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邮寄信息：安徽省宿州市汴河东路中煤三建机电安装处，朱开胜15175238188

一种天轮装置内部螺栓的快速更换工艺

朱开胜

中煤第三建设集团机电安装工程有限责任公司 安徽 宿州 234000

一、选题背景

天轮装置为矿井提升系统的主要运转设施，包括了主轴、铜瓦、轮毂、衬垫等部件，由于长期运转，其内、外部构件均存在着不同程度上的磨损及损坏。例如天轮绳槽的衬垫在磨损后可根据需要进行更换，但是轮毂与主轴之间的铜瓦出现断丝问题后，则无法及时进行检修取出更换。一方面是因为铜瓦不仅承受轮毂自重，同时也承载着提升系统的大部分重量；另一方面是由于铜瓦的螺栓位于轮毂内侧，作业空间极其狭小。若不能及时的取出铜瓦内磨断的螺丝，会导致铜瓦与轮毂不同步，轻则影响铜瓦内部油路不同，磨损主轴，重则导致轮毂偏摆，提升绳抖动，进而影响整个提升系统的安全生产运行。

当天轮装置内部螺栓出现上述问题后，通常矿方都选择进行返厂维修，因为无法对设备内部进行维修，并在矿井大修期间对进行更换。这种方法虽然一劳永逸，但是会产生高昂的更换、维修及购买费用，而且影响矿井生产的时间较长。针对上述情况，我们认为能有效地进行天轮装置内部螺栓更换是一项具有推广意义、经济价值的工艺。

因此我们进行了多次的研究、探讨，并经过现场的试验和实践，总结出一套“天轮装置内部断丝”的快速取出工艺。

二、目的

利用我单位在矿井提升系统领域维检改造的施工经验，在较短时间内保质保量地完成天轮装置铜瓦内部断丝的取出，达到缩短矿井停产检修的时间，节省施工机具、材料的投入以及劳动力的消耗，降低施工成本，创造较大的经济价值。

三、成果思路

天轮装置不仅是一种运转输送装置，同时也是一种负载承重设施，它与提升机一样承担着提升设施的全部重量，若要取出固定铜瓦的轮毂上截断螺栓，必须先实现天轮装置的无负载状态。为将天轮绳槽内的提升绳处于松弛状态，我们采用目前较为熟练的工艺，即一侧锁绳、一侧提罐的方法使天轮处于无负载状态。之后将天轮装置的各组轮毂依次分开，考虑轮毂、铜瓦等设备零部件不能出现任何的破坏或损伤，采用电火花取丝法或割炬融化断丝螺栓的方法虽然快捷、方面，但会对设备造成损坏；若采用在断掉的螺栓表面焊接一组小型螺栓，一方面截面过小，不易焊接，当小螺栓承受较大力矩，极有可能造成焊接点断裂，另一方面电焊会造成现有螺栓孔丝扣损坏，使得断丝取出的难度更大。因此，我们研究出一种多种操作方法相互配合并逐步改进完善的施工工艺，即利用电钻、角磨机、驱丝器、氧气割炬等一种或多种工具相互配合，取出轮毂上截断的螺栓，完成天轮装置内侧的检修。

