李沅羲

（唐山冀東礦業(yè)安全檢測檢驗有限公司 河北唐山 063000）

礦用鋼絲繩在煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其質(zhì)量是否達標、應(yīng)用方法是否正確會對生產(chǎn)安全及相關(guān)人員的人身安全造成直接影響。因此，要采取正確的方式來檢測礦用鋼絲繩，需要對礦用鋼絲繩矯直與否對破斷力直接造成的影響進行分析，完成對鋼絲繩安全性的研究。

1 檢測礦用鋼絲繩現(xiàn)狀與研究的意義

礦山企業(yè)中的鋼絲繩主要應(yīng)用在立井提升、懸掛吊盤、斜井提升、運輸工作人員等多個方面。礦用鋼絲繩作為礦井中的一項重要部件，其性能和質(zhì)量會對生產(chǎn)人員及生產(chǎn)作業(yè)安全造成直接的影響。同時，受作業(yè)環(huán)境、人員操作等多項因素影響，礦用鋼絲繩是整個提升設(shè)備中最終容易遭受破壞的一項部件，其壽命長度對生產(chǎn)工作及企業(yè)經(jīng)濟效益造成直接影響，如果鋼絲繩出現(xiàn)斷裂問題，將會引發(fā)事故，可見，要加強對礦用鋼絲繩檢測的探究。總而言之，對檢測方法及相關(guān)內(nèi)容的探究和分析意義重大。通過對多年來礦山企業(yè)檢測鋼絲繩工作的相關(guān)經(jīng)驗進行總結(jié)，以及企業(yè)反饋的各項信息來看，檢測礦用鋼絲繩現(xiàn)狀如下。

對于立井提升中摩擦式鋼絲繩、懸掛吊盤用鋼絲繩及傾斜架空乘人裝置檢測，缺少合理監(jiān)督措施和檢測方法，這都會對最終等級檢測結(jié)果造成不良影響，無法獲取到精準檢測結(jié)果。

送入到試驗室內(nèi)的待檢測鋼絲繩樣品代表性差，這可能會導(dǎo)致最終檢測結(jié)果無法準確反映鋼絲繩質(zhì)量。

需要制定一套合理的檢測方法，將其應(yīng)用到檢測礦用鋼絲繩中，對于鋼絲繩報廢前的過程進行全方位檢測。

為了提高檢測結(jié)果的精準性，需要對檢測結(jié)構(gòu)進行探討，做好相應(yīng)分析工作。而對礦用鋼絲繩檢測來說，檢測前是否進行鋼絲矯直處理是影響檢測工作開展及檢測最終結(jié)果的一項重要內(nèi)容，因此，需要加強對這一內(nèi)容的探討。

2 影響礦用鋼絲繩壽命的各項因素

礦用鋼絲繩壽命會受到不同因素影響，具體如下。

2.1 生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝是影響礦用鋼絲繩壽命長度的一項重要因素。通過對鋼絲繩的具體結(jié)構(gòu)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，其是由繩芯和繩股共同構(gòu)成的，其中，繩股是構(gòu)成鋼絲繩的一項重要部分，除了單股鋼絲外，還有不少于4股繩股。礦用提升鋼絲繩常見的繩股主要有6 股、8 股、18 股等幾種形式。鋼絲繩中的繩芯主要有纖維繩芯和金屬繩芯兩種類型。繩股鋼絲與生產(chǎn)作業(yè)中采用的捻制工藝會直接影響鋼絲繩的最終質(zhì)量，但是從實際使用的情況來看，鋼絲通常是采用高質(zhì)量的鋼錠，采取熱軋方式，制作成直徑相對較細的圓鋼，然后通過多次冷拔后，將其制作直徑不同的鋼絲。在具體生產(chǎn)過程中，若鋼絲和捻制工藝無法達到預(yù)期，勢必會對制造的鋼絲繩質(zhì)量造成直接影響，導(dǎo)致其無法滿足應(yīng)用需求，在具體應(yīng)用時可能會發(fā)生突然斷裂現(xiàn)象，這不但會對生產(chǎn)作業(yè)造成不良影響，而且會造成經(jīng)濟損失，甚至會引起人員傷亡，危害巨大。

2.2 應(yīng)用因素

將鋼絲繩投入使用后，各種不同類型的損傷是破壞鋼絲繩性能、縮短其應(yīng)用壽命的關(guān)鍵影響因素，而機械損傷也是鋼絲繩的主要損傷類型，通過對大量鋼絲繩出現(xiàn)的問題進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，其中較為常見的形式如下。

第一，礦用鋼絲繩發(fā)生斷絲而縮短其壽命，對其應(yīng)用造成不良影響。對于礦用鋼絲繩來說，主要有制造斷絲和使用斷絲兩種不同類型。制造斷絲的出現(xiàn)就是由于在進行捻制時，采用的捻制工藝不合理及鋼絲存在中斷情況造成的；使用斷絲指的是礦用鋼絲繩在長期應(yīng)用期間，繩輪上及卷筒上鋼絲繩發(fā)生多次彎曲，這會導(dǎo)致鋼絲繩發(fā)生嚴重疲勞現(xiàn)象，會降低鋼絲繩在具體應(yīng)用時的韌性，最終在應(yīng)用期間會發(fā)生斷絲問題。從大量的礦用鋼絲應(yīng)用情況來看，除了疲勞絲之外，還包括銹蝕斷絲、損傷斷絲、拉斷斷絲等情況，其中，拉斷斷絲與礦用鋼絲自身性能有著直接影響，斷絲會大幅度縮短礦用鋼絲壽命。

