從2007年江西省全面開(kāi)展非煤礦山安全生產(chǎn)的檢測(cè)檢驗(yàn)工作以來(lái)，提升了礦山企業(yè)設(shè)備的安全水平，但也暴露出了設(shè)備或零配件選型購(gòu)置上的不少問(wèn)題. 2008年，江西華安安全生產(chǎn)檢測(cè)檢驗(yàn)中心檢測(cè)了贛南鎢礦山小型提升設(shè)備310臺(tái)，其中提升鋼絲繩選擇正確的不到1/3.很多礦山企業(yè)在提升鋼絲繩的選擇上存在著盲目混亂的狀況，留下了很多安全隱患，主要表現(xiàn)在：不辨識(shí)鋼絲繩的用途類(lèi)別、不清楚鋼絲繩的結(jié)構(gòu)形式、不通過(guò)計(jì)算來(lái)正確選擇鋼絲繩的參數(shù)以及在鋼絲繩的直徑和長(zhǎng)度的選擇上陷入想當(dāng)然的誤區(qū)，詳情見(jiàn)表 1.

表 1 提升鋼絲繩選擇的錯(cuò)誤類(lèi)別一覽

點(diǎn)擊放大

從表 1可以看出，非煤礦山提升鋼絲繩選擇錯(cuò)誤的類(lèi)型是多樣的，有的甚至是幾種錯(cuò)誤交織在一起，導(dǎo)致“錯(cuò)上加錯(cuò)”.最突出的錯(cuò)誤是沒(méi)有通過(guò)計(jì)算來(lái)選定鋼絲繩的參數(shù)，即使最低的錯(cuò)誤比例，如鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度選擇，也占到了被檢測(cè)的提升系統(tǒng)近1/3.所以，在目前安全要求越來(lái)越高，企業(yè)追求經(jīng)濟(jì)效益最大化的形勢(shì)下，科學(xué)合理地選擇提升鋼絲繩顯得尤為重要.

提升鋼絲繩按用途性質(zhì)可分為一般用途鋼絲繩和重要用途鋼絲繩.《一般用途鋼絲繩GB/T20118-2006》規(guī)定，一般用途鋼絲繩適用于機(jī)械、建筑、漁業(yè)、林業(yè)、貨運(yùn)索道等用途^[1].而《重要用途鋼絲繩GB8918-2006》規(guī)定，重要用途鋼絲繩適用于礦井提升、高爐卷?yè)P(yáng)、石油鉆井等行業(yè).礦井提升用鋼絲繩必須采用取得了安全標(biāo)志的重要用途鋼絲繩^[2].新鋼絲繩懸掛前，均應(yīng)由有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)（30°以下斜井例外），檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具合格的檢定報(bào)告后，方可懸掛使用.

礦用提升鋼絲繩是絲－股－繩結(jié)構(gòu)，即先由一定數(shù)量的細(xì)鋼絲（直徑為0.4~4 mm）捻結(jié)成股，再由若干股捻制成繩，繩的中間夾著纖維芯制成.常見(jiàn)的鋼絲繩一般由6個(gè)繩股組成，如圖 1所示^[3].

圖 1 提升鋼絲繩結(jié)構(gòu)圖

鋼絲繩的繩芯是用具有較大抗拉強(qiáng)度的有機(jī)纖維-麻捻制而成，一般由三四股捻成，其作用是儲(chǔ)存繩油、防銹和減少內(nèi)部鋼絲的磨損，且可以起襯墊作用，增加鋼絲繩的柔軟性，還在一定程度上能吸收鋼絲繩工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊.此外，也有金屬制成的繩芯.金屬繩芯斷面內(nèi)金屬面積大、抗破斷拉力大、耐橫向壓力、不易變形等優(yōu)點(diǎn)，但柔軟性差、不耐腐蝕，所以，礦井提升多選擇有纖維芯的鋼絲繩.

（1）右捻（Z捻）鋼絲繩.繩股捻成鋼絲繩時(shí)，是自左向右捻轉(zhuǎn)（右螺旋）.其中鋼絲在股中捻向與股在繩中捻向相反的，稱(chēng)交互右捻（如圖 2）；兩者相同的稱(chēng)同向右捻（如圖 3）.

圖 2 交互右捻

圖 3 同向右捻

（2）左捻（S捻）鋼絲繩.繩股捻成鋼絲繩時(shí)，是自右向左捻轉(zhuǎn)（左螺旋）.其中也分交互左捻（如圖 4）和同向左捻（如圖 5）.

