规定：运转中的多绳摩擦式提升机，应每周检查一次主绳的张力，若各绳张力反弹波时间差超过 10%，应调绳。该矿所用提升钢丝绳的反弹波测量结果如表 2所列。

由表 2 可知：3 号绳的张紧力最小，反弹波时间最长是 21.48 s；4 号绳的张紧力最大，反弹波时间最短是 18.98 s；3 号、4 号绳的时间差是 2.51 s，超过平均时间 19.99 s 的 10%，此时，提升钢丝绳的受力是不均匀的，需要根据实际情况进行调整。

2 XSZ 张力自动平衡主绳悬挂装置

2.1 装置结构和工作原理

该矿选用 XSZ 型张力自动平衡主绳悬挂装置，如图 1 所示。它能时刻调整提升钢丝绳的张力，以保证钢丝绳受力均匀、一致。当某一根钢丝绳受力较大时，液压缸活塞杆被压缩，液压缸内的液压油通过七通管进入受力小的液压缸，受力大的钢丝绳悬挂装置变短，受力小的钢丝绳悬挂装置变长；如此动态调整，实现张力自动平衡。

2.2 加压方法

钢丝绳由于弹性塑性伸长，经常需要加压调绳。为减少截绳调罐次数，新旧钢丝绳采用不同的加压标准。

(1) 使用旧绳 旧钢丝绳的塑性伸长变化不大，加压标准是所有液压缸伸出 1/2 即可。

(2) 使用新绳 新钢丝绳塑性伸长变化大，两端加压标准是液压缸伸出 1/4 为止。当钢丝绳塑性伸长至影响装/卸载位置时，前期可通过加压调整，如加压已使两端的液压缸伸出量达 4/5 时，可收绳调整。收绳后，加压仍为液压缸伸出 1/4 为止，如此几次，约需一个月时间，待钢丝绳稳定后，将两端加压至液压缸伸出 1/2。

2.3 悬挂液压缸活塞杆伸出量

马城铁矿 1 号副井采用 XSZ135×6 主绳悬挂装置，单架悬挂的设计破坏载荷计为 1 350 kN，提升钢丝绳为 6 根。悬挂液压缸活塞杆行程为 0～ 685 mm；最大伸出量为 685 mm，此时液压缸活塞杆伸出到极限；最小伸出量为 0 mm，此时液压缸活塞杆收缩到极限。笔者将以该液压缸活塞杆伸出量为例，来阐述影响钢丝绳张力的具体因素及解决方法。

该液压缸活塞杆伸出量的测量方法：①将罐笼停放在井口，测量罐笼侧液压缸活塞杆伸出量，并按照顺序依次记录；② 在井底配重侧测量液压缸活塞杆伸出量，并按照顺序依次记录；③测量完毕后，将配重提升至井口，罐笼降在井底，使用同样方法再次分别记录相应活塞杆伸出量。测量结果如表 3 所列。

3 张力影响因素和管控措施

3.1 钢丝绳长度偏差

如图 2 所示，提升容器在井下时，4 号绳液压缸活塞杆伸出量总和为 1 260 mm，6 号绳液压缸活塞杆伸出量总和为 250 mm，其他钢丝绳液压缸活塞杆伸出量在 700 mm 左右；这说明相对其他钢丝绳来说，4 号绳最长，6 号绳最短，此时两绳之间的最大差为 1 010 mm。这个差值远超过液压缸最大调整量 685 mm，说明提升钢丝绳处于张力不平衡状态。

针对因钢丝绳长度偏差引起的张力不平衡，建议采用以下管控措施。

(1) 按照实际数据进行调绳，调绳时应以最短钢丝绳为基准，进行收绳工作，确保各钢丝绳绳长差在100 mm 左右。

(2) 调绳前，施工人员乘罐笼去 1120 水平，调整罐笼使其到达正常停车位置，确保停车位置准确。

(3) 调绳前，施工人员下井观测井底尾绳环的相对位置，确保尾绳环距离平台 1 000～ 1 500 mm。

3.2 提升钢丝绳偏蹿问题

如图 3 所示，罐笼在井口位置时，1 号、4 号、5 号绳液压缸活塞杆伸出量是 685 mm，均已伸出到极限。但是 5 号绳在一次提升过程中，罐笼无论是在井口还是井下，均出现悬挂液压缸活塞杆伸出到极限的状况，这种问题叫做钢丝绳偏蹿。此时，钢丝绳的张力是平衡的，不影响正常提升，可以通过加压调整，但是加压不能从根本上解决问题。导致钢丝绳偏蹿原因有很多，悬挂装置侧板与滑块之间的摩擦因数、导向轮的惯性质量、绳槽的深浅等等，很多因素共同作用导致钢丝绳偏蹿。