四、 工艺原理

1. 准备电钻、手拉葫芦、角磨机、扳手、取丝钻头、割炬等工器具以及[10#槽钢、柴油、螺栓、锂基脂、纱布等材料。
2. 在矿井提升系统正式停止运转前，完成提罐用的稳车设备安装、滑车组挂设，并将取丝专用工器具和材料运至作业点，接好现场的电源、电焊机、割炬。
3. 将提罐用大型钢丝绳绳套穿过罐笼内侧乘人间，调整罐笼的位置，布置平衡锤侧锁绳器装置锁住该侧的4根提升首绳。之后采用稳车及滑车组成的临时提升系统上提罐笼，使天轮上的钢丝绳不再承受提升设施的大部分重量。
4. 留住天轮装置绞车房侧的4根提升绳，上提井筒垂直段的提升绳，（天轮至罐笼上端的提升绳此时已处于松弛状态），使天轮的轮毂能够盘动即可。（较以往将提升绳脱离绳槽较方便、快捷）
5. 调整天轮装置各组轮毂的位置，从各组轮毂的空档处穿入两组活动式通长[10#槽钢，根据需要在两组槽钢间布置一根300mm（宽）*70mm（厚）木跳板，作为作业平台。
6. 依次拆除游动天轮最外侧的上下卡箍，利用手拉葫芦将三组游动天轮牵引至一侧，在将天轮外一侧牵引时，注意轮毂上的铜瓦不得脱落，之后从固定天轮侧依次取出各组铜瓦的断丝。
7. 为方便铜瓦拆除，宜将铜瓦转至主轴下方使其不受轮毂的重量，从该位置处将该铜瓦拆出；拆除前，应在铜瓦与轮毂之间作醒目标记，并用8#铁丝后留住。
8. 待铜瓦拆除后，利用纱布蘸柴油清理轮毂与铜瓦的接触面，尤其是轮毂接触面上的螺栓断丝处，必须用柴油清晰干净，并用干净的纱布擦干。
9. 一般情况下，折断螺栓的截断面与接触面齐基本平，且断丝出受铜瓦磨损严重，使得断丝处与轮毂处于交接融合的状态，应先用φ80mm角磨机对螺栓与轮毂之间的连接处进行打磨，使两者的缝隙连接处分开。
10. 采用300mm钢板尺测量折断螺栓截面的直径，例如为φ20mm，在截面划出两条直径长度的直线，两条直线的交点即为螺栓的圆心点，对该点进行标注作为钻孔点。
11. 根据测量的断丝直径和标注的圆心标记，采用φ6mm含钴高硬质麻花钻头沿圆心点成垂直角度钻孔。待螺栓表面钻出点孔后，及时检查该点是否位于圆心上，若与圆心偏离及时纠正，避免眼孔钻深后无法修正，造成断丝取出的难度增加。
12. 依据轮毂上断丝处螺栓孔的深度为40mm，先用φ6mm麻花钻钻孔，深度达15~20mm，之后更换φ10mm麻花钻再进行扩孔，深度与之前的一致即可。在整个钻孔过程中需对钻孔处浇常温水进行冷却；同时应考虑10.9S高强度螺栓（材质为：35CrMoA）在钻不动的情况下，应及时更换钻头，并将旧钻头的头端打磨成120°的钻尖。
13. 清理眼孔内及周边的铁屑等杂物，沿眼孔安装一组丝锥（φ12mm×50mm反丝的丝锥），用2.5磅小锤锤击丝锥末端，使其达到至指定的深度，一般深度应为15mm以上，安装好的丝锥椎体与轮毂面应垂直，不得发生倾斜，避免丝锥拧动时偏出钻出的眼孔。
14. 由于使用的丝锥是反向丝扣，待丝锥在钻孔中固定好之后，宜采用12＂活动扳手逆时针缓缓拧丝锥，丝锥带动断丝反向转动直至出眼孔，注意不要使用加力杆，避免丝锥的丝扣磨损滑扣。
15. 若虑丝锥依然无法将断丝取出，可利用割炬的火焰加热眼孔周边的轮毂区域2—3min，待眼孔周边区域升温后，应立即拧动丝锥，则可将断丝取出。
16. Φ20mm断丝取出后，试安装一组新的M20螺栓，以检查螺栓孔内的断丝是否完全取出。之后安装铜瓦、轮毂、卡箍，拆除临时设施，安装永久设施等，完成本次天轮装置内部断丝取出的工作。

五、示意图

件1：断丝；件2：铜瓦；件3：主轴；件4：天轮框架；件5：绳槽；件6：轮毂；件7：木跳板；件8：活动式钢跳。

六、创新点

1. 在作业空间受限制的条件下，采用角磨机打磨、断面钻孔、割炬加热、拧动丝锥等四种操作方法相互配合，形成一套改良、创新的取丝工艺，可高效率地取出装置内的折断螺栓。
2. 在空间狭窄、直径小、强度高螺栓的断面上钻孔，其操作难度极大，采用先钻小孔、后扩大孔的两次钻孔法，可有效提高钻孔成功的效率。
3. 采用割炬加热断丝周边的轮毂标明，不仅可以清理断丝处的油渍、污渍、灰尘，而且造成螺栓孔受热膨胀，使得设备上断丝取出的概率增大。
4. 较采用电火花法以及焊接螺栓的方法，使用的设备、设施较少，适用于较为恶劣的作业环境，且取丝的成功率较高。

七、应用实例

2022年6月，陕西永陇能源建设有限责任公司某煤矿副井天轮装置大修过程过程中，我单位采用上述方法，在6小时内完成该矿副井下天轮四组轮毂内部13颗螺栓断丝的取出任务。

2023年9月，陕西永陇能源建设有限责任公司某煤矿主井上天轮装置检修过程中，我单位采用上述方法，在4小时内完成该矿主井上天轮四组轮毂内部11颗螺栓断丝的取出任务。

八、经济效益及前景

本次讲述的是矿井提升系统天轮装置内部断丝的快速取出工艺，其操作方法简单、快捷、高效，可以类推广至罐笼、箕斗、摩擦轮等其他类型设备内部断丝取出，且使用机具简单，材料消耗很少，取丝效率较高，应用前景十分广阔。

本次讲述的取丝工艺，较以往采用电火花取丝法成本低，对现场条件要求不高，较焊接螺栓取丝法，取丝效率高，可有效缩短天轮大修的时间，提高工作效率，降低作业成本。该工艺相对于以往天轮装置内部出现断丝，通厂会对天轮进行更换，将内部断丝的天轮返厂维修，将产生高昂人工、机具、设备、材料费用。因此本套取丝工艺的推广，将会大大改观矿井天轮装置的大修任务，不仅效率高，而且较更换、返厂维修的成本，费用极低，因此本套工艺经济效益十分可观。