無極繩牽引絞車在井下運(yùn)輸中的應(yīng)用

張道林

（沁和能源集團(tuán)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(xù)牽引車為成套設(shè)備，通過鋼絲繩組合成一套完整的運(yùn)輸系統(tǒng)，由電氣控制裝置對(duì)牽引車進(jìn)行啟停、加減速和正反向控制，由漏泄通信系統(tǒng)完成打點(diǎn)、通話和急停保護(hù)，由各種傳感器完成相應(yīng)停車安全保護(hù)功能，牽引絞車提供動(dòng)力采用減速機(jī)或變速箱、漸開線圓柱正齒輪傳動(dòng)，通過無極繩絞車滾筒旋轉(zhuǎn)與鋼絲繩產(chǎn)生的摩擦力來帶動(dòng)鋼絲繩運(yùn)行，從而使?fàn)恳g車沿軌道往返運(yùn)行。

1.2 結(jié)構(gòu)

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(tǒng)、鋼絲繩、通信系統(tǒng)等構(gòu)成。

1.3 特點(diǎn)

無極繩連續(xù)牽引絞車具有如下特點(diǎn)：操作簡單，可靠性高；造應(yīng)性強(qiáng)，用途廣；系統(tǒng)布置靈活；系統(tǒng)配置方便；可實(shí)現(xiàn)巷道水平轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸；梭車儲(chǔ)繩量大，運(yùn)行費(fèi)用低；安全高效，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；安裝簡單。

2 無極繩牽引絞車在永安煤礦的應(yīng)用

2.1 工程概況

永安煤礦現(xiàn)有二水平采區(qū)、三水平采區(qū)，礦井采掘布置幾乎全部安排在這兩個(gè)采區(qū)，正常掘進(jìn)工作面6個(gè)，綜采工作面2個(gè)，使用的調(diào)度絞車并下約30臺(tái)。受煤層分布和走向的影響，并下輔助運(yùn)輸巷道大多距離長、傾角大、變坡多、拐彎多，采用調(diào)度絞車每逢遇到拐彎、大坡度、變坡都需安裝對(duì)拉絞車，安裝設(shè)備多，投入運(yùn)輸人員多，造成設(shè)備、人員浪費(fèi)較大，并且調(diào)度車不易操作，絞車司機(jī)稍微操作不當(dāng)就容易發(fā)生運(yùn)輸安全事故，因此為減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度、減少運(yùn)輸事故的發(fā)生，在采掘風(fēng)巷安裝使用無極繩絞車運(yùn)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(dá)工作地點(diǎn)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(jìn)、回風(fēng)巷內(nèi)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(shí)問恢復(fù)體力。因此為減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度、減少運(yùn)輸事故的發(fā)生，永安煤礦在17062采面回風(fēng)巷安裝無極繩絞車后加裝人車系統(tǒng)，減少了工人的勞動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)

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(zhuǎn)彎處加裝防掉道護(hù)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(jù)巷道的長度、坡度、載重對(duì)無極繩牽引人車裝置電機(jī)、鋼絲繩、電控等進(jìn)行測算、選型。

17062采面回風(fēng)巷運(yùn)輸長度為2 000 m，采用U型鋼支護(hù)，巷道多變坡，最大坡度為17°，坡長為600m，17下部是一處90°左轉(zhuǎn)彎，單趟運(yùn)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(jì)算

2.3.1 牽引車的選型計(jì)算

根據(jù)實(shí)際工況條件及運(yùn)行要求計(jì)算運(yùn)送支架時(shí)的行車阻力。

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

因此，無極繩絞車需提供不小于70 kN的牽引力，同時(shí)要考慮到電機(jī)留有適當(dāng)?shù)墓β矢挥?。永安煤礦選擇了JWB-132B型無極繩絞車。絞車主要參數(shù)如下：

最大牽引力：慢速，120 kN；快速，70 kN。電動(dòng)機(jī)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(dòng)，可緊急手動(dòng)液壓抱軌。鋼絲繩：6×19sΦ24-28 mm。

2.3.2 鋼絲繩強(qiáng)度的驗(yàn)算

2.3.2.1 鋼絲繩張力的計(jì)算

式中：F為行車阻力，上式計(jì)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(shù)，1.1～1.2；μ為鋼絲繩與驅(qū)動(dòng)輪間的摩擦因數(shù)，取0.14；α為鋼絲繩在驅(qū)動(dòng)輪上的總圍抱角，α=7π。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得S1≌4 kN，S4≌74 kN。