提升钢丝绳偏蹿时，建议采用以下管控措施。

(1) 以图 2 为例，将液压缸活塞杆已到下极限的罐笼提升到井口，关闭 1 号、2 号、3 号、4 号、6 号液压缸与七通管之间的球阀，打开七通管总球阀，放掉 1/2 的液压油，同时在井底配重侧打开相应的截止阀，使用加压油泵充入 1/2 直油液。

(2) 强制加压调整。将液压缸活塞杆已到下极限的罐笼提升到井口，全部放掉一端的油液，提升机以0.5 m/s 的速度来回提升两次，再调整压力以加压调整。

3.3 绳槽直径的偏差

影响绳槽直径出现偏差的原因：①新更换摩擦衬垫；② 摩擦衬垫绳槽积增摩脂或异物；③摩擦衬垫磨损、磨偏或直径差超过 0.8 mm。具体原因需要根据具体情况确定。

3 张力影响因素和管控措施

3.1 钢丝绳长度偏差

如图 2 所示，提升容器在井下时，4 号绳液压缸活塞杆伸出量总和为 1 260 mm，6 号绳液压缸活塞杆伸出量总和为 250 mm，其他钢丝绳液压缸活塞杆伸出量在 700 mm 左右；这说明相对其他钢丝绳来说，4 号绳最长，6 号绳最短，此时两绳之间的最大差为 1 010 mm。这个差值远超过液压缸最大调整量 685 mm，说明提升钢丝绳处于张力不平衡状态。

针对因钢丝绳长度偏差引起的张力不平衡，建议采用以下管控措施。

(1) 按照实际数据进行调绳，调绳时应以最短钢丝绳为基准，进行收绳工作，确保各钢丝绳绳长差在100 mm 左右。

(2) 调绳前，施工人员乘罐笼去 1120 水平，调整罐笼使其到达正常停车位置，确保停车位置准确。

(3) 调绳前，施工人员下井观测井底尾绳环的相对位置，确保尾绳环距离平台 1 000～ 1 500 mm。

3.2 提升钢丝绳偏蹿问题

如图 3 所示，罐笼在井口位置时，1 号、4 号、5 号绳液压缸活塞杆伸出量是 685 mm，均已伸出到极限。但是 5 号绳在一次提升过程中，罐笼无论是在井口还是井下，均出现悬挂液压缸活塞杆伸出到极限的状况，这种问题叫做钢丝绳偏蹿。此时，钢丝绳的张力是平衡的，不影响正常提升，可以通过加压调整，但是加压不能从根本上解决问题。导致钢丝绳偏蹿原因有很多，悬挂装置侧板与滑块之间的摩擦因数、导向轮的惯性质量、绳槽的深浅等等，很多因素共同作用导致钢丝绳偏蹿。

提升钢丝绳偏蹿时，建议采用以下管控措施。

(1) 以图 2 为例，将液压缸活塞杆已到下极限的罐笼提升到井口，关闭 1 号、2 号、3 号、4 号、6 号液压缸与七通管之间的球阀，打开七通管总球阀，放掉 1/2 的液压油，同时在井底配重侧打开相应的截止阀，使用加压油泵充入 1/2 直油液。

