無極繩牽引絞車在井下運輸中的應用

張道林

（沁和能源集團有限公司永安煤礦， 山西 晉城 048205）

1 無極繩牽引絞車的分析

1.1 工作原理

無極繩連續牽引車為成套設備，通過鋼絲繩組合成一套完整的運輸系統，由電氣控制裝置對牽引車進行啟停、加減速和正反向控制，由漏泄通信系統完成打點、通話和急停保護，由各種傳感器完成相應停車安全保護功能，牽引絞車提供動力采用減速機或變速箱、漸開線圓柱正齒輪傳動，通過無極繩絞車滾筒旋轉與鋼絲繩產生的摩擦力來帶動鋼絲繩運行，從而使牽引絞車沿軌道往返運行。

1.2 結構

無極繩牽引絞車主要由牽引絞車、張緊裝置、梭車、尾輪、壓繩輪組、托繩輪組和彎道輪組組成；配套部分由電控系統、鋼絲繩、通信系統等構成。

1.3 特點

無極繩連續牽引絞車具有如下特點：操作簡單，可靠性高；造應性強，用途廣；系統布置靈活；系統配置方便；可實現巷道水平轉彎運輸；梭車儲繩量大，運行費用低；安全高效，經濟實用；安裝簡單。

2 無極繩牽引絞車在永安煤礦的應用

2.1 工程概況

永安煤礦現有二水平采區、三水平采區，礦井采掘布置幾乎全部安排在這兩個采區，正常掘進工作面6個，綜采工作面2個，使用的調度絞車并下約30臺。受煤層分布和走向的影響，并下輔助運輸巷道大多距離長、傾角大、變坡多、拐彎多，采用調度絞車每逢遇到拐彎、大坡度、變坡都需安裝對拉絞車，安裝設備多，投入運輸人員多，造成設備、人員浪費較大，并且調度車不易操作，絞車司機稍微操作不當就容易發生運輸安全事故，因此為減輕職工勞動強度、減少運輸事故的發生，在采掘風巷安裝使用無極繩絞車運輸物料。

隨著永安煤礦開采深度和長度的不斷延伸，職工到達工作地點徒步行走距離也在不斷延長，尤其是在采掘一線工作的職工，在采面進、回風巷內行走距離較長，消耗了大量體力，造成職工接班后需要較長時問恢復體力。因此為減輕職工勞動強度、減少運輸事故的發生，永安煤礦在17062采面回風巷安裝無極繩絞車后加裝人車系統，減少了工人的勞動體力消耗，提高了工人的工作效率[1]。

2.2 永安煤礦安裝無極繩絞車的適用標準

1）礦用24 kg普通軌道，整體軌道順直，軌枕間距為500 mm，軌距為600 mm；

2）水平拐彎處的曲線半徑不小于9 m，且彎道處沒有道岔。

3）在巷道轉彎處加裝防掉道護軌裝置。

4）巷道斷面和坡度符合牽引車安裝位置，巷道（硐室）寬度為4～6 m。

5）根據巷道的長度、坡度、載重對無極繩牽引人車裝置電機、鋼絲繩、電控等進行測算、選型。

17062采面回風巷運輸長度為2 000 m，采用U型鋼支護，巷道多變坡，最大坡度為17°，坡長為600m，17下部是一處90°左轉彎，單趟運輸總重（支架重+平板車自重+梭車自重）共15t車牽引高度為300m。

2.3 選型計算

2.3.1 牽引車的選型計算

根據實際工況條件及運行要求計算運送支架時的行車阻力。

式中：G為梭車自身質量，t；G0為運輸最大質量，t；βmax為運行線路最大坡度，（°）；μ為鋼絲繩摩擦阻力系數，0.25；qR為單位長度鋼絲繩質量，kg/m；L為運輸距離，g為重力加速度。具體計算如下：

因此，無極繩絞車需提供不小于70 kN的牽引力，同時要考慮到電機留有適當的功率富余。永安煤礦選擇了JWB-132B型無極繩絞車。絞車主要參數如下：

最大牽引力：慢速，120 kN；快速，70 kN。電動機功率：132 kW。繩速：慢速0.56 m/s；快速1.4 m/s。變速方式：齒輪變速式。滾筒直徑：1 040 mm。梭車：可移動，可緊急手動液壓抱軌。鋼絲繩：6×19sΦ24-28 mm。

2.3.2 鋼絲繩強度的驗算

2.3.2.1 鋼絲繩張力的計算

式中：F為行車阻力，上式計算得出F≌70 kN；S1為鋼絲繩是小靜張力；S4為鋼絲繩是大靜張力；n為摩擦力備用系數，1.1～1.2；μ為鋼絲繩與驅動輪間的摩擦因數，取0.14；α為鋼絲繩在驅動輪上的總圍抱角，α=7π。