圖 4 交互左捻

圖 5 同向左捻

同向捻鋼絲繩比較柔軟，表面較光滑，彎曲應(yīng)力較小，因而使用壽命較長(zhǎng)，斷絲后斷絲頭部即翹起，易發(fā)現(xiàn)，但有較大的恢復(fù)力，容易松散或扭轉(zhuǎn)打結(jié).同向捻鋼絲繩在豎井中使用較普遍.交互捻鋼絲繩的性質(zhì)與同向捻鋼絲繩相反.在斜井串車(chē)提升時(shí)，由于摘掛鉤頻繁，在鋼絲繩有自由端的情況下，多選用結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的交互捻鋼絲繩.

按鋼絲繩的斷面形狀分，有圓形股、三角股和橢圓形股3種，后二者又稱(chēng)異形股鋼絲繩.

圓形股鋼絲繩易于制造，價(jià)格低，所以礦山常用這種鋼絲繩.

三角股鋼絲繩是由6個(gè)具有一定螺旋狀的等邊三角形圍繞繩芯緊密扣合而成.三角股鋼絲繩與圓股鋼絲繩相比，表面平滑圓整，與天輪與滾筒的接觸面積大，每根鋼絲分擔(dān)的壓力小，耐磨損，壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通圓股鋼絲繩.

鋼絲繩繩股內(nèi)各層鋼絲之間有點(diǎn)、線、面3種接觸方式，故按股內(nèi)各層鋼絲之間接觸方式分為點(diǎn)、線、面接觸鋼絲繩.

點(diǎn)接觸鋼絲繩.股中內(nèi)外層鋼絲以等捻角不等捻距來(lái)捻制，一般以相同的鋼絲來(lái)制造，鋼絲間呈點(diǎn)接觸狀態(tài)，如圖 6（a），這樣，當(dāng)鋼絲繩受到拉伸載荷時(shí)，繩內(nèi)各層鋼絲的受力在理論上相等.在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這種鋼絲繩的缺點(diǎn)是接觸應(yīng)力大，當(dāng)受拉伸尤其在鋼絲繩經(jīng)過(guò)滾筒和天輪時(shí)，受到二次彎曲、拉伸和橫向擠壓，鋼絲間的點(diǎn)接觸處應(yīng)力集中而產(chǎn)生嚴(yán)重壓痕，由此導(dǎo)致鋼絲繩疲勞斷裂.

圖 6 繩股中鋼絲接觸情況

線接觸鋼絲繩.線接觸鋼絲繩股中內(nèi)外層鋼絲以等捻距不等捻角（等距離）來(lái)捻制，一般以不同的鋼絲來(lái)制造，絲間呈線接觸狀態(tài)，如圖 6（b）.線接觸鋼絲繩工作時(shí)應(yīng)力低，耐疲勞性能好，結(jié)構(gòu)緊密，金屬斷面利用系數(shù)較高.因此，線接觸鋼絲繩的壽命高于點(diǎn)接觸鋼絲繩.

面接觸鋼絲繩.面接觸鋼絲繩是將線接觸鋼絲繩股進(jìn)行特殊碾壓加工、使股內(nèi)各層鋼絲呈面接觸.這種鋼絲繩具有結(jié)構(gòu)緊密、間隙小、不易變形、破斷拉力高、更耐磨損等優(yōu)點(diǎn).

我國(guó)的非煤礦山企業(yè)現(xiàn)推廣使用線接觸鋼絲繩.

《重要用途鋼絲繩GB8918-2006》已將鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度分為1570、1670、1770、1870、1960 MPa 5個(gè)級(jí)別.從實(shí)際的使用效果來(lái)看，鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度并非選得越高越好.鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度愈高，則鋼絲呈脆性，其抗彎曲性能愈差，容易斷絲，使鋼絲繩的壽命縮短.一般礦井提升多采用抗拉強(qiáng)度為1670 MPa以下的鋼絲繩，特別是在斜井提升選用絲徑較大的鋼絲繩時(shí)，其抗拉強(qiáng)度不大于1670 MPa為好.只有在某些已生產(chǎn)的老礦井，當(dāng)由于井筒延深或要使礦井增產(chǎn)，而需利用已有的提升機(jī)，提升鋼絲的直徑又不能加粗的具體情況下，為了遵守相關(guān)規(guī)程、規(guī)范對(duì)提升機(jī)安全系數(shù)的規(guī)定，才考慮采用抗拉強(qiáng)度高的鋼絲繩，以適用礦井生產(chǎn)的實(shí)際需要.

安全系數(shù)是指鋼絲繩全部鋼絲拉斷力的總和與鋼絲繩的計(jì)算靜拉力之比.要特別指出的是：各鋼絲拉斷力的總和中不包括試驗(yàn)不合格的鋼絲繩拉斷力，計(jì)算的最大靜拉力包括繩端荷重和鋼絲繩懸掛長(zhǎng)度的重量. 《金屬非金屬礦山安全規(guī)程GB16423-2006》對(duì)提升鋼絲繩的安全系數(shù)作出了規(guī)定^[4]，如表 2所示.

