載人救援提升裝備多功能鋼絲繩研發(fā)與試驗研究
0引言
地面大直徑深孔載人提升救援是在井下事故發(fā)生后，首先施工小直徑生命通道孔為被困人員提供生命支持，然后施工大直徑鉆孔并使用載人救援提升裝備將被困人員提升至地面的救援方式，可有效避開大面積巷道坍塌區(qū)域、防止救援過程中遭遇二次事故、救援效率高，是礦山應(yīng)急救援的一種新方法和有效手段。
中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司為滿足地面大直徑深孔載人救援提升要求，研發(fā)出ZMK5200QJY40救援提升車，本文重點(diǎn)介紹該套裝備的提升鋼絲繩的研發(fā)和試驗研究過程。
1多功能鋼絲繩
要滿足大直徑深孔內(nèi)提升艙載人提升要求，鋼絲繩需要同時具備載人提升功能和為通信系統(tǒng)提供穩(wěn)定不中斷的信息傳輸通道等功能。
2鋼絲繩方案確定
多功能鋼絲繩在結(jié)構(gòu)上優(yōu)選不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩結(jié)構(gòu)，滿足煤礦安全規(guī)定的載人提升安全要求，確保提升裝備運(yùn)行過程中鋼絲繩不旋轉(zhuǎn)或者弱旋轉(zhuǎn)；在通信電纜和鋼絲繩關(guān)系上，鋼絲繩內(nèi)部設(shè)計有4根（2對）電纜，保證電纜在鋼絲繩負(fù)重條件下外層絕緣材質(zhì)穩(wěn)定、不發(fā)生損壞、變形和破裂問題，避免電纜銅芯與鋼絲繩導(dǎo)通，影響通信性能，需要重點(diǎn)研究鋼絲繩內(nèi)部電纜絕緣材質(zhì)和厚度。
2鋼絲繩方案確定
在煤礦救援鋼絲繩設(shè)計過程中，需要解決的問題是鋼絲繩在使用過程中不旋轉(zhuǎn)。不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩有兩類結(jié)構(gòu)：一種是多股不旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，比如19×7等；另一種是少股不旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，如4Vx39S等?？剐D(zhuǎn)能力，4V×39S優(yōu)于19×7；使用及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，4Vx39S優(yōu)于19×7；柔軟性4V×39S差于19×7；耐磨損性上4V×395與19×7相比，其股的最外層鋼絲直徑更大，意味著具有更好的耐磨損性，總體上說，4Vx39S鋼絲繩更適合煤礦救援使用工況。把銅纜涂塑絕緣后，放置在隨股一起轉(zhuǎn)動的4V×39S的外層股中，是一種比較優(yōu)化可行的方案。
為此確立了煤礦救援鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，四股鋼絲中心都有一根特制的符合煤礦安全要求的通信電纜。
3生產(chǎn)試制
應(yīng)用上述計算結(jié)果，鋼絲繩選用70、80熱鍍鋅鋼絲，中心電纜選用直徑2.70-2.80mmPA12芯，鋼絲繩生產(chǎn)工藝如表1所示。
表1鋼絲繩生產(chǎn)工藝表
4試驗研究
（1）破斷拉力試驗
試驗方案共4種：鋼絲繩手工編插形成環(huán)扣，再進(jìn)行塑膠安全保護(hù)；鋼絲繩通過鋁壓套形成環(huán)扣；鋼絲繩通過手工編插和鋁壓套相結(jié)合；鋼絲繩滑輪組合。試驗方案示意圖如圖2所示。
采用試驗最大破壞拉力，并進(jìn)行絕緣檢測的方法，優(yōu)選鍥形環(huán)組合方式作為鋼絲繩與提升艙連接方式。
（2）疲勞試驗
試驗方法參照8.0mm電梯繩疲勞標(biāo)準(zhǔn)要求，
5000次疲勞試驗后，繩股表面無斷絲，絕緣電阻在500MQ以上。疲勞試驗方法：取鋼絲繩成品7m，拆股并矯直，在電梯繩靜態(tài)疲勞試驗機(jī)上加載380kg，單向循環(huán)模擬5000次。檢測標(biāo)準(zhǔn)：絕緣電阻在500
MQ以上。
（3）750m整繩絕緣檢測采用500量程兆歐表取成品鋼絲繩750m，分股進(jìn)行電阻絕緣檢測，股鋼絲與電纜分別連接兆歐表的“線路”和“接地”端口，若整繩絕緣電阻在500MQ以上則檢測通過。
（4）回轉(zhuǎn)性能檢測
鋼絲繩一端的50cm處對折固定于行車吊勾上（不旋轉(zhuǎn)），用鋼絲繩鍥形夾頭固定；另一端在50cm處對折打扣用鋼絲繩夾頭固定，吊帶串在扣中，吊帶兩頭連在工字輪上。保證上下夾頭之間距離5m，p3mm麻繩系在下面鋼絲繩上，起吊后工字輪旋轉(zhuǎn)，等工字輪停止旋轉(zhuǎn)時，鋼絲繩旋轉(zhuǎn)1.75圈。
（5）救援鋼絲繩模擬實況試驗采用兩段接頭編插鋼絲繩懸掛1.5t重物24h，檢測其導(dǎo)電性，仍然全部絕緣。上下起吊加載、卸載50次，檢測其導(dǎo)電性，仍然全部絕緣。采用兩段接頭鍥形環(huán)組合繩懸掛1.5t重物24h，檢測其導(dǎo)電性，全部絕緣。上下起吊加載、卸載100次，檢測其導(dǎo)電性，全部絕緣。
通過上述方案優(yōu)選、理論計算、生產(chǎn)試制和各類試驗等，最終成功研發(fā)煤礦救援鋼絲繩產(chǎn)品參數(shù)：
繩徑18mm
公稱強(qiáng)度/MPa 1770
表面狀態(tài)鍍鋅/ B級
公稱強(qiáng)度/MPa 1770
表面狀態(tài)鍍鋅/ B級
最小破斷拉力/kN 204
線密度/kg·m 1.217
5結(jié)語
線密度/kg·m 1.217
5結(jié)語
基于地面大直徑深孔載人救援提升方法，對研發(fā)ZMK5200QJY40救援提升車專用鋼絲繩提出載人和下放載重功能且同時能為通信系統(tǒng)提供穩(wěn)定不中斷信息傳輸通道的多功能要求，確立了內(nèi)置四股符合煤礦安全要求的4V×39S不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩結(jié)構(gòu)。通過理論計算確立鋼絲繩選擇系數(shù)、鋼絲繩直徑等參數(shù)，選擇鋼絲繩和中心電纜材料，優(yōu)選鋼絲繩生產(chǎn)工藝，試制了750m鋼絲繩。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行破壞拉力試驗，優(yōu)選鍥形環(huán)組合方式作為鋼絲繩與提升艙連接方式，并進(jìn)行了一系列試驗如疲勞試驗、750m整繩絕緣檢測、回轉(zhuǎn)性能檢測、救援鋼絲繩模擬實況試驗等，最終成功研發(fā)出滿足載人提升要求的多功能鋼絲繩結(jié)構(gòu)，保證了ZMK52000JY40救援提升車載人救援過程安全可靠，對研發(fā)系列多功能鋼絲繩具有借鑒意義。
