镀锌钢丝绳    南通钢丝绳,江苏南通钢丝绳厂  
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煤矿主、副井是煤矿生产的“咽喉”。钢丝绳是主、副井提升设备的一个重要组成部分,它直接关系到煤矿正常生产、人员生命安全及经济运转。为确保煤矿提升的安全,《煤矿安全规程》(以下简称《规程》)对提升用钢丝绳做了详细的规定。这些规定虽在燃矿安全生产中发挥了不可替代的作用,但目前《规程》和MT716-1997《煤矿重要用途钢丝绳验收技术条件》对钢丝绳低值钢丝的要求,已低于或落后于国内钢丝绳的科学技术发展水平,距离国际钢丝绳技术水平相差得更远。
目前,国内许多掌握钢丝绳生产先进技术的企业,生产能力、技术水平逐步向国际化迈进。已具备生产高强度、高韧性、低松弛、捻制质量均匀的钢丝绳能力。生产的钢丝绳,抗弯曲疲劳性能可能控制,且满足设计要求;结构伸长量、断面收缩率满足设计要求;整绳破断拉力满足标准规定的要求,且绳内各股绳之间捻制张力均匀;麻芯的含油量满足使用中润滑钢丝的要求等等。在制绳工艺过程中,绳径与丝径的配置科学化,钢丝绳结构和绳径一旦确定,丝径的大小可精确到0.01 mm;丝与丝之间、股与股之间的间隙控制数量化;钢丝的晶粒度要求标准化;麻芯的径向压缩率规范化;钢丝绳拆股做单丝力学性能检验,其钢丝的抗拉强度、反复弯曲值和扭转值,在满足标准规定的条件下,可均匀的控制在一定范围内。
1 存在的问题
1.1 煤矿对提升用钢丝绳的要求低于国家标准
调查研究发现,占调查中90%以上的大煤矿集团、煤矿不十分了解国内钢丝绳现行标准,在购买钢丝绳时不会依据现行标准,提出符合矿井自身条件的技术要求,用上世纪70~80年代钢丝绳标记代号标准(即建井时选定的钢丝绳规格型号)要求购买提升钢丝绳。如:煤矿提升人员时,1996年以前,煤炭行业标准规定采用特类钢丝绳;1996年以来,国家标准、煤炭行业标准都改用重要用途钢丝绳,若要求镀锌,则必须采用AB类或B类镀锌。煤矿在向生产企业提出购绳要求时,仍然要求特类、镀锌。钢丝绳生产企业为了容易生产、降低成本,向煤矿提供A类镀锌钢丝绳。有的钢丝绳企业向煤矿提供一般用涂钢丝绳,钻煤矿用绳人员不了解现行标准的空子。
钢丝绳企业生产执行的GB、T8918-1996《钢丝绳》,与世纪70~80年代的GB1102-74《圆股钢丝绳》、YB829~79《异型股钢丝绳》等标准差别很大,用途的分类、强度等级、韧性指标、镀锌等级等都相差悬殊,两者不能一一比对。煤矿用绳的技术人员或管理人员,把矿井提升用钢丝绳经过有资质的检验机构,检验合格与否,作为能否悬挂使用的唯一依据,不懂得合格不一定符合该矿井使用的技术要求之原则。有相当数量的多绳摩擦提升副井(提升人员或物料),购买的是A类镀锌钢丝绳,检验中因用在提人时必须按AB类判定。钢丝绳生产企业,要求检验机构按A类镀锌检验,发放A类镀锌验收检验合格报告。然而两种镀锌类型的钢丝绳韧性指标相差较大,抗弯曲疲劳性能差别大,有的强度相差也很大。煤矿拿到有资质的检验机构发放的检验合格报告,安然使用,全然不知道已给矿井提升埋下安全隐患。
1.2 煤炭行业标准对低值钢丝的要求低于国标
《规程》和MT716-1997《煤矿重要用途钢丝绳验收技术条件》规定,钢丝的抗拉强度、反复弯曲和扭转三项试验允许的低值钢丝总数,以低值钢丝的总断面积与试验钢丝总断面积之比计算,达到6%不得用作升降人员;达到10%,不得用作升降物料。
6%和10%的量值要求,已经低于或落后于GB/T8918-1996《钢丝绳》对低值钢丝的要求,具体数据以表1所列的6×19+Fc-21.5、6V×21+Fc-22、6V×37S+Fc-39.5钢丝绳为例。

