準確、實用的礦井鋼絲繩選型設計新方法

準確、實用的礦井鋼絲繩選型設計新方法

董金存1 李玉瑾2

(1.潞安礦業（集團）公司屯留礦井建設管理處 山西 046204 2.中煤國際工程集團北京華宇工程有限公司，北京 100011)

　　內容摘要：本文根據新的《鋼絲繩》標準GB/T8918-1996和《煤礦安全規程》的有關規定，按照國際單位製的要求，推導出了準確、實用的鋼絲繩直徑和單位長度質量的選型設計公式。可作為工程設計和現場維護使用。

　　關鍵詞：鋼絲繩直徑，單位長度質量，破斷拉力，綜合係數

　　中圖分類號：

　　　目前，在礦井鋼絲繩選型計算中一般都是按照《礦山固定機械手冊》中給出的公式進行計算，但手冊中給出的單位是采用工程單位製，並且已經作廢。現在的工程設計已廢除了工程單位製，統一采用國際單位製，在《鋼絲繩》標準GB/T8918-1996中使用的也是國際單位製，因此，造成了鋼絲繩選型計算的混亂和選型結果的不準確。為此，有必要根據《鋼絲繩》標準GB/T8918-1996和《煤礦安全規程》推導出新的鋼絲繩選型計算公式，以便於工程設計和現場維護使用。

　　　1．鋼絲繩近似質量和鋼絲繩破斷拉力的計算

　　　《鋼絲繩》標準GB/T8918-1996給出了鋼絲繩近似質量和鋼絲繩破斷拉力的計算方法，鋼絲繩近似質量的計算式為

　　　　　　　　Pk=K1d2/100 （1）

式中 Pk——鋼絲繩單位長度的近似質量，kg/m；

　　　　d——鋼絲繩的公稱直徑，mm；

　　　　K1——鋼絲繩單位長度的質量係數，kg/m.mm2。

　　　鋼絲繩破斷拉力的計算式為

　　　　　　　　F0=K2d2R0 （2）

式中 F0——鋼絲繩最小破斷拉力，N；

　　　　R0——鋼絲繩公稱抗拉強度，MPa；

　　　　K2——鋼絲繩最小破斷拉力係數。

　　　2．鋼絲繩安全係數的計算

　　　由《煤礦安全規程》可知，鋼絲繩的安全係數等於實測的合格鋼絲拉斷力的總和與其所承受的最大靜拉力（包括繩端載荷和鋼絲繩自重所引起的靜拉力）之比。鋼絲繩安全係數計算式為

　　　　　　　m= N1K3F0/Fmax≥ma （3）

式中 m——鋼絲繩安全係數；

　　　　ma——《煤礦安全規程》所規定的最小鋼絲繩安全係數；

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　　收稿日期：2003-11.

作者簡介：董金存

　　　　N1——提升鋼絲繩根數；

　　　　K3——鋼絲與鋼絲繩最小破斷拉力的換算係數；

　　　　Fmax——鋼絲繩所承受的最大靜拉力，N；

　　　　對於豎井提升：Fmax=（Qd+N1PkHC）g

　　　　對於斜井提升：

　　　　　　　Fmax=[Qd,(sinα+f1cosα)+N1PkHC(sinα+f2cosα)]g

式中 Qd——繩端載荷，N；

　　　　HC——鋼絲繩懸掛長度，m；

　　　　α——井筒傾角；

　　　　f1——礦車運行阻力係數；

　　　　f2——鋼絲繩摩擦阻力係數。

　　　3．最小鋼絲繩直徑的計算

　　　由式（1）、（2）和（3）可得鋼絲繩最小直徑的計算式為

式中 K——鋼絲繩綜合係數，K=100K2K3/（K1g）。

　　　　根據式（3）和（3）a計算的鋼絲繩最小直徑，可以方便地選擇礦井提升鋼絲繩。

　　　4．鋼絲繩單位長度的近似質量計算

　　　同理，由式（1）、（2）和（3）可得鋼絲繩單位長度的近似質量計算式為

顯然，式（5）和（5）a的計算略簡便，但式（4）和（4）a的結果更直觀。

　　　5．鋼絲繩綜合係數的計算

　　　根據《鋼絲繩》標準GB/T8918-1996，可以計算出各種鋼絲繩的綜合係數見表1。

鋼絲繩綜合係數 表1

鋼絲繩結構 鋼絲繩質量係數K1 最小破斷拉力係數K2 鋼絲與鋼絲繩最小破斷拉力的換算係數K3 鋼絲繩綜合係數K=100K2K3/(K1g)

天然纖維芯鋼絲繩 合成纖維芯鋼絲繩 鋼芯鋼絲繩 天然纖維芯鋼絲繩 鋼芯鋼絲繩 天然纖維芯鋼絲繩 鋼芯鋼絲繩 天然纖維芯鋼絲繩 合成纖維芯鋼絲繩 鋼芯鋼絲繩

6×7 0.351 0.344 0.387 0.332 0.359 1.134 1.214 10.934 11.156 11.48

6×19a 0.38 0.371 0.418 0.33 0.356 1.214 1.308 10.747 11.008 11.356

6×37a 0.38 0.371 0.418 0.33 0.356 1.191 1.283 10.543 10.799 11.139

6×19b 0.346 0.337 0.381 0.307 0.332 1.197 1.287 10.826 11.116 11.432

6×37b 0.346 0.337 0.381 0.295 0.319 1.249 1.336 10.855 11.145 11.403

8×19 0.357 0.344 0.435 0.293 0.346 1.214 1.36 10.157 10.54 11.027

17×7 0.39 0.328 1.25 　 10.716 　 　

34×7 0.39 0.318 1.3 　 10.805 　 　

6×24 0.318 0.304 　 0.28 　 1.15 　 10.322 10.797 　

6V×7 0.412 0.404 0.437 0.375 0.398 1.156 1.191 10.726 10.938 11.057

6V×19(6V×37) 0.405 0.397 0.429 0.36 0.382 1.177 1.213 10.665 10.88 11.01

4V×39 0.41 0.402 　 0.36 　 1.191 　 10.66 10.872 　

6Q×19+6V×21 0.41 0.402 　 0.36 　 1.25 　 11.188 11.411 　

　　　由表1可以看出，鋼絲繩綜合係數隨鋼絲繩結構和鋼絲繩繩芯結構的不同而不同。將表1中的K和K1值代入式（4）或（5），可以準確的選擇鋼絲繩。

　　　6．應用實例

　　　例如某礦豎井提升設備的參數為：繩端載荷為109800kg，鋼絲繩懸掛長度為554m，鋼絲繩根數為4，鋼絲繩安全係數6.923，取鋼絲繩抗拉強度為1770Mpa，則由式（4）可以計算出鋼絲繩最小直徑為55.85mm；由式（5）可以計算出鋼絲繩單位長度的近似質量為12.634kg/m。查《鋼絲繩》標準56ZBB6V×33S+FC型提升鋼絲繩。其參數為：鋼絲繩直徑56mm，單位長度質量12.7kg/m，抗拉強度1770Mpa，鋼絲繩破斷拉力1990kN，計算的鋼絲繩安全係數為6.926＞6.923。

　　　顯然，鋼絲繩選型計算結果非常準確。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　參考文獻

1.中華人民共和國國家標準 鋼絲繩GB/T8918-1996.北京：中國標準出版社，1996。

2.煤礦安全規程2001.北京：煤炭工業出版社，2001。

3礦山固定機械手冊.北京：煤炭工業出版社，1986。