(2) 强制加压调整。将液压缸活塞杆已到下极限的罐笼提升到井口，全部放掉一端的油液，提升机以0.5 m/s 的速度来回提升两次，再调整压力以加压调整。

3.3 绳槽直径的偏差

影响绳槽直径出现偏差的原因：①新更换摩擦衬垫；② 摩擦衬垫绳槽积增摩脂或异物；③摩擦衬垫磨损、磨偏或直径差超过 0.8 mm。具体原因需要根据具体情况确定。

如图 4 所示，1 号、3 号绳的液压缸活塞杆伸缩是由绳槽直径差过大造成的。罐笼侧 1 号绳在井口时，活塞杆伸出量为 685 mm；在井下时，活塞杆伸出量为 100 mm；串动量为 580 mm。罐笼侧 3 号绳在井口时，活塞杆伸出量为 80 mm；在井下时，活塞杆伸出量为 655 mm；串动量为 575 mm。提升机运行一个循环，悬挂液压缸串动量大是典型的由绳槽直径差造成的工况。主滚筒直径大，绳槽深度浅，其圆周长也大，在单位时间内，主滚筒上的钢丝绳提升行程也大，导致提升钢丝绳承受较大的张力。下放过程中，主滚筒绳槽深度深的，其圆周长也小，在单位时间内钢丝绳下放的行程小，导致钢丝绳承受较小的张力。当钢丝绳的伸缩长度超过悬挂液压缸的调整量时，钢丝绳处于张力不平衡状态，需要及时调整。

针对绳槽直径偏差问题的最佳管控措施是车削衬垫。按照《金属非金属矿山安全规程》6.3.3.15 规定：对主导轮和导向轮的摩擦衬垫，应视其磨损情况及时车削绳槽；绳槽直径差不应大于 0.8 mm，衬垫磨损达 2/3 时，应及时更换。当绳槽深浅差超过 0.8 mm 时，应该精车绳槽。

绳槽偏差的测量方法主要有以下 3 种。

(1) 直接测量法 施工人员站在 4 层绳槽车削平台上，在主滚筒挡绳板的同一水平面上拉一根钢丝，用深度游标卡尺测量各个绳槽的直径。测量时，要在同一绳槽位置采用等分的方法，多次测量取平均值。6 根钢丝绳所用摩擦衬垫的绳槽偏差 (相对深度) 测量结果如表 4 所列。可见，1 号绳槽最浅，5 号绳槽最深，绳槽深浅差超过 0.8 mm。精车绳槽时，先车削 5号绳槽，再以 5 号绳槽为基准车削其他绳槽，直到误差小于 0.2 mm 为止。

如图 4 所示，1 号、3 号绳的液压缸活塞杆伸缩是由绳槽直径差过大造成的。罐笼侧 1 号绳在井口时，活塞杆伸出量为 685 mm；在井下时，活塞杆伸出量为 100 mm；串动量为 580 mm。罐笼侧 3 号绳在井口时，活塞杆伸出量为 80 mm；在井下时，活塞杆伸出量为 655 mm；串动量为 575 mm。提升机运行一个循环，悬挂液压缸串动量大是典型的由绳槽直径差造成的工况。主滚筒直径大，绳槽深度浅，其圆周长也大，在单位时间内，主滚筒上的钢丝绳提升行程也大，导致提升钢丝绳承受较大的张力。下放过程中，主滚筒绳槽深度深的，其圆周长也小，在单位时间内钢丝绳下放的行程小，导致钢丝绳承受较小的张力。当钢丝绳的伸缩长度超过悬挂液压缸的调整量时，钢丝绳处于张力不平衡状态，需要及时调整。

针对绳槽直径偏差问题的最佳管控措施是车削衬垫。按照《金属非金属矿山安全规程》6.3.3.15 规定：对主导轮和导向轮的摩擦衬垫，应视其磨损情况及时车削绳槽；绳槽直径差不应大于 0.8 mm，衬垫磨损达 2/3 时，应及时更换。当绳槽深浅差超过 0.8 mm 时，应该精车绳槽。

绳槽偏差的测量方法主要有以下 3 种。

(1) 直接测量法 施工人员站在 4 层绳槽车削平台上，在主滚筒挡绳板的同一水平面上拉一根钢丝，用深度游标卡尺测量各个绳槽的直径。测量时，要在同一绳槽位置采用等分的方法，多次测量取平均值。6 根钢丝绳所用摩擦衬垫的绳槽偏差 (相对深度) 测量结果如表 4 所列。可见，1 号绳槽最浅，5 号绳槽最深，绳槽深浅差超过 0.8 mm。精车绳槽时，先车削 5号绳槽，再以 5 号绳槽为基准车削其他绳槽，直到误差小于 0.2 mm 为止。

(2) 钢丝绳标记法 加压使两端液压缸伸出 1/2为止，将罐笼和配重停在同一水平面上。施工人员在罐笼侧的 2 层检修平台对同一水平面钢丝绳做标记，转动滚筒 n 圈后，标记绕过滚筒至配重侧，施工人员在 2 层测量标记差值。用相同方法测量 3 次后，取平均值，根据平均值计算绳槽直径差。

