Józef HANSEL, Jerzy GAS

Streszczenie: W dniu 4 września 1977 roku, czyli ponad 40 lat temu, w szybie Chrobry w kopalni cynku i ołowiu Pomorzany w Olkuszu zainstalowano pierwszy prototypowy odcinek liny wyrównawczej stalowo-gumowej. Drugi prototypowy odcinek, nazwany już liną SAG, został założony w dniu 27 września 1978 roku w szybie Poniatowski kopalni węgla kamiennego Wieczorek w Katowicach.
Liny SAG, których średni czas pracy jest co najmniej 3-4 razy dłuższy od trwogi lin wyrównawczych stalowych, są w ocenie wielu specjalistów oryginalnym i znaczącym międzynarodowym osiągnięciem naukowców z AGH i kilkunastu polskich inżynierów różnych specjalności pracujących w wielu firmach. W artykule przedstawiono istotne etapy kilkunastoletniego procesu naukowo-wdrożeniowego, który rozpoczął się w AGH w listopadzie 1974 roku sformułowaniem pomysłu lin stalowo-gumowych, a zakończył się w listopadzie 1989 roku oddaniem do użytku linii technologicznej do seryjnej produkcji lin SAG w Wytwórni Lin Stalowo-Gumowych przy KWK Wieczorek. Zamieszczono także nazwiska członków dwóch zespołów uczelniano-przemysłowych, twórców patentów, nazwiska autorów podstawowych publikacji, propozycji normy oznaczania stopnia zużycia lin stalowo-gumowych metodą magnetyczną, dokumentacji dopuszczeniowych itp. oraz osób, które w inny sposób przyczyniły się do wdrożenia lin SAG, nie tylko w Polsce, ale wielu innych krajach. W podsumowaniu wykazano, że wszystkie cele twórców lin SAG zostały w pełni osiągnięte.

8.1. WPROWADZENIE
W latach 70. XX wieku w AGH wspólnie z Departamentami Energomechanicznymi Wyższego Urzędu Górniczego w Katowicach i Ministerstwa Górnictwa badano przyczyny i skutki katastrof w szybach górniczych. Z badań tych wynikało, że jednym z kilku najbardziej zawodnych elementów górniczych wyciągów szybowych są stalowe liny wyrównawcze zarówno płaskie jak i okrągłe.

Rys. 8.1. Zerwana lina wyrównawcza płaska


Rys. 8.2. Zdeformowana lina wyrównawcza okrągła

W analizowanym okresie średnio zrywały się 1-2 liny wyrównawcze stalowe płaskie w ciągu roku (rys. 8.1). Każde takie zdarzenie zagrażało bezpieczeństwu kopalni i pociągało za sobą bardzo duże straty materialne. Jedną z głównych przyczyn zerwań stalowych lin wyrównawczych płaskich (szytych ręcznie i nitowanych) jest brak możliwości wiarygodnej oceny ich stanu technicznego. Z kolei liny okrągłe dość często trzeba było wymieniać, bo ulegały deformacji na skutek kręcenia się wokół własnej osi w czasie cyklu roboczego (rys. 8.2). Wad tych nie mają liny stalowo-gumowe SAG. Liny te stosowane są w Polsce od ponad 40 lat (rys. 8.3).

Rys. 8.3. Brygada oddziału szybowego pod kierunkiem głównego mechanika Floriana Zielińskiego (czwarty z prawej) i współtwórca patentu PL 100479 Józef Hansel (trzeci z prawej) przed instalacją liny stalowo-gumowej w dniu
4.09.1977 r. w szybie Chrobry kopalni Pomorzany

Prawie 40 lat temu w pracy (tab. 8.1, pkt. 4.1) zaproponowano termin „liny stalowo-gumowe SAG”. Termin ten został przyjęty i zaakceptowany przez krajowych i zagranicznych specjalistów. Nazwę SAG przyjęła również wytwórnia lin stalowo-gumowych SAG Spółka z o.o. W tej pracy podano również przykładowe oznaczenie liny SAG: SAG16,1200×35 6×18 gdzie SAG oznacza linę Stalowo-Antykoorozyjną-Gumową, a ponadto:

  • 16,1, tj. masa 1 metra liny w kg,
  • 200 x 35 to są wymiary przekroju poprzecznego (200 mm szerokości i 35 mm grubości liny),
  • 6 x 18 oznacza liczbę lin x ich średnicę® w mm, czyli 6 lin o średnicy 18 mm.