2.3.2.2 絞車電機(jī)功率的驗(yàn)算

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

2.3.2.3 鋼絲繩強(qiáng)度的驗(yàn)算

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

計(jì)算得到鋼絲繩安全系數(shù)n為7.086.5，符合《煤礦安全規(guī)程》最小值規(guī)定，因此選擇6×19sΦ24-28型號(hào)鋼絲繩符號(hào)安全要求。

2.3.2.4 鋼絲繩許用安全系數(shù)

運(yùn)物時(shí)：[n]=5-0.001LE=5-0.01×2 000=3。

運(yùn)人時(shí)：[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(yùn)人、運(yùn)物的《煤礦安全規(guī)程》要求。

2.3.3 運(yùn)輸能力的計(jì)算

絞車由機(jī)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(jìn)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(jì)算，每班工作為7 h，每班可運(yùn)送物料4趟。

2.3.4 絞車運(yùn)送人員最大運(yùn)輸量

受人車長度和彎道曲線半徑限制，每趟最多可掛2節(jié)車廂，最多可乘坐42人。

3 實(shí)踐應(yīng)用效益分析

3.1 安全和社會(huì)效益

永安煤礦17062采面回風(fēng)巷安裝無極繩絞車并加裝人車系統(tǒng)后，提高了工人可操作性和設(shè)備可靠性，減少了工人的勞動(dòng)體力消耗，提高了工人的工作效率。設(shè)備運(yùn)行至今沒有出現(xiàn)一起因無極繩絞車運(yùn)輸產(chǎn)生的安全事故。

永安煤礦年產(chǎn)量為150萬t左右，掘進(jìn)運(yùn)輸巷道以及回采運(yùn)輸巷道達(dá)到十幾條，采面回風(fēng)巷外圍運(yùn)輸系統(tǒng)較長，均在1 500～2 000 m左右，自2010年開始在采面回風(fēng)巷使用無機(jī)繩絞車后，先后在12個(gè)采面得到了應(yīng)用。解決了井下輔助運(yùn)輸巷道距離長、傾角大、變坡多、轉(zhuǎn)彎多、運(yùn)送大噸位的技術(shù)難題。特別是增加無極繩牽引絞車人車系統(tǒng)后，徹底解決了職工上下班期間在巷道內(nèi)行走距離長的問題[2]。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

17062采面回風(fēng)巷全長2 000 m，變坡多，坡度較大，系統(tǒng)復(fù)雜，按照常規(guī)需安裝調(diào)度絞車16臺(tái)，使用無極繩絞車后可減少12臺(tái)調(diào)度絞車和配套電纜、小線、電氣設(shè)備的投入，每班可節(jié)儉出勤人員15人，就能從片盤直接運(yùn)輸?shù)讲擅媲醒?。巷道布置可減少3個(gè)中轉(zhuǎn)車場、10套斜巷擋車器、12個(gè)絞車硐室。節(jié)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(jié)約資金：10×3×150=4 500（元）。安裝時(shí)間為4個(gè)月，可節(jié)約資金：30×4×4500=540 000（元）。

2）電費(fèi)。減少12臺(tái)絞車，平均電機(jī)功率5 kW，每天平均運(yùn)轉(zhuǎn)10 h，可節(jié)約電量60 kW：無機(jī)繩絞車電機(jī)功率132 kW，每班運(yùn)轉(zhuǎn)7 h，三班共計(jì)2 772 kW；每天可節(jié)約電量為3 828 kW。安裝時(shí)間為4個(gè)月，可節(jié)約電量為459 360 kW?？晒?jié)約電費(fèi)298 584元。

3）租賃費(fèi)。每臺(tái)絞車平均租賃費(fèi)為3 200元，則租賃費(fèi)總額為3 200×12=38 400（元）。

4）材料量。3個(gè)中轉(zhuǎn)車場，每個(gè)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(gè)絞車銅室，每個(gè)20 000元，共240 000元。

5）配套電纜、小線、電氣設(shè)備共計(jì)50 000元。

17062采面共節(jié)約資金共計(jì)1 338 584元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié)語

無極繩牽引絞車適用于井下輔助運(yùn)輸巷道距離長、傾角大、變坡多、轉(zhuǎn)彎多、運(yùn)送大噸位的特點(diǎn)，通過在永安煤礦17062采面回風(fēng)巷的實(shí)踐應(yīng)用表明：使用無極繩絞車大大提高了礦井的運(yùn)輸能力，提高了運(yùn)輸效率，為企業(yè)創(chuàng)造了更多的效益，保證了安全和生產(chǎn)，是當(dāng)前煤礦高效輔助運(yùn)輸設(shè)備之一。