煤礦架空乘人裝置安全保護設備的設計

□ 武永斌

山西高平科興龍頂山煤業(yè)有限公司 山西高平 048400

1 設計背景

煤礦架空乘人裝置是煤礦的重要輔助運輸設備,特別是在斜井運輸中,架空乘人裝置的使用提高了施工人員的運輸效率,縮短了上下井時間,并且保證了施工人員的人身安全。在實際運輸過程中,煤礦架空乘人裝置存在一些安全隱患,主要表現(xiàn)在設備掉繩、斷軸等,威脅運輸安全。筆者以龍頂山煤礦為例,為煤礦架空乘人裝置設計了一套安全保護設備。

龍頂山煤礦斜井斜長380 m,上平巷長50 m,井口處有天輪,下平巷長70 m,斷面最小尺寸為3.6 m高、4 m寬,最大坡度為20°。巷道兩處變坡,中間有軌道,軌道兩側(cè)安裝架空乘人裝置。巷道中部9號煤層處要設置人員出入口平臺,架空乘人裝置橫梁底部距離軌道底不得小于2.6 m。9號煤層人員出入口平臺可以安裝在岔道口或岔道口向下約15 m處,需要在巷道兩側(cè)預留吊椅存放位置,長度約為10 m。

2 安全保護設備結(jié)構(gòu)

為了保證煤礦架空乘人裝置的運行安全,避免輔助運輸事故發(fā)生,決定為煤礦架空乘人裝置設計一套安全保護設備。

煤礦架空乘人裝置安全保護設備由斷軸保護裝置、乘人間距識別裝置、防掉繩保護裝置組成。

2.1 斷軸保護裝置

斷軸保護裝置為卡鉗式,共計三套,均布在驅(qū)動輪四周。斷軸保護裝置的框架由厚度為50 mm的鋼板焊制而成,柱體為長方形,長度為500 mm,寬度為300 mm。柱體的上方焊接底座,底座上安裝四根固定錨桿。在柱體上焊接兩個卡鉗,卡鉗上分別安裝兩個滑輪,卡鉗的間距為150 mm。斷軸保護裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

▲圖1 斷軸保護裝置結(jié)構(gòu)

2.2 乘人間距識別裝置

乘人間距識別裝置由傳感器、聲光報警裝置、可編程序控制器組成。傳感器、聲光報警裝置通過信號線與可編程序控制器連接,傳感器安裝在乘人地點前方5～10 m處的頂板上,聲光報警裝置安裝在乘人側(cè)巷幫上。

2.3 防掉繩保護裝置

防掉繩保護裝置在原托繩裝置的基礎上進行優(yōu)化改進,主要由固定架、正反向托繩輪組成。固定架由長度為650 mm、寬度為80 mm的槽鋼焊接而成。在槽鋼一端焊接一個底座,底座上有兩個直徑為25 mm的圓孔。在固定架上有兩個直徑為35 mm的圓孔,孔間距為400 mm。防掉繩保護裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

▲圖2 防掉繩保護裝置結(jié)構(gòu)

3 工作原理

3.1 斷軸保護裝置

斷軸保護裝置底座與頂板固定,卡鉗與驅(qū)動輪形成 360°均布配置,卡鉗上的兩個滑輪與驅(qū)動輪接觸。驅(qū)動輪運轉(zhuǎn)時,三套斷軸保護裝置對驅(qū)動輪產(chǎn)生一個向上的托力,防止驅(qū)動輪承載力過大時出現(xiàn)斷軸事故。在驅(qū)動輪運轉(zhuǎn)時,卡鉗上的滑輪與驅(qū)動輪接觸滑動,保證斷軸保護裝置的固定穩(wěn)定性。

