架空乘人裝置“一拖二”技術工藝的應用

郭 濤

(潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司 生產辦，山西 長治 046204)

漳村煤礦是山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司轄區(qū)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(qū)中東部，地跨長治市潞州區(qū)、潞城市、襄垣縣三個行政區(qū)。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(guī)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(xiàn)了從地面至采區(qū)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(xiàn)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(xiàn)以人為要的管理理念，該礦行人斜井至25采區(qū)共安設4部RJHY1320型架空乘人裝置，長度共8 750 m。根據(jù)采掘計劃，現(xiàn)大巷掘進至480采區(qū)，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(qū)南行人巷和480采區(qū)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(xiàn)場調研的深入，逐漸發(fā)現(xiàn)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(xiàn)場實現(xiàn)90°鋼絲繩轉彎來實現(xiàn)架空乘人裝置“一拖二”的目標。為此需進行現(xiàn)場實測和理論驗算。

2 架空乘人裝置系統(tǒng)現(xiàn)場實測與簡要計算

漳村煤礦在認真貫徹執(zhí)行國家能源開發(fā)的方針、政策及煤炭行業(yè)“規(guī)程”、“規(guī)范”的前提下，堅持實事求是、開拓創(chuàng)新的原則，從實際出發(fā)，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(xiàn)代化礦井模式，現(xiàn)場確定采用架空乘人裝置“一拖二”實現(xiàn)節(jié)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(xiàn)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(shù)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(guī)范》(AQ 1038-2007)第6.11.6節(jié)的規(guī)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(xiàn)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(guī)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(shù)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(shù),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(tài))：

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(shù),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(tài))：

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(shù),動力運行時,取0.01(制動運行狀態(tài))。

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(tài)，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(shù),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(shù)，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(jù)《中國現(xiàn)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(shù)，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(tǒng)優(yōu)化后，在現(xiàn)場取得了良好的應用效果。采用兩部架空乘人裝置優(yōu)化成共用一部驅運部連續(xù)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(jié)約人工費用投資約50萬元；每年節(jié)約油脂、維護費用、電費約100萬元。

4 結 語

架空乘人裝置系統(tǒng)優(yōu)化方案實施后，運行非常穩(wěn)定，提速、減速過渡平緩，整個系統(tǒng)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(jié)約高效礦井建設的背景下，在機械化換人、數(shù)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。