架空乘人裝置“一拖二”技術工藝的應用

郭 濤

(潞安環保能源開發股份有限公司 生產辦，山西 長治 046204)

漳村煤礦是山西潞安環保能源開發股份有限公司轄區所屬的一座以采礦、洗選為主的特大型礦井，核定生產能力400萬t/a。井田位于潞安礦區中東部，地跨長治市潞州區、潞城市、襄垣縣三個行政區。礦井主采煤層為3號煤層，煤種具有低硫、低灰、低磷、高熱值的“三低一高”特性。

目前漳村礦煤井下輔助運輸采用已形成規模的卡軌車與單軌吊相結合的運輸方式，運人模式采用架空乘人裝置運輸，實現了從地面至采區邊界的全程機械運人。井下共安裝5部架空乘人裝置，線路總長度達到10.85 km。

1 現場應用背景

結合漳村煤礦的具體條件，為了減輕井下人員的體能消耗，體現以人為要的管理理念，該礦行人斜井至25采區共安設4部RJHY1320型架空乘人裝置，長度共8 750 m。根據采掘計劃，現大巷掘進至480采區，單人上下班單程需行走1 800 m。為了減輕工人勞動強度，擬在25采區南行人巷和480采區行人巷安裝架空乘人裝置。由于兩條大巷呈90°垂直布置，需安裝2部架空乘人裝置，距離分別是550 m和1 250 m。隨著現場調研的深入，逐漸發現兩條大巷呈90°布置，而其中一條只有550 m，考慮用1部驅動部，現場實現90°鋼絲繩轉彎來實現架空乘人裝置“一拖二”的目標。為此需進行現場實測和理論驗算。

2 架空乘人裝置系統現場實測與簡要計算

漳村煤礦在認真貫徹執行國家能源開發的方針、政策及煤炭行業“規程”、“規范”的前提下，堅持實事求是、開拓創新的原則，從實際出發，依靠科技進步，以市場為導向，以經濟效益為中心，按照高產高效現代化礦井模式，現場確定采用架空乘人裝置“一拖二”實現節省1部驅動部的目標。為簡化計算，先取整體為計算目標。巷道布置見圖1，計算簡圖見圖2。

圖1 現場巷道布置示意

圖2 運行阻力計算示意

斜長：L=1 250+550=1 800 m，最大坡度：α=7°，平均坡度：α=5°。

2.1 性能參數的確定

1) 吊椅型式。由于運輸距離長，選用高速抱索器活動吊椅。

2) 運行速度。按照《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗規范》(AQ 1038-2007)第6.11.6節的規定：可摘掛抱索器乘人裝置的運行速度不應超過1.2 m/s；活動抱索器乘人裝置應能實現乘員靜止上下，運行速度不超過3.0 m/s。鋼絲繩運行速度：

V=(πD/60)×n/i

=(3.14×1.52/60)×1 480/50.311

=2.34 m/s。

式中：i為M3RVSF70預選減速機，取50.311；n為預選電動機：YBK2-315M-4，功率為132 kW，取1 480轉/min；D為預選驅動輪，取1.52 m。

3) 吊椅間距。按照《煤礦用架空乘人裝置》(MT/T1117-2011)中的規定：“相鄰兩吊椅沿牽引鋼絲繩方向的間距應不小于牽引鋼絲繩5 s的運行距離，且應不小于5 m”。設定乘坐間距λ1為15 m，單側運送效率Qr=3 600×Vmax/λ1=600人次/h。

4) 鋼絲繩直徑。預選鋼絲繩直徑為22 mm，型號為6×19S+NF-D22-1670。q0為牽引鋼絲繩每米質量，取1.78 kg/m；托輪間距λ2=6 m; 驅動輪繩槽與牽引鋼絲繩的摩擦系數μ=0.25；牽引繩在驅動輪上的圍包角α=360°。

2.2 牽引鋼絲繩張力的計算

2.2.1 最小張力

Smin=Cq0g

式中：Smin為最小張力點的張力，N；C為鋼絲繩的撓度系數,取1 000；q0為預選牽引鋼繩每米的質量，取1.78 kg/m；g為重力加速度，取9.81 m/s2。