表1 低值钢丝绳断面积与全部试验钢丝总断面积比值

名称
低值钢丝绳总断面积与全部试验钢丝总断面积比

依据GB/T8918-1996允许值
依据《规程》、MT716-1997允许值

拆一股钢丝试验
100%拆股试验
提人(100%拆股试验)
提物(100%拆股试验)

6×19+Fc-21.5

6V×21+Fc-22

6V×37S+Fc-39.5
5根(27.78%)

2根(6.59%~11.70%)

3根(8.03%~11.57%)
9根(7.83%)

7根(3.85%~6.84%)

10根(4.46%~6.42%)
小于6%

小于6%

小于6%
小于10%

小于10%

小于10%

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注:1.GB/T8918-1996拆一股钢丝试验不符合《规程》和MT716-1997的要求。
2.表1括号中的百分数值,为允许的低值钢丝根数,折合成低值钢丝总断面积与全部试验钢丝总断面积比值。
由表1所列数据分析可得:
(1)GB/T8918-1996中不同结构的钢丝绳,对低值钢丝根数的要求不同,折合成低值钢丝总断面积与试验钢丝总数面积之比,也不是定值。
(2)按GB/T8918-1996拆一股钢丝做单丝力学性能试验,允许的低值钢丝根数,折合成低值钢丝总断面积与试验钢丝总断面积之比约在6.59%~27.78%之间,大于6%。6×19+Fc-21.5钢丝绳的低值钢丝允许值已达到了27.78%,是《规程》规定的提人不大于6%的4.63倍,提物不大于10%的2.8倍。因此,按GB/T8918-1996拆一股钢丝做单丝力学性能试验,不符合《规程》和MT716-1997的要求。同时按GB/T8918-1996拆一股钢丝做单丝力学性能试验,判定钢丝绳合格后,在煤矿提升中使用,给煤矿生产埋下了安全隐患。
(3)煤矿立井提长普遍使用三角股钢丝绳。而三角股钢丝绳,按GB/T8918-1996做100%拆股单丝力学性能试验,其允许的低值钢丝根数,折合成低值钢丝总断面积与试验钢丝总断面积之比约在3.85%~6.84%之间,小于或接近于6%。若低值钢丝全部为内层细丝,则低值钢丝的总断面积与试验钢丝总断面积之比在3%~5%之间,小于6%。若低值钢丝全部为外层粗丝,则低值钢丝的总断面积与试验钢丝总断面积之比在6.42%~6.84%之间,接近于6%,小于10%。因此,《规程》和MT716-1997对煤矿提升用钢丝绳低值钢丝的要求,低于或落后于GB/T8918-1996对钢丝绳低值钢丝的要求。
(4)《规程》和MT716-1996对提物用钢丝绳100%拆股试验,允许低值钢丝的总断面积与试验钢丝总断面积之比不小于10%的要求,更低于GB/T8918-1996允许的低值钢丝根数,折合成低值钢丝总断面积与试验钢丝总断面积之比在3.85%~7.83%的要求。
《规程》和MT716-1997标准与2003年低修订定稿,即将颁布实施的GB8918《重要用途钢丝绳》不能一一对应。修订后的GB8918《重要用途钢丝绳》,采用国际标准ISO3154-88《矿井提升用钢丝绳交货技术条件》,它们对钢丝绳的要求高于且严于GB/T8918-1996《钢丝绳》。更高于或严于MT716-1997标准。