第二，磨損縮短鋼絲繩壽命。磨損主要分為內(nèi)部磨損和外部磨損。內(nèi)部磨損集中在礦用鋼絲繩在具體應(yīng)用時壓力集中一側(cè)，鋼絲繩內(nèi)部鋼絲間會產(chǎn)生作用力，這將會導(dǎo)致絲與絲、股與股間產(chǎn)生的作用力不斷改變，鋼絲繩內(nèi)部將會發(fā)生嚴重磨損，如果應(yīng)力集中或應(yīng)用過于頻繁，或遭受到的瞬間沖擊力，將會導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，會大幅度縮短鋼絲繩壽命。外部磨損指的是鋼絲繩在應(yīng)用期間，其表面會與卷筒、繩輪、托輥表面發(fā)生摩擦，而這一摩擦現(xiàn)象是長期存在的，隨著時間的推移，鋼絲繩經(jīng)磨損會不斷變細，情況嚴重時會出現(xiàn)斷絲，最終降低整個鋼絲繩的破斷拉力。

第三，過載是縮短礦用鋼絲繩壽命的一項重要因素。鋼絲繩在長期應(yīng)用期間會發(fā)生局部磨損和微量縮頸現(xiàn)象，若荷載超出了鋼絲繩塑性變形極限值，可能會出現(xiàn)整繩斷裂或斷絲現(xiàn)象。但是，鋼絲繩在時間應(yīng)用過程中都處于運動狀態(tài)，鋼絲繩不僅需要承受自重、載重之外，還要關(guān)注沖擊和加速度而引起的荷載及由于摩擦而引起的附加荷載，各種荷載相互疊加，將會導(dǎo)致鋼絲繩在應(yīng)用時發(fā)生過載現(xiàn)象。

2.3 銹蝕因素

礦用鋼絲繩的應(yīng)用環(huán)境相對惡劣，經(jīng)常會遭受巷道酸堿性、氣體腐蝕等各項因素影響，鋼絲繩表層會遭受化學腐蝕，會出現(xiàn)麻坑、黑皮等各種不良現(xiàn)象。含有酸堿性的氣體或淋水，一方面會沖刷鋼絲內(nèi)部和表面防腐油脂，另一方面還會腐蝕鋼絲繩內(nèi)芯，導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)嚴重銹蝕。長時間銹蝕會大幅度降低鋼絲強度，這一腐蝕會超出鋼絲繩正常疲勞和腐蝕對于鋼絲繩造成的影響。

3 檢測鋼絲繩破斷力的方法

3.1 澆鑄法

采用熔融金屬澆鑄試樣散頭，然后冷卻到常溫，將鋼絲夾持在試驗機鉗口座內(nèi)，開展拉伸試驗。該方法主要適合應(yīng)用在繩徑大于6mm的鋼絲繩的檢測中。

3.2 套壓法

通過套管將試樣頭壓緊，然后采用試驗機鉗口進行夾持，開展拉伸試驗。該方法適合應(yīng)用在檢測金屬芯類鋼絲繩的破斷力，如果在實際檢測中檢測的為纖維芯鋼絲繩，若采取套壓法開展相應(yīng)的檢測工作，為了確保最終檢測結(jié)果準確，應(yīng)當將套壓處的纖維芯去除，采用同股徑鋼芯對該段進行填充處理，然后再進行套壓。

3.3 纏繞法

通過卷輪進行應(yīng)用開展檢測試驗，檢測人員將試樣直接纏繞在卷輪上，然后通過試驗。該方法主要適合應(yīng)用在繩徑小于30mm 的鋼絲繩的檢測中，而直徑超過30mm的鋼絲繩最好采取澆鑄法進行檢測。

3.4 直接夾持法

將試樣直接夾持在試驗機鉗上開展檢測。

4 檢測試驗結(jié)果對比分析

4.1 礦用鋼絲矯直概況

在檢測鋼絲前，檢測機構(gòu)需要矯直礦用鋼絲。在具體矯直時，不得采用鋼鐵器，可以采用硬質(zhì)塑料、木頭、銅錘等進行，這樣做的核心目的就是避免鋼絲由于矯直而導(dǎo)致其遭受損傷，影響檢測結(jié)果。檢測部門將需要檢測的鋼絲送到制樣間后，要依據(jù)的相關(guān)產(chǎn)品的具體標準及采用的試驗方法，利用切樣機將待檢測鋼絲切割為符合實際長度的鋼絲樣本。由于散開的鋼絲將會成螺旋狀，在這一情況下，無法直接開展檢測工作，因此，開展檢測作業(yè)時，要進行矯直后才能開展后續(xù)檢測作業(yè)。從目前整個行業(yè)的發(fā)展情況來看，許多鋼絲繩生產(chǎn)廠家及檢測機構(gòu)都要對鋼絲繩進行矯直處理。具體檢測工作主要運用人工方式，即人工利用木棰或銅棒對鋼絲進行加矯直，基于此，也出現(xiàn)了部分鋼絲矯直器，但是從實際情況來看，矯直機器自由度和靈活度都較小，而且作業(yè)效率、費電耗材等方面與人工方法相比存在較大差距，可實施性較低，難以達到預(yù)期。因此，為了完成相應(yīng)分析工作，采用人工矯直鋼絲對比試驗方法進行探討。