(3) 液压缸伸缩法 将配重侧油管截止阀全部关闭，罐笼提升至井口，检修人员站在罐笼顶部测量每根悬挂装置垫块到上限位的距离。将罐笼以 0.3 m/s的速度下放井底，下放过程中，检修人员观察并测量垫块运行的最大距离，可根据运行距离计算出绳槽直径差。

车削绳槽时，可以按下列公式的计算值对直径较大的绳槽进行车削。

式中：r 为总进刀量，mm；Δh 为测定的绳槽差值，mm；φ 为滚筒直径，m；H 为测量时钢丝绳的行程，m。

车削滚筒衬垫的顺序：先车削直径最大的，车削后及时重新测定张力差，直到符合要求为止。

3.4 钢丝绳的自身结构

1 号副井提升机采用 6V×37+FC 型、三角股钢丝绳，提升钢丝绳采用一左一右捻向成对布置。三角股钢丝绳自身抗扭性能较差，在使用过程中，钢丝绳会在拉伸、弯曲和扭转力的作用下扭转，带动中板和压块扭转，使压板与侧板两侧间隙产生变化，压块和侧板摩擦力变大。自动平衡装置不能及时调节，造成悬挂装置自动调节功能响应不及时。

因钢丝绳自身结构造成的张力不平衡，可采用以下措施：

(1) 调绳时，采取从两侧容器收绳的方式以释放应力；

(2) 在中板和垫块接触部分涂抹润滑脂，以减少摩擦；

(3) 优先考虑选用旋转系数低或者不旋转钢丝绳，如圆股交互捻钢丝绳。

3.5 钢丝绳串动量超出液压缸调节范围

1 号副井井深 1 120 m，主提升滚筒直径为 2.8 m，液压缸最大调整行程为 685 mm。按照绳槽最大标准直径差 0.8 mm 计算，提升机从井口运行至井下，提升滚筒转动圈数

上述钢丝绳的串动量是 639.95 mm，接近最大调整行程。在加压调绳时，悬挂液压缸的伸出量一般控制在 350 mm 左右，当提升机运行至中段水平 600 m时，悬挂液压缸已经到极限位置，无法起到调节张力平衡的作用，液压缸调节行程不合理。

当钢丝绳串动量超出液压缸调节范围时，建议采用以下措施。

(1) 适当增加悬挂装置调节行程。通过与设计单位沟通，该矿将副井钢丝绳悬挂装置进行改进，在确保安全稳定的前提下，适当调整液压缸行程，以减少调绳次数。

(2) 将绳槽直径差控制在 0.2 mm。当绳槽直径差为 0.2 mm 时，钢丝绳的串动量 L=0.2 mm×2×3.14×n =160 mm，液压缸的行程控制在 350±160 mm，以延缓悬挂液压缸极限情况。当绳槽直径差超过 0.2 mm 时，应及时车削绳槽。

3.6 悬挂装置液压元件渗漏

在提升机运行期间，如果悬挂装置上的七通管、截止阀、液压缸、油管等液压元件出现渗漏，各部液压缸将全部缩到极限位置，各根钢丝绳张力严重不平衡，极容易发生单根钢丝绳吃力、断绳事故等。

当七通管、截止阀、液压缸等液压元件渗漏时，应立即组织更换。

4 结语

结合 1 号副井提升机的实际运行情况，详细分析了影响钢丝绳张力的因素，并制定了相应的管控措施。钢丝绳的长度偏差、偏蹿、绳槽直径偏差、结构选型以及自动平衡主绳悬挂装置的选型和维护，这些都是解决 1 号副井液压缸达到极限状态的重难点。本文所提到的各种管控措施，均在该矿的实际生产中得以应用，可以在较短时间内解决因各种因素导致的钢丝绳张力不平衡的问题，提高了伸缩液压缸的寿命，保证生产的稳定性，希望可以给同行技术人员在千米深井提升设备选型中提供有效的借鉴。此外，建议千米深井提升钢丝绳选用圆股交互捻钢丝绳，以减少扭转力，并选择合适的悬挂装置来增加有效行程，使得各钢丝绳张紧力平衡一致，确保提升机安全稳定运行。