矿用无极绳绞车钢丝绳更换方法优化与实践

艾敬国，刘会彬，杨 博

(彬县煤炭有限责任公司，陕西 咸阳 712000)

0 引言

在煤矿生产过程中，提升系统属于一个重要环节，尤其是钢丝绳在整个系统中有重要作用。钢丝绳由于磨损及疲劳，要不定期进行更换。矿用无极绳绞车钢丝绳的更换历来是一项费时费力，操作难度大的工作任务，目前通用的方法主要利用无极绳梭车牵引新的钢丝绳，以实现对新绳的布设，同时在尾轮处设置滑轮做临时尾轮，从而达到导向的目的[1]。此种方法所需用工器具及准备工作较多，工序上费时费力，且人力作业量较大，实际操作过程中困难也较多，不利于安全作业。为了矿井的安全高效生产，某煤矿尝试从主运输大巷无极绳绞车钢丝绳更换方法上进行优化改进，研究摸索出更加省时省力、操作简单的换绳工艺方法[2]。

1 背景技术

矿用无极绳绞车作为一种常用的辅助运输装备，应用十分广泛。作为提供直接拉力的媒介，绞车钢丝绳承受着负荷及摩擦，特别是主要运输巷道的无极绳绞车，运行繁忙，工作量大，容易疲劳磨损，钢丝绳必须加强绳径及断丝情况的日常检查，不能满足安全使用要求，需及时进行更换[3]。由于钢丝绳的使用时限及疲劳造成强度下降，一般钢丝绳运行每半年就需进行更换。目前通用的方法主要利用无极绳梭车牵引新钢丝绳，以实现对新绳的布设，同时在尾轮处设置20T滑轮做临时尾轮，从而达到导向的目的。新钢丝绳穿过轨道底部叉道及通过无极绳绞车张紧器和滚筒时，均需人工操作，完成后重新将新绳固定在梭车上。新绳布设完成后，最后进行紧绳试车，完成整个换绳工作。

此种方法主要存在以下不足。一是所需用工器具及准备工作较多，需要提前准备并安装3台调度绞车，其中2台分别安设于前后尾轮处用于绳头换向时拉绳，第3台调度绞车则用于回收旧绳，同时要单独安装20T滑轮做临时尾轮。二是工艺上费力，人工作业量较大，需作业人员约15人，要多次拆卸、安装梭车钢丝绳，将新绳从岔道下穿过；3台调度绞车打运、安装稳固需多人分组进行；新绳穿入张紧器及缠绕无极绳绞车滚筒时，也需多人人工操作。三是所用时间较长，整个换绳过程所用时间需2个单班共计16 h以上，各个工序之间还要合理安排，紧密配合。四是作业安全性不高，作业过程中由于工序多、人工作业量大、人员交叉作业多，实际操作中困难也较多，不利于现场指挥，作业安全性难以有效保障。

2 换绳工艺优化改进的思路和方法

2.1 主要思路

为了克服以往技术方法存在工序繁多、准备工作量及人工作业量大、工艺上费时费力，且作业的安全性难以得到可靠保证等问题和不足，联系井下斜巷运输皮带裁剪、更换方法，研究探索一种新的钢丝绳更换方法，简化工序，节约人力、物力和时间成本，进一步提高作业的安全高效性。

2.2 皮带更换方法概述

根据常见斜巷皮带输送示意图，如图1所示。对皮带更换方法进行概述。裁切、更换皮带时，首先将要裁切的部分起点转到K点，并将皮带夹紧，防止滑脱；从K处裁切，将K点上端带头与新带进行硫化搭接；硫化结束后，拆除夹带装置，用钢丝绳捆绑K点处的旧带头，与提前安置的调度绞车相连；然后同时开启调度绞车和皮带机，保持二者同速，硫化的新带由皮带机滚筒向上拉，调度绞车从K点向外拉旧带头，从而完成旧带的裁切及回撤；旧带裁撤后再硫化另一处皮带接头，最后完成紧带及调试工作[4]。

图1 斜巷皮带输送示意Fig.1 Belt conveying in inclined roadway

优化后的钢丝绳更换方法思路来源于此，即利用原驱动装置及调度绞车实现一进一出、循环转动，采用新旧皮带及钢丝绳搭接的方法一次性完成新带、新绳的铺设，减少准备工作量，节约时间，提高工作效率。

2.3 钢丝绳更换技术方案

无极绳绞车钢丝绳更换过程示意图，如图2所示。首先准备好新钢丝绳盘，将无极绳梭车停在轨道端头处，分别取下旧绳两端并固定好以防滑脱，然后用电机车将新绳头拉至梭车处，将新绳绳头和旧绳下行端拆解开，将2个绳头的绳股各剁去一半，然后进行编织缠绕、完成插接，插接部分用细铁丝紧扎，旧绳另一端固定在电机车尾部。准备工作就绪后，开启无极绳绞车缓慢下行，同时电机车上行拉旧绳，运行过程中保持二者速度一致，这样就完成了新旧绳的循环更换。

图2 无极绳绞车钢丝绳更换过程示意Fig.2 Wire rope replacement process of endless rope winch

电机车向外拉绳时可根据井下环境实际情况，分段拉出，将旧绳回收，也可采用专用的收绳装置回收旧绳。过程中，新绳绳头通过无极绳绞车硐室张紧器及绞车滚筒时，需要密切关注。新绳布设到位后，将两端头分别取下并选取合适长度固定在梭车上，再进行紧绳试车，完成整个换绳工作[5-7]。