表 2 鋼絲繩安全系數(shù)的選擇

點(diǎn)擊放大

（1）豎井單繩提升鋼絲繩（如圖 7）的安全系數(shù)M_a應(yīng)符合^[4]：

圖 7 豎井單繩纏繞提升鋼絲繩計(jì)算示意圖

式中：Q_p為鋼絲繩所有鋼絲破斷力之和，/N；Q為一次提升載荷，/N；Q_z為容器自身重力，/N；P為提升鋼絲繩每米重量，/（kg·m^-1）；H_c為鋼絲繩最大懸垂長(zhǎng)度，/m. H_c=H_j+H_s+H_z.

（2）斜井提升鋼絲繩（如圖 8）的安全系數(shù)Ma應(yīng)滿(mǎn)足：

圖 8 斜井提升鋼絲繩計(jì)算示意圖

規(guī)程規(guī)定值（見(jiàn)表 2）

式中：Q_p為鋼絲繩所有鋼絲破斷力之和，/N；Q為一次提升載荷，/N；Q_z為容器自身重力，/N；P為提升鋼絲繩每米重量，/（kg· m^-1）；L為鋼絲繩最大長(zhǎng)度，/m；α為井筒傾角，/（°）；ω₁為容器運(yùn)行系數(shù)，0.01~ 0.015；ω₂為鋼絲繩運(yùn)行時(shí)與托輥和底板的阻力系數(shù).

若鋼絲繩全部支承在托輥上，可取0.15~0.20；若鋼絲繩局部支承在托輥上，取值0.25~0.015；若鋼絲繩沒(méi)有托輥支承而全部在底板上運(yùn)行，取值0.40~0.60.

斜井提升一般選6股7絲標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩，因?yàn)檫@種鋼絲繩的鋼絲較耐磨.若有面接觸鋼絲繩供應(yīng)時(shí)，可優(yōu)先選用.

在礦山企業(yè)檢測(cè)檢驗(yàn)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)很多礦山在進(jìn)行鋼絲繩的直徑選擇時(shí)陷入一個(gè)誤區(qū)：認(rèn)為鋼絲繩的直徑選得越大越可靠，這是沒(méi)有根據(jù)的.

在鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度選定之后，查表可初步選定鋼絲繩的直徑，并且按上述方法校核鋼絲繩的安全系數(shù)后，還要校核提升設(shè)備的滾筒最小直徑同鋼絲繩直徑之比，《金屬非金屬礦山安全規(guī)程GB16423-2006》對(duì)此也作出了規(guī)定，如表 3所示；校核提升裝置的天輪、卷筒、主導(dǎo)輪和導(dǎo)向輪的最小直徑同鋼絲繩中最粗鋼絲直徑之比，《金屬非金屬礦山安全規(guī)程GB16423-2006》的規(guī)定，如表 4所示.

表 3 提升裝置的最小直徑與鋼絲繩的直徑之比

點(diǎn)擊放大

表 4 提升裝置的最小直徑與鋼絲繩中

點(diǎn)擊放大

另外，《金屬非金屬礦山安全規(guī)程GB16423-2006》還規(guī)定，卷筒上纏繞兩層或兩層以上鋼絲繩時(shí)，卷筒邊緣應(yīng)高出最外層鋼絲繩，且高差不小于鋼絲繩直徑的2.5倍.以上條件滿(mǎn)足了，就可確定鋼絲繩的直徑.

和鋼絲繩直徑的選擇一樣，也有相當(dāng)一部分礦山在對(duì)鋼絲繩長(zhǎng)度的截取上存在著想當(dāng)然的思維，認(rèn)為鋼絲繩越長(zhǎng)越好，卷筒上鋼絲繩纏繞的圈數(shù)越多越好，這是不正確的.鋼絲繩的裁截應(yīng)當(dāng)遵循以下幾方面的要求：

（1）適合井筒長(zhǎng)度（高度）；

（2）提升容器下放到井底車(chē)場(chǎng)位置時(shí)，提升設(shè)備的卷筒上應(yīng)纏繞有3圈以上的鋼絲繩，用以減輕固定處的張力，或作定期檢驗(yàn)用的補(bǔ)充繩；

（3）提升裝置的卷筒纏繞鋼絲繩的層數(shù)，應(yīng)符合《金屬非金屬礦山安全規(guī)程GB16423-2006》規(guī)定，如表 5所示.

表 5 提升裝置的卷筒纏繞鋼絲繩的層數(shù)的要求

點(diǎn)擊放大

總之，科學(xué)而合理地選擇提升鋼絲繩，不但可以保證鋼絲繩的使用壽命延長(zhǎng)，還關(guān)系到人員的生命安全、設(shè)備的可靠運(yùn)行、礦山的正常生產(chǎn)，不同的使用條件應(yīng)按照《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》的要求選擇不同的用途類(lèi)別、不同結(jié)構(gòu)、不同參數(shù)的鋼絲繩.