4.2 對比試驗結(jié)果

4.2.1 試驗方法分析

對鋼絲繩進行拆股處理，拆散的每股每絲，相關(guān)工作人員通過對硬質(zhì)塑料墩和銅錘進行矯直處理，矯直一半，同時，利用切絲器將絲樣從彎直部分處切斷，將未矯直螺旋絲與矯直鋼絲進行逐一備份，嚴格依據(jù)拉力試驗操作規(guī)范要求的拉力試驗機開展相應(yīng)試驗工作，同時，要對通過試驗獲取到的各項數(shù)據(jù)內(nèi)容進行全面統(tǒng)計，通過對比完成后續(xù)分析工作。

4.2.2 試驗結(jié)果

一共分析了20組鋼絲繩，矯直前后鋼絲破斷拉力情況如表1所示。

表1 矯直前后鋼絲破斷拉力情況

通過表1 中的數(shù)據(jù)可以看出，對于同一根鋼絲來說，未矯直鋼絲破斷拉力與矯直后的鋼絲進行對比并不大；對于同一外觀沒有出現(xiàn)缺陷的鋼絲破斷拉力來說，鋼絲的斷拉力是相等的，但是力值會出現(xiàn)不均勻的改變。

4.2.3 分析試驗結(jié)果

通過對未矯試驗鋼絲破斷后的采樣進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，部分鋼絲在中間部位出現(xiàn)了隨機斷裂現(xiàn)象，而另一部分斷裂集中在鉗口處。具體分析內(nèi)容如下。

第一，鉗口斷裂鋼絲。矯直時，不得對鋼絲表面造成損傷。在對鋼絲進行矯直處理時，要采取應(yīng)當遠小于鋼絲硬度的材質(zhì)開展，確保經(jīng)過矯直處理后的鋼絲表面不會遭受到損傷。例如，采用LJ-5000 破斷拉力試驗機開展試驗作業(yè)，在具體處理時，因為待處理的鋼絲位于鉗口夾持拉伸階段處于彎曲狀態(tài)，鉗口夾板會導(dǎo)致彎曲部分鋼絲夾持兩端自受力上會出現(xiàn)受力不均勻現(xiàn)象，一面為線受力，另一面則為點受力，這一項會導(dǎo)致鋼絲外表面遭受到輕微損傷，這會導(dǎo)致未經(jīng)過矯直垂直的鋼絲在鉗口處發(fā)生破斷。由此可見，未經(jīng)過矯直處理的鋼絲破斷力與矯直處理的鋼絲相比，夾持平面的受力會小于鋼絲破斷拉力。

第二，分析中間出現(xiàn)隨機斷裂的鋼絲。通過對鋼絲鉗口產(chǎn)生的切應(yīng)力損傷進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，其已經(jīng)不是主要原因，造成這一現(xiàn)象的主要原因是螺旋狀夾持器夾持拉伸后，在鋼絲繩表面將會發(fā)生擰旋，這會導(dǎo)致鋼絲表面由于受力的不均而發(fā)生斷裂問題，并非垂直鋼豎直方向重力，而是通過擰旋斜向力中豎直方向風力被拉力機進行準確顯示。通過對大量的試驗內(nèi)容進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，采取的人工方式對鋼絲進行矯直處理時，在具體處理時，受操作人員操作情況、試驗環(huán)境等各項內(nèi)容影響，會發(fā)生直接矯直擰旋現(xiàn)象。但是，從實際情況來看，采取人工方式矯直處理后的鋼絲會轉(zhuǎn)變?yōu)橹睏l狀，而擰旋水平方向的力矩與彎曲鋼絲直接拉直擰旋形成的水平方向的力矩相比，前者要小很多。

5 結(jié)語

開展礦用鋼絲繩檢測試驗期間，通過對比未矯直和矯直的鋼絲破斷力試驗獲取到的數(shù)據(jù)，獲取到了影響鋼絲破斷力值的因素主要有鉗口夾持對于鋼絲表面造成的損傷及直接拉直斷裂形成的擰旋水平力，受這兩項因素影響，將會導(dǎo)致未經(jīng)過矯直處理的鋼絲測得破斷力值小于采取正確矯直的鋼絲，這會對真實破斷力試驗結(jié)果造成不良影響。采取正確方式對鋼絲進行矯直處理，經(jīng)過處理后的鋼絲性能發(fā)生的變化微乎其微，通過試驗獲取到數(shù)據(jù)能夠反映鋼絲的性能。