3.2 乘人間距識別裝置

當傳感器監(jiān)測到有人員乘坐時,傳感器及時將信號傳送至可編程序控制器,聲光報警裝置發(fā)出“正在通過,注意安全”語音提示。當乘人間距符合設計要求時,報警裝置發(fā)出“可以通過,注意安全”語音提示,架空乘人裝置正常運行。當乘人間距小于設計間距時,報警裝置發(fā)出“乘人間距過近,請等待”語音提示,架空乘人裝置停止運行,待調(diào)整乘人間距后人工重啟,方可繼續(xù)運行。

3.3 防掉繩保護裝置

將直徑為240 mm的兩個托繩輪通過軸承安裝在固定架上,兩個托繩輪正反向安裝。托繩輪安裝后能夠在軸承上活動,兩個托繩輪側(cè)面處于同一平面,間距控制為18 mm,誤差不大于2 mm。使用時,將鋼絲繩安裝在滑輪組中間間隙處,使鋼絲繩在運行時不會掉落,乘人座椅能順利通過不產(chǎn)生卡殼,提高架空乘人裝置運行的安全穩(wěn)定性。

4 安全保護設備特點

4.1 斷軸保護裝置

斷軸保護裝置結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低,便于安裝維護?？筛鶕?jù)驅(qū)動輪承載的載荷來確定斷軸保護裝置的安裝數(shù)量。斷軸保護裝置加工方便,占用空間小,安裝后對架空乘人裝置運行的影響小。

傳統(tǒng)煤礦架空乘人裝置主要采用轉(zhuǎn)軸連接驅(qū)動輪,驅(qū)動輪不具有任何斷軸保護裝置,在乘人高峰期或長期運轉(zhuǎn)情況下,驅(qū)動輪會出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象,導致斷軸、軸承變形等故障。安裝斷軸保護裝置后,不會影響驅(qū)動輪正常運行,而且斷軸保護裝置對驅(qū)動輪施加承載作用力,減小驅(qū)動輪的承載質(zhì)量,可以有效避免斷軸事故的發(fā)生。

4.2 乘人間距識別裝置

乘人間距識別裝置主要利用傳感器及可編程序控制器進行聯(lián)鎖控制,與傳統(tǒng)人工控制相比,動作靈敏可靠,自動化水平高,精度高,故障率低,便于檢修維護。

乘人間距識別裝置能夠?qū)崟r識別乘人間距,乘人間距識別誤差控制在200～500 mm范圍內(nèi)。乘人間距識別裝置可以對人員起到保護作用,避免乘人高峰期因乘人間距過近引起架空乘人裝置急停,或架空乘人裝置重啟時造成撞人、倒轉(zhuǎn)等事故,大大提高架空乘人裝置的安全性能。

4.3 防掉繩保護裝置

防掉繩保護裝置結(jié)構(gòu)簡單,取材方便,制造成本低,便于安裝、維護?？筛鶕?jù)斜井角度適當增加防掉繩保護裝置的數(shù)量。防掉繩保護裝置對于地質(zhì)條件、施工環(huán)境的局限性小,可用于煤礦、隧道、橋梁等領(lǐng)域,實用性強。

傳統(tǒng)煤礦架空乘人裝置承載鋼絲繩的滑輪為單滑輪,鋼絲繩鋪設在滑輪上方,一旦出現(xiàn)鋼絲繩抖動或承載力過大的情況,很容易出現(xiàn)掉繩現(xiàn)象。防掉繩保護裝置中,兩個托繩輪在豎直平面上垂直安裝,從而將鋼絲繩固定在有限空間內(nèi),有效防止掉繩現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

筆者為龍頂山煤礦架空乘人裝置設計安裝了一套安全保護設備,并進行6個月的實際應用。

安裝安全保護設備后,煤礦架空乘人裝置未發(fā)生一起斷軸、掉繩事故,乘人間距與設計值誤差控制在200～500 mm,大大提高了煤礦架空乘人裝置的運行穩(wěn)定性,故障率由原來的15%降低至3%以下,全年可節(jié)約煤礦架空乘人裝置維修費用20余萬元,取得了顯著的應用效果。