Płaskie liny wyrównawcze stalowo-gumowe wykonane są z parzystej liczby lin stalowych (prawozwitych i lewozwitych) zawulkanizowanych w gumie na całej długości. Warstwa zewnętrzna gumy charakteryzuje się dużą przyczepnością do drutów liny, natomiast warstwa zewnętrzna wykonana jest z gumy trudnopalnej, trudnościeralnej i o dużej przewodności elektrycznej (rys. 8.4.).

Opracowany już w 1978 roku typoszereg (tab. 8.1, pkt 4.2) obejmuje liny stalowo-gumowe, w których zawulkanizowanych jest od 2÷8 linek stalowych o średnicach 12, 14, 16, 20, 22 i 24 mm i wytrzymałości 1370, 1570, 1670 i 1770 MPa. Dzięki temu spełnione zostały wszystkie wymagania, które stawiane są linom wyrównawczym dotyczące mas jednego metra liny oraz wartości rzeczywistych sił zrywających liny w całości (wymaganych współczynników bezpieczeństwa), stosowanych w górniczych wyciągach szybowych o dowolnych parametrach technicznych.

Rys. 8.4. Lina wyrównawcza stalowo-gumowa SAG wg patentu PL 145595. Po lewej z zawulkanizowanymi elementami kalibrującymi produkowana do kwietnia 1994 roku. Po prawej bez zawulkanizowanych elementów kalibrujących produkowana od maja 1994 roku; a – widok ogólny, b – przekrój poprzeczny liny;
1 – liny stalowe przeciwzwite (2÷12) konstrukcji W6x25+At (W7x25), na przemian prawo- i lewozwite; 2 – elementy kalibracyjne o średnicy 4÷6 mm i długości około 20 mm wykonane z ocynkowanego drutu stalowego; 3a – warstwa wewnętrzna wykonana z gumy o dużej przyczepności do drutów stalowych; 3b – warstwa zewnętrzna wykonana z gumy trudno palnej, trudno ścieralnej o własnościach antyelektrostatycznych

Rys. 8.5. Układ maszyn i urządzeń tworzących linię technologiczną do produkcji lin stalowo-gumowych SAG wg patentu PL 150321. 1 – układ prowadząco-podający, 2 – liny stalowe z rdzeniem metalowym, 3 – układ napinająco-dociskowy, 3a – belki dociskowe, 3b – krążki linowe, 3c – wzornik ustalający odległość pomiędzy linami stalowymi, 3d – napinacz hydrauliczny, 4 – prasa do konfekcjonowania, 5 – prasa wulkanizacyjna, 6 – prasa zaciskowa, 7 – stanowisko kontrolne, 8 – nawijarka gotowej liny stalowo-gumowej SAG

 