即将颁布实施的GB8918《重要用途钢丝绳》规定,钢丝绳拆一股钢丝做单丝拉断、弯曲、扭转三项试验;钢丝绳(整绳)破断拉力试验。其钢丝抗拉强度允许值,控制在下限和上限之间,下限为公称抗拉强度,上限为公移抗拉强度加上260、290、320、350 MPa不等(钢丝直径不同所加的数值不同)。比MT716-1997允许的钢丝抗拉强度值,最低提高50 MPa,最高提高400 MPa;反复弯曲、扭转允许值比MT716-1997的要求也有相应提高。增加了钢丝绳结构伸长量的规定。限定钢丝绳的结构伸长量,对于减少提升过程中装、卸载停车位置不准确,降低一次提升循环时间;消除摩擦提升多绳受力不均匀而出现的打滑、跳绳等安全隐患意义重大。
1.3 煤炭行业标准对低值钢丝的要求低于国际标准
MT716-1997标准规定,钢丝绳中钢丝的抗拉强度允许值为公称抗拉强度减去50MPa;国际标准ISO3154-88《矿井提升用钢丝绳交货技术条件》,对钢丝绳中钢丝抗拉强度的要求是:公称抗拉强度为下限值,上限为公称抗拉强度加上260、290、320、350 MPa不等(钢丝直径不同所加的数值不同)。比MT716-1997要求的钢丝抗拉强度最低提高50 MPa,最高提高400 MPa。因此,煤炭行业对进口钢丝绳做悬挂前的检验,执行MT716-1997标准,降低了煤矿提升对进口钢丝绳的要求。
1.4 钢丝绳的检验项目少于国家标准规定
煤炭行业钢丝绳检验,判定合格的条件是钢丝绳拆股做钢丝的单丝力学性能试验,即钢丝的抗拉强度 、反复弯曲和扭转试验。三项试验结果符合标准要求,判定为合格;否则判定为不合格。
GB/T8918-1996和MT716-1997都对钢丝绳的直径允许偏差和不圆度、每米重量、绳芯、捻制质量、涂油等作了定量或定性的规定。
1.5 标准未包含煤矿提升理论和实际对钢丝绳的要求
多绳摩擦提升一般要求各绳槽直径相差不超过0.05 mm,否则张力不平衡现象会十分明显,直径愈大的绳槽,其上升侧的张力愈大,其下放侧的张力愈小。GB/T8918-1996和MT716-1997把钢丝绳的绳径偏差均规定为公称直径的0~+6%。多绳摩擦提升钢丝绳直径大多在d=21~40 mm,若钢丝绳直径d=21 mm,则+6%偏差为1.26 mm,是0.05 mm的25倍;若钢丝绳直径d=40 mm,则+6%偏差为2.40 mm,是0.05 mm的48倍。在多绳摩擦提升过程中,钢丝绳是搭放在绳槽上,依靠钢丝绳和绳槽之间的摩擦力带动提升容器上提或下放。如果绳槽直径偏差满足规定要求,钢丝绳直径偏差大张力不平衡现象也会十分明显。
煤矿多绳摩擦提升若能要求各绳的力学性能、结构伸长、绳径、断面收缩率相等,即偏差控制在某一很小的规定值内,则提升过程的张力不平衡现象会得到有效控制。多年来,研究张力不平衡的专家、学者始终认为:“造成钢丝绳张力分布不均的主要因素有3种,①各绳的长度不等;②各钢丝绳刚性不同;③摩擦轮绳槽直径不等。而钢丝绳刚性系数不等和绳径偏差造成的影响可忽略。因为《规程》要求更换钢丝绳时必须同时更换所有的提升钢丝绳,钢丝绳应是同样规格、同批产品,各钢丝绳刚性系数的偏差实际上可以控制在很小的范围。因此,应着重考虑绳槽半径偏差和钢丝绳悬挂长度偏差造成的影响。”然而,煤矿提升用钢丝绳的安全标志检验、验收检验、悬挂前检验,根本就未提出过钢丝绳的绳径偏差、结构伸长、断面收缩率(即钢丝绳受力后绳径的变化率)和刚性系数的要求。调查、检测的结果以不争的事实证明,同时悬挂使用的同一公称直径的多个钢丝绳,悬挂受力后直径偏差很大,且结构伸长差别也很大;同一条钢丝绳在百米长度内其外观尺寸、性能都有差别。