代入數據計算得S1≌4 kN，S4≌74 kN。

2.3.2.2 絞車電機功率的驗算

式中：V為梭車慢速速度，0.56 m/s；η為絞車傳動效率，取0.8。代入數據計算得N=49 kW，考慮到功率備用系數K需要大于1.1，選擇132 kW電機功率富余量滿足使用要求。

2.3.2.3 鋼絲繩強度的驗算

式中：n為鋼絲繩安全系數；Qz為Φ28 mm鋼絲繩最小破斷拉力總和，查詢參數為524.4 kN；Smax為鋼絲繩最大張力，Smax=S4=74 kN。

計算得到鋼絲繩安全系數n為7.086.5，符合《煤礦安全規程》最小值規定，因此選擇6×19sΦ24-28型號鋼絲繩符號安全要求。

2.3.2.4 鋼絲繩許用安全系數

運物時：[n]=5-0.001LE=5-0.01×2 000=3。

運人時：[n]=6.5-0.001LE=6.5-0.01×2 000=4.5。式中：LE是牽引車至尾輪的鋼絲繩長度，取2 000 m。

鋼絲繩滿足運人、運物的《煤礦安全規程》要求。

2.3.3 運輸能力的計算

絞車由機頭到尾輪總長2 000 m，絞車慢速為0.56 m/s，快速為1.4 m/s。如進重車為慢速，一超約需60 min；出空車為快速，一趟約需24 min，摘掛鉤頭按20 min計算，每班工作為7 h，每班可運送物料4趟。

2.3.4 絞車運送人員最大運輸量

受人車長度和彎道曲線半徑限制，每趟最多可掛2節車廂，最多可乘坐42人。

3 實踐應用效益分析

3.1 安全和社會效益

永安煤礦17062采面回風巷安裝無極繩絞車并加裝人車系統后，提高了工人可操作性和設備可靠性，減少了工人的勞動體力消耗，提高了工人的工作效率。設備運行至今沒有出現一起因無極繩絞車運輸產生的安全事故。

永安煤礦年產量為150萬t左右，掘進運輸巷道以及回采運輸巷道達到十幾條，采面回風巷外圍運輸系統較長，均在1 500～2 000 m左右，自2010年開始在采面回風巷使用無機繩絞車后，先后在12個采面得到了應用。解決了井下輔助運輸巷道距離長、傾角大、變坡多、轉彎多、運送大噸位的技術難題。特別是增加無極繩牽引絞車人車系統后，徹底解決了職工上下班期間在巷道內行走距離長的問題[2]。

3.2 經濟效益

17062采面回風巷全長2 000 m，變坡多，坡度較大，系統復雜，按照常規需安裝調度絞車16臺，使用無極繩絞車后可減少12臺調度絞車和配套電纜、小線、電氣設備的投入，每班可節儉出勤人員15人，就能從片盤直接運輸到采面切眼。巷道布置可減少3個中轉車場、10套斜巷擋車器、12個絞車硐室。節約資金情況如下：

1）人員。每班減少10人，每人每天的工資為150元，每天三班，可節約資金：10×3×150=4 500（元）。安裝時間為4個月，可節約資金：30×4×4500=540 000（元）。

2）電費。減少12臺絞車，平均電機功率5 kW，每天平均運轉10 h，可節約電量60 kW：無機繩絞車電機功率132 kW，每班運轉7 h，三班共計2 772 kW；每天可節約電量為3 828 kW。安裝時間為4個月，可節約電量為459 360 kW。可節約電費298 584元。

3）租賃費。每臺絞車平均租賃費為3 200元，則租賃費總額為3 200×12=38 400（元）。

4）材料量。3個中轉車場，每個80 000元，共80 000×3=240 000（元）；10套斜巷擋車器，每套2 000元，共2 000×10=20 000（元）；12個絞車銅室，每個20 000元，共240 000元。

5）配套電纜、小線、電氣設備共計50 000元。

17062采面共節約資金共計1 338 584元，經濟效益明顯。

4 結語

無極繩牽引絞車適用于井下輔助運輸巷道距離長、傾角大、變坡多、轉彎多、運送大噸位的特點，通過在永安煤礦17062采面回風巷的實踐應用表明：使用無極繩絞車大大提高了礦井的運輸能力，提高了運輸效率，為企業創造了更多的效益，保證了安全和生產，是當前煤礦高效輔助運輸設備之一。