架空乘人裝置一機(jī)兩巷運(yùn)輸設(shè)計和實(shí)踐

張?zhí)焐?，程寶軍，陳躍朋

（鄭煤集團(tuán)新鄭煤電有限責(zé)任公司，河南 新鄭 451100）

架空乘人裝置是煤礦用于人員運(yùn)輸?shù)囊环N常見運(yùn)輸設(shè)備，該設(shè)備具有對巷道坡度適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)輸距離長及安全系數(shù)高等特點(diǎn)，能夠有效降低員工勞動強(qiáng)度，是各大型煤礦首選的人員運(yùn)輸設(shè)備［1］。架空乘人裝置因其設(shè)備特點(diǎn)，通常只能安裝在直巷內(nèi)，如果有多條行人巷道時，需在每條行人巷道內(nèi)均安裝一部架空乘人裝置，導(dǎo)致設(shè)備投入成本高、固定司機(jī)崗位增多等問題。為研究架空乘人裝置一個驅(qū)動輪運(yùn)輸兩條巷道的可行性，以新鄭煤電有限公司兩條相連接的巷道為例，進(jìn)行架空乘人裝置一機(jī)兩巷運(yùn)輸技術(shù)研究，以達(dá)到降低設(shè)備投入、減少固定崗位的目的，從而提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程背景

鄭煤集團(tuán)新鄭煤電有限公司位于河南省新鎮(zhèn)市辛店鎮(zhèn)境內(nèi)，礦井核定生產(chǎn)能力300萬t/a。井下共分為5個采區(qū)，目前生產(chǎn)采區(qū)3個，分別為11采區(qū)、12采區(qū)、14采區(qū)，22采區(qū)、24采區(qū)為準(zhǔn)備采區(qū)，兩個準(zhǔn)備采區(qū)位于礦井西翼。礦井運(yùn)煤系統(tǒng)為帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，運(yùn)料系統(tǒng)為礦車運(yùn)輸，礦井主要水平大巷及采區(qū)人員運(yùn)輸主要采用架空乘人裝置運(yùn)輸。目前，礦井西翼采區(qū)的西翼運(yùn)輸大巷已掘進(jìn)到位，巷道長度1 150 m，計劃安裝架空乘人裝置。由于該巷與14采區(qū)通風(fēng)行人聯(lián)巷相連，且14采區(qū)通風(fēng)行人聯(lián)巷內(nèi)未安裝架空乘人裝置，按照常規(guī)安裝方法，兩巷夾角為90°，需安裝兩部架空乘人裝置。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，14采區(qū)通風(fēng)行人聯(lián)巷巷道長度僅650 m，且兩條巷道坡度均為4°～6°，平均坡度為5°，擬采用一機(jī)兩巷運(yùn)輸方式，即一部架空乘人裝置負(fù)責(zé)兩條巷道人員運(yùn)輸。為此，需根據(jù)巷道參數(shù)以及架空乘人裝置相關(guān)參數(shù)與要求進(jìn)行理論驗(yàn)算，以驗(yàn)證一機(jī)兩巷運(yùn)輸方案的可行性。

2 一機(jī)兩巷運(yùn)輸方案

設(shè)計采用RJHY1320型架空乘人裝置，驅(qū)動輪安裝在西翼運(yùn)輸大巷上部機(jī)頭硐室內(nèi)，出繩側(cè)先經(jīng)90°轉(zhuǎn)向立輪變向至14采區(qū)通風(fēng)行人聯(lián)巷，再經(jīng)14采區(qū)通風(fēng)行人聯(lián)巷末端的2×90°轉(zhuǎn)向輪回繩，回繩至14采區(qū)通風(fēng)行人聯(lián)巷口處再經(jīng)90°轉(zhuǎn)向立輪變向至西翼運(yùn)輸大巷內(nèi)，最后經(jīng)西翼運(yùn)輸大巷末端的回繩輪回繩至驅(qū)動輪。運(yùn)輸總長度L=650+1 150=1 800 m，平均坡度為5°，運(yùn)輸方案如圖1所示。

圖1 一機(jī)兩巷運(yùn)輸方案

3 運(yùn)輸能力計算與方案可行性驗(yàn)證

為驗(yàn)證一機(jī)兩巷運(yùn)輸方案的可行性，需結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際對架空乘人裝置各項(xiàng)運(yùn)輸數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，明確運(yùn)輸所需電機(jī)功率，以驗(yàn)證所選架空乘人裝置型號是否滿足一機(jī)兩巷運(yùn)輸。

3.1 架空乘人裝置基本參數(shù)確定

（1）吊椅選擇：根據(jù)兩條巷道位置關(guān)系及累計運(yùn)輸長度，人員乘坐至兩巷交叉點(diǎn)處需執(zhí)行換乘，且吊椅過90°轉(zhuǎn)向立輪期間可能出現(xiàn)掉繩現(xiàn)象，因此吊椅應(yīng)選用可摘掛式吊椅［2］。

（2）運(yùn)行速度：按照《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗(yàn)規(guī)范》規(guī)定，可摘掛抱索器乘人裝置的運(yùn)行速度不應(yīng)超過2 m/s；活動抱索器乘人裝置應(yīng)能實(shí)現(xiàn)乘員靜止上下，運(yùn)行速度不超過3.0 m/s［3］。根據(jù)吊椅選用形式，并明確乘員為靜止上下，架空乘人裝置運(yùn)行速度：

式中：i為預(yù)選的RJHY1320型架空乘人裝置配套的M3RVSF70型減速機(jī)，減速比50∶1；n為預(yù)選的RJHY1320型架空乘人裝置配套的YBK2-315M-4型電動機(jī)轉(zhuǎn)速1 480 r/min，電機(jī)功率為132 kW；D為預(yù)選的RJHY1320型架空乘人裝置配套驅(qū)動輪直徑，直徑1.52