8.2. WŻNIEJSZE FAKTY ZWIĄZANE Z OPRACOWANIEM I WDROŻENIEM LIN SAG
Prace naukowo-wdrożeniowe, które doprowadziły do uruchomienia seryjnej produkcji lin SAG i dopuszczenia ich do powszechnego stosowania w podziemnych zakładach górniczych trwały kilkanaście lat. W rozwiązywaniu co najmniej kilkunastu trudnych problemów związanych z tym projektem uczestniczyło kilkudziesięciu specjalistów (mechaników, chemików, elektryków, górników, pracowników nadzoru górniczego itd.) z wielu firm i instytucji. W krótkim opracowaniu nie jest zatem możliwe szczegółowe opisanie przebiegu tych prac. W tab. 8.1 przedstawiono jedynie ważniejsze etapy procesu naukowo wdrożeniowego. Zamieszczono w niej rok (lata), w którym nastąpiło wydarzenie (zaistniał określony fakt), krótki jego opis, np. tytuły prac badawczych (dokumentacji dopuszczeniowych, szczegółowych warunków technicznych produkcji i stosowania, kryteriów zużycia oraz przede wszystkim tytuły patentów i podstawowych artykułów). Podano też nazwiska: twórców patentów oraz autorów tych źródłowych publikacji, warunków technicznych produkcji i odbioru oraz innych dokumentów. W tab. 8.1 zamieszczono również nazwiska członków zespołów uczelniano-przemysłowych wyróżnionych w 1978 roku nagrodą Ministra Nauki, Szkolnictwa Wyższego i Techniki za udział w realizacji pracy pt. „Liny wyrównawcze stalowo-gumowych” oraz w 1990 roku Nagrodą Pierwszego Stopnia Ministra Przemysłu za udział w realizacji pracy pt. „Opracowanie i wdrożenie konstrukcji oraz technologii produkcji lin stalowo-gumowych SAG”.

W tab. 8.1 kolejność zamieszczonych nazwisk jest zgodna z kolejnością, w jakiej były one umieszczone na stronach tytułowych patentów, publikacji, opracowań, dokumentów, nagród itp.

Tabela 8.1. Ważniejsze etapy procesu naukowo-wdrożeniowego związanego z uruchomieniem seryjnej produkcji i dopuszczeniem do powszechnego stosowania lin SAG w podziemnych zakładach górniczych

8.3. PODSUMOWANIE
Opracowana w latach 1975÷1978 metodyka badań podstawowych związanych z linami stalowo
gumowymi, w tym: próba palności, próba przyczepności drutów do liny, pomiary współczynnika tarcia, pomiary promienia naturalnego zwisu, są nadal stosowane do oceny właściwości mieszanek gumowych, jakości wykonania lin SAG itp. Pozytywne wyniki badań laboratoryjnych trzech próbnych odcinków liny zgodnie z ww. metodyką badań umożliwiły wykonanie dwóch prototypowych odcinków liny według patentu PL 100479, które zostały zastosowane w szybach Chrobry (1977 r.) i Poniatowski (1978 r.).
Prawie 10-letnie doświadczenie z eksploatacji i wyniki badań laboratoryjnych prototypowych odcinków (po ich zdjęciu z urządzeń wyciągowych) potwierdziły wszystkie zalety lin SAG podane w patentach PL 100478 (1976 r.) i PL 145595 (1985 r.).
Do zalet tych należą:

  • całkowita nieodkrętność,
  • bardzo duża odporność na korozję,
  • duży zakres masy jednostkowej liny i sił zrywających lin SAG,
  • niezawodność pracy,
  • wysoką pewność zamocowania liny w zawiesiu,
  • duża trwałość i odporność na uszkodzenia mechaniczne,
  • mały promień przewijania w rząpiu,
  • możliwość badań magnetycznych.

Cytując fragmenty artykułu opublikowanego w 1987 roku (tabela 1, pkt 8.4) Całkowitą nieodkrętność konstrukcji uzyskano przez zastosowanie parzystej liczby lin dwuzwitych wykonanych ze splotek okrągłych, które zawulkanizowane są w gumie na całej długości. Polowa tych lin stalowych jest prawozwita, polowa lewozwita.