3 优化工艺实施流程

下面结合技术方案对工艺作进一步详细描述。

3.1 新绳准备

准备好新钢丝绳，在轨道端头适当位置将新钢丝绳盘用支撑架吊起来，支撑架需提前加工，包括左右对称的一副支撑架及一根横轴，横轴穿过绳盘，坐落于支撑架上。整个支撑架要求稳固牢靠，能支撑整盘钢丝绳重量，绳盘能灵活转动，并且现场准备制动杆，用于系统停车时临时制动，防止绳盘由于惯性继续转动[8]。

3.2 无极绳梭车准备

将无极绳梭车停在轨道端头、新绳盘附近，从梭车上分别取下旧绳两端，并用绳卡固定好以防滑脱，两端头均需额外留足长度以利于作业，其中下行端外留部分用以和新绳插接，上行端需和电机车连接。

3.3 新旧绳头插接

将新绳头用电机车牵引至梭车处，分别拆解开新绳绳头和旧绳下行端，并将2个绳头的绳股各剁去一半，接着将2个绳头对在一起编织缠绕，进行插接。插接长度参考有关标准，小插接一般不小于钢丝绳直径的40～50倍，《煤矿安全规程》第414条规定，钢丝绳接头的插接长度不得小于钢丝绳直径的1 000倍。这2种插接长度的要求是为了确保钢丝绳正常安全使用。以小插接法为例计算，矿井常用无极绳绞车为SQ-120(132)P型变频式无极绳绞车，钢丝绳直径为φ28 mm，计算插接长度约11.2～14 m。考虑到换绳过程中无极绳绞车不带负载、低速运行，且插接段仅在换绳过程中使用一次，结合实际试验情况，插接长度一般不小于5 m[9]。

编制插接过程中要注意钢丝绳的捻向，对绳头时要拉紧使两端绳的捻距一致。插接完成后，再用细铁丝(14#)对插接段进行紧扎以提高连接强度，最后将旧绳另一端用钢丝绳卡重新固定在电机车尾部，由电机车向外拉[10]。

3.4 新旧钢丝绳更换

一切准备工作就绪后，开启无极绳绞车缓慢下行，速度控制在0.5～1 m/s之间，同时电机车反方向运行向外拉旧绳，运行过程保持二者速度一致。电机车拉旧绳时，受巷道长度限制，可分次进行，每次需取下固定的钢丝绳并裁切拉出的部分，电机车空车返回并重新固定钢丝绳，如此反复。旧绳的回撤、回收也可采用专用的收绳装置或调度绞车。

无极绳绞车运行时，沿途需安排多人进行监护，过程中要密切关注插接头运行情况，特别是过夹绳轮、尾轮及无极绳绞车硐室张紧器和绞车滚筒，发现插接绳头或紧扎的细铁丝有松动现象则立即停车处理。

无极绳绞车过后导向轮时，需拆除原固定的两端绳头，调换方向并重新固定，然后再换向上行，从而完成新绳的铺设。

3.5 紧绳试车

当无极绳绞车牵引新绳头运行至前导向轮附近时，此时旧绳已经回撤完毕，取下旧绳绳头；然后将新绳盘的绳头取下，绕过前导向轮后选取合适长度固定在梭车上；最后再紧绳试车，完成整个换绳工作。

4 实际应用效果分析

优化后的钢丝绳更换方法经过试验，并多次在实践中得到应用，取得了良好效果。目前新的方法已经运用成熟，并得到推广。

4.1 工艺简单，准备工作量及作业环节显著减少

作业过程不需用提前打运、安设临时尾轮、调度绞车等工具和设备，准备工作大大减少；换绳过程中不需要人工将钢丝绳穿过道岔，且钢丝绳进入无极绳绞车张紧器、缠绕滚筒不需人工作业，整个作业过程中间作业环节少，工艺简单，易于操作。

4.2 现场作业安全性较高

由于准备工作量及中间作业环节大大减少，人员数量便可以有效缩减，人工作业量降低，且易于操作，作业人员的安全性大大提高；工艺简单，交叉作业量小，易于现场管理人员指挥、监护，现场作业安全风险大大降低。

4.3 节省人力，降低作业人员劳动工作量

新钢丝绳的布设由旧绳牵引，动力主要由无极绳绞车和电机车形成闭合循环，不需用操作调度绞车，也不需人力穿过岔道及无极绳张紧器。相较以往换绳方法，所需作业人员数量从15人降至6～10人，可以有效减少近一半的作业人员数量，并大大降低工人的劳动强度和工作量。

4.4 节省时间，创造良好的经济效益

新工艺方法准备工作及中间环节大大减少，整个换绳过程中除新绳头过后导向轮及暂停分次裁撤旧绳外，几乎不停车。整个换绳过程所用时间由2个单班共计16 h以上可以降至一个单班8 h之内，显著节约矿井正常生产时间，可以创造直接生产效益[11-12]，也减少了其他区队不必要的劳动力及时间浪费，降低成本。

5 结语

随着国家宏观经济政策改革和煤炭能源行业供给侧结构性改革的推行，煤炭工业要朝向高质量发展的道路。煤矿企业，要依靠科技创新，减员增效，实现煤矿安全高效生产。快速、安全的完成钢丝绳更换便是矿井安全性、经济性的内在要求。新的钢丝绳更换方法便是从实际工作中不断摸索并经过试验，优化形成的一种新的成熟工艺。优化后的钢丝绳更换方法，工艺简单、省时省力、作业安全性大大提高，对于提升矿井运输安全、创造经济效益有显著作用，具有很好的推广意义。