煤炭行业的科技工作者,为了解决钢丝绳结构伸长量大,停车位置不能准确的问题,曾研制了箕斗提升可升降的装载和卸载装置,罐笼的底板可升降装置,多绳摩擦提升钢丝绳张力制动调节装置等等。一些煤矿集团或煤矿采用进口钢丝绳做主、副井提升,以减少提升过程中发生的上述问题。
煤矿多绳摩擦提升若都能使用高强度、高韧性、低松驰、捻制质量均匀,且各绳的结构伸长率、断面收缩率、直径相同(误差越小越好)的钢丝绳,那么多绳摩擦提升钢丝绳的张力不平衡现象,就有可能从根本上得到遏制,从而减少或消除提升过程中钢丝绳打滑、卡罐、断绳甚至容器掉入井低等事故隐患。同时可延长钢丝绳的使用寿命,减少维护保养量。如今煤炭行业对提升用钢丝绳的要求,仍停留在只要求钢丝单丝力学性能的水平上。
1.6 煤矿对钢丝绳的认识不全面
煤矿集团在购买钢丝绳时,把供货商是否能提供矿用安全标志证书作为订购的依据;煤矿用绳单位及负责人,把悬挂前的钢丝绳经过有资质的检验机构检验合格,作为使用安全可靠的唯一依据。对于购绳时供货商提供的质量证明书,是否满足矿井提升用绳要求不会识别;对于有资质的检验机构提供的检验报告的合格内容,是否符合该矿井的使用条件不会判定。然而,安全标志检验、悬挂前检验,仅仅对钢丝绳拆股做钢丝的抗拉强度、反复弯曲和扭转试验,即单丝力学性能满足所执行标准的相关条款检验。
如:某煤矿集团2002~2003年5月送检了近百条钢绳,其中部分钢绳外观质量差,质量证明书注明的强度不符合所执行标准的规定,有的无生产日期、发货日期,有的发货日期已超过标准规定的验收检验时间。检验机构按GB/T8918-1996拆一股钢丝做验收检验,发放了验收检验合格报告。尽管煤矿集团的钢丝绳验收人员,对外观质量差的钢丝绳有异议,但检验机构已判定钢丝绳合格,只好同意悬挂使用。笔者经过跟踪调查,质量证明书不符合现行标准要求的钢丝绳,使用不到半年就不得不更换了。又如:某煤矿集团送检11条6×19+Fc-21.5、18.5钢丝绳,有10条质量证明书注明为一般用途。检验依据GB/T8918-1996,按一般用途钢丝绳判定9条合格。《规程》和MT716-1997均规定,煤矿提升必须使用重要用途钢丝绳。而煤矿认可这样的检验,且毫无异议的用在矿井提升中。这9条绳中,有一条钢丝绳悬挂使用的第三天,断绳跑车,导致提物的矿车翻车掉下轨道,无人员伤亡。
2 改进建议
(1)煤炭行业做具体工作的相关专家,应该熟悉并掌握国际、国内钢丝绳科学技术发展状况,使煤炭行业提升用钢丝绳标准和《规程》对提升用钢丝绳的要求,跟上国际、国内钢丝绳行业发展的技术水平。
(2)煤炭行业做具体工作的相关专家,参加钢丝绳国标的制、修订工作。把煤矿提升运输理论和实际,对钢丝绳的要求写进国标,写进煤炭行业矿井提升用钢丝绳标准。让钢丝绳生产企业掌握煤矿矿井提升对钢丝绳的要求。
(3)向煤矿集团的购绳人员,煤矿的用绳人员,宣传现行钢丝绳国家标准和煤炭行业标准,宣传钢丝绳理论知识。向制绳行业宣传煤矿提升运输理论和实际对钢丝绳的要求。
(4)煤炭行业矿井提升用钢丝绳标准的制、修订专家,不间断的了解掌握煤矿提升运输中钢丝绳存在的问题,用制绳行业能理解和接受的语言,把存在的问题反馈给制绳行业。
(5)增加钢丝绳检验项目。在实验室条件下,检测钢丝绳的抗弯曲疲劳性能,钢丝绳的弹性模量,钢丝绳的结构伸长量,钢丝绳在一定的拉力作用下断面收缩率,钢丝绳的麻芯质量,麻芯的含油率,钢丝绳表面涂油质量和表面涂油状态等。使煤矿提升用钢丝绳逐步向科学化,合理化,规范化迈进。

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