Bardzo dobrą odporność na korozję uzyskuje się dzięki zawulkanizowaniu lin stalowych w gumie, które są wykonane z drutów ocynkowanych. Warstwa wewnętrzna gumy charakteryzuje się dużą przyczepnością do drutów lin, natomiast warstwa zewnętrzna dużą przewodnością elektryczną, odpornością na ścieranie itd.
Odpowiednią masę jednostkową i wymaganą siłę zrywającą lin stalowo-gumowych można uzyskać przez zastosowanie różnej parzystej liczby lin stalowych o określonej średnicy (wykonanych z drutów o wymaganej wytrzymałości) oraz przez zastosowanie określonej ilości gumy wypełniającej.

Niezawodność pracy liny uzyskano przez zastosowanie co najmniej kilku lin stalowych przenoszących siły poosiowe prawdopodobieństwo ich równoczesnego uszkodzenia (zerwania) jest iloczynem prawdopodobieństwa uszkodzenia pojedynczej liny. Zerwanie jednej liny w linie SAG oczywiście nie powoduje awarii urządzenie wyciągowego. Wysoką pewność zamocowania liny w zawiesiu uzyskuje się dzięki dużemu współczynnikowi tarcia pomiędzy stykającymi się powierzchniami, gumowymi ściskanymi zaciskami stalowymi i nowemu rozwiązaniu zawiesi typu SADEX. Dużą trwałość liny uzyskuje się nie tylko dzięki ww. zaletom przede wszystkim bardzo dobrej odporności na zużycie korozyjne, ale również dzięki temu, że warstwa zewnętrzna gumy chroni linę przed uszkodzeniami mechanicznymi. Mały promień przewijania w rząpiu uzyskuje się przez zastosowanie dużej liczby lin stalowych o malej sztywności poprzecznej. Możliwość badań magnetycznych pozwalających na ilościową ocenę lin SAG została osiągnięta dzięki opracowaniu typoszeregu głowic i opracowanej metodyce badań magnetycznych.

Podsumowaniem wieloletnich prac naukowo-badawczych prowadzonych w AGH było opracowanie w 1990 roku kompletu materiałów związanych z dopuszczeniem lin SAG do eksploatacji w urządzeniach z jazdą ludzi. W skład każdego kompletu wchodziły następujące materiały:

  • Ostateczna opinia atestacyjna lin wyrównawczych stalowo-gumowych typu SAG wraz wybranymi
    wynikami badań laboratoryjnych i eksploatacyjnych.
  • Warunki techniczne produkcji, kontroli, wykonania i odbioru lin wyrównawczych stalowo-gumowych 
WT SAG.
  • Warunki badań i kontroli stanu oraz kryteria zużycia lin wyrównawczych stalowo-gumowych WB SAG
    wraz z trzema załącznikami.

Na podstawie tej dokumentacji WUG w dniu 3.07.1990 r. dopuścił liny SAG do stosowania we wszystkich wyciągach szybowych, w tym z jazdą ludzi. Można zatem powiedzieć, że w tym dniu zostały zakończone wieloletnie prace naukowo-badawcze, projektowe, budowlano-montażowe itd., które doprowadziły do seryjnej produkcji lin SAG. Stworzone zostały również warunki ich powszechnego stosowania w górniczych urządzeniach wyciągowych bez żadnych ograniczeń. Wieloletnie doświadczenia z eksploatacji lin SAG wyprodukowanych przez SAG Sp. z o.o. zgodnie z patentem PL 150321 wykazały pełną przydatność tych lin do pracy w górniczych wyciągach szybowych.

Potwierdzeniem tej tezy jest lina SAG 177×35/4×18 zabudowana w dniu 30.11.1991 r. w szybie wydobywczym Janina III przedział skipowy w Zakładzie Górniczym Janina Tauron w Wydobycie S.A. w Libiążu. Lina ta wykonana według patentu PL 145595 (z zawulkanizowanymi elementami kalibrującymi) przepracowała już 26 lat, wykonując około 1 800 000 wyciągów.

W ocenie autorów referatu stosowanie lin SAG przyczynia się do obniżenia kosztów transportu pionowego i podniesienia bezpieczeństwa pracy nie tylko w polskich kopalniach.