煤矿用采煤机电缆线芯断裂问题的分析与预防

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煤矿用采煤机电缆线芯断裂问题的分析与预防
时间：2011年8月
摘要：从电缆加工工艺、原材料选择、使用方法等角度，对采煤机用电缆线芯断裂的原因进行分析，并提出解决办法，对电缆的使用环境提出建议。

关键字：采煤机电缆线芯断裂
论文主体：
近几年，随着煤矿产能的提升，其自动化、机械化、智能化的程度不断提高，远程控制的采煤机亦在井下大批量使用。

随着采煤机生产效率的提高，采煤机用电缆的负荷量和机械疲劳损伤程度也在成倍增长。

在矿井的开采工作面，电气故障频率较高的是采煤机电缆。

一旦出现故障，电缆线芯断线的修复十分麻烦，而且会影响生产效率及产出量。

我公司也曾收到该类质量投诉，为尽快解决这一问题，我们曾到井下采煤机工作面实际考察，分析断芯故障产生的原因，并对电缆及采煤机的设计提出改进建议。

1电缆线芯断裂原因分析
(1)导体材料(铜)加工工艺控制不合理。

拉丝或退火过程中，工艺控制不当，导致铜单丝过度氧化而发脆，或者是挤绝缘后的硫化过程中由于进水或与胶料高温分解出来的酸性物质反应,从而降低铜丝的断裂伸长率，进而降低导体的耐弯曲性能。

(2)线芯(铜线)束、绞节径比过大。

MT818标准规定，一次束绞导线的节径比不得超过25，复绞线的股线绞合节径比应不大于30，内层和外层绞合节径比分别应不超过20和14。

有些制造厂将此上限值理解为由工厂生产工艺控制的指标，但因设备等综合因素，造成成品电缆导体的绞合节径比往往比标准值要大，少则超标10％，大则20％以上，甚至达30％。

对耐弯曲性能有特别要求的采煤机电缆来说，增大其绞合节径比后，其允许弯曲半径变大，大大降低了其运行过程中的耐弯曲性能，缩短了电缆的工作寿命。

(3)缆芯绞合节径比过大。

对于采煤机电缆，MT818标准规定缆芯绞合节径比不得超过10。

同样，有些制造厂亦按最大节径比控制，但缆芯绞好后，随着后续工艺(如复绕、挤护套等工序)的进行，最终的成缆节径比往往也超过标准10％。

这样的结果是使电缆本身的柔软度下降，耐弯曲的性能也随之下降。

(4)绝缘和护套胶料机械性能的影响。

就目前的橡胶性能来讲，绝缘材料的含胶量不宜低于35％，而护套材料的含胶量（以氯丁橡胶为例）不宜低于42％。

实践证明，只有保证足够的含胶量，绝缘和护套材料才能有良好的机械物理性能和耐老化性能。

特别是材料应具有足够的伸长率、抗张强度和拉伸回缩率。

这几个指标将直接关系到绝缘和护套对线芯和缆芯的保护能力和避免应力的过分集中，使线芯免受短时间破坏性应力的冲击，这是延长电缆使用寿命必不可少的条件之一。

(5)安装使用的影响。

1)采煤机工作状态如图一所示，正常工作时，采煤机在其轨道斜面上下移动，同时轨道斜面向煤层方向前进，这样煤刀就能不断地将煤层割掉，由采煤机下方的传送带运出。

为采煤机提供电力动力及控制信号的电缆敷设于轨道斜面上的电缆槽中，并在图中的A点与采煤机连接，电缆由采煤机拖动，随采煤机上下一起
移动。

2)采煤机在向上移动的过程中（如图二所示），由于有铰链B的牵引作用，电缆基本不受力，不容易损伤。

而在采煤机向下移动的过程中（如图三所示），由于电缆槽中容易进入煤渣、碎石块等异物，造成电缆移动阻力增大，这时依靠电缆自身的重量已很难拖动其向下移动，容易出现采煤机推着电缆向下行走，而造成A点过度弯曲。

在采煤机频繁的往复移动过程中，A点电缆线芯的导体容易形成疲劳断裂。

3)根据MT818标准规定，采煤机电缆最小弯曲半径为电缆直径的6倍。

而
在客户服务的过程中，我们发现部分采煤机在附图一的D点，电缆的弯曲半径仅为3倍左右，这使得电缆长期超负荷工作，从而大大缩短了其使用寿命。

2 解决问题方法的探讨
(1)避免铜丝氧化。

首先应选择合理的加工工艺，铜丝可采用有惰性气体保护的管式退火的方法，合理控制单丝的伸长率，以保证单丝的柔软度。

其次MT818-2009版标准已于2011年7月正式实施，该标准明确要求矿用电缆必须使用异丙基胶料作为绝缘，而乙丙基胶料的硫化体系通常为过氧化物，不再含硫，胶料本身不会对导体产生影响。

电缆生产企业应改良工艺，防止导体进水，降低连硫生产过程中水汽对导体的影响。

(2)控制导体绞合与成缆的节径比。

理论节径比要适当小些，一般可比标准值下调10％～15％，这样才能使成品节径比满足标准与实际使用要求。

(3)材料的抗张强度、断裂伸长率，跟配方组成和炼胶工艺及硫化工艺有关，在配方设计上，应充分考虑设计余量，尤其是胶料的含胶量，不能因成本因素而舍弃应有的性能。

(4) 采煤机的设计
1)采煤机在设计电缆槽时，必须考虑电缆的选型，根据采煤机功率和控制方式，选取合适型号规格的电缆。

根据电缆的外径，设计合理的电缆槽，以确保电缆在往复运动过程中，有合适的弯曲半径，减轻电缆的弯曲损伤程度，从而提高电缆的工作寿命。

2)加强采煤机连接处电缆的保护。

为防止图一中A点电缆的过度弯曲，可考虑在该点设计U形喇叭口，并使用软质橡胶垫加强保护。

另外，还可以在图一的C点增加铰链或钢丝牵引（如C点的虚线所示），以使采煤机在上下移动的过程中，均由铰链拉动电缆，避免电缆本身的受力，保持电缆如图二所示的状态不变，则A点电缆出现故障的频率将会大大减低。

而且此改进方案，基本不会增加多少生产成本。

3 小结
经调查发现，现在多数电缆生产厂家的产品一般能满足相关标准要求，但客户在使用的过程中，一旦电缆出现故障，往往会直接向电缆生产厂家投诉，而忽略了采煤机设计制造等方面的问题。

电缆生产单位、采煤机生产单位和用户之间加强必要的信息沟通，共同分析产生电缆断芯现象的根本原因，才能减少电缆故障发生的频率，进而对该类问题进行根治，共同提高经济效益。

参考文献：1.陆奎.矿用电缆耐弯曲问题的研究.煤矿机电.1999年第3期。