Smin=1 000×1.78×9.81 =17 461.8 N

2.2.2 各點張力

1) 當下放側無人乘坐而上升側滿員時,線路運行阻力(動力運行狀態)：

W4-1=[q0+(Q1+Q2)/λ1](ωcosα+sinα)Lg

=[1.78+(95+15)/15]×(0.02×cos5°+sin5°)×1 800×9.81

=1 7231.6 N

W2-3=q0(ωcosα-sinα)Lg

=1.78×(0.02×cos5°-sin5°)×1 800×9.81

=-2 113.2 N

各點張力：

S3=Smin=1 7461.8 N

S4=1.01S3=17 636.4 N

S1=S4+W4-1=34 868 N

S2=S3-W2-3=19 575 N

S1-S2=15 293 N

式中：Q1為每人重量,取95 kg(含攜帶重物)；Q2為每把吊椅重量,取15 kg；L為巷道總長；ω為牽引鋼絲繩運行阻力系數,動力運行時,取0.02。

2) 當下放側滿員乘坐而上升側無人乘坐時(制動運行狀態)：

W4-1=q0(ωcosα+sinα)Lg

=1.78×(0.01×cos5°+sin5°)×1 800×9.81

=3 052.5 N

W2-3=[q0+(Q1+Q2)/λ1]×(ωcosα-sinα)Lg

=[1.78+(95+15)/15]×(0.01×cos5°-sin5°)×1 800×9.81

=-12 422.3 N

各點張力：

S3=Smin=17 461.8 N

S4=1.01S3=17 636.4 N

S1=S4+W4-1=20 688.9 N

S2=S3-W2-3=29 884.1 N

式中：ω為牽引鋼絲繩運行阻力系數,動力運行時,取0.01(制動運行狀態)。

2.3 驅動輪防滑校驗

當下放側無人乘坐而上升側滿員乘坐時，處于動力運行狀態，且S1-S2>0，S1/S2=34 868/19 575=1.781

式中：μ為鋼絲繩與驅動輪襯墊摩擦系數,取0.25；α為鋼絲繩在驅動輪上的圍包角，取360°。

2.4 電動機功率的計算

1) 動力運行時：

Ne=Kμ(S1-S2)V/(1 000η)

=1.25×(34 868-19 575)×2.34/(1 000× 0.8)

= 55.9 kW

式中：Kμ為電動機功率備用系數，一般取1.15～1.25；η為傳動功率, 取0.8。

2) 制動運行時：

Ne=Kμ(S2-S1)V/(1 000η)

=1.25×(29 884.1-20 688.9)×2.36/(1 000 ×0.8)

= 33.9 kW

通過變頻調速，鋼絲繩最大運行速度Vmax=2.36 m/s。

鋼絲繩在運行過程中有4個90°轉彎。根據《中國現代煤礦輔助運輸》中運行阻力計算公式得出，每個90°轉彎，功率增加3%～5%，按最大5%計算，需增大20%,即：55.9×120%=67.08 kW。

考慮增加運量和一定的富余系數，最終選取電動機功率為132 kW，滿足使用要求。

3 經濟效益

通過將漳村煤礦架空乘人裝置“一托二”的系統優化后，在現場取得了良好的應用效果。采用兩部架空乘人裝置優化成共用一部驅運部連續運送人員裝置，減少了固定資產投資費用約40萬元；每班減少司機用工3人，每年節約人工費用投資約50萬元；每年節約油脂、維護費用、電費約100萬元。

4 結 語

架空乘人裝置系統優化方案實施后，運行非常穩定，提速、減速過渡平緩，整個系統滿足了3次90°轉彎后的運人要求，提高了經濟效益，減輕了工人的勞動強度，取得了良好的應用效果。如今在供給側改革和節約高效礦井建設的背景下，在機械化換人、數字化減人的智能化礦山建設中，該“一拖二”架空乘人裝置及相關配套技術，具有很好的推廣應用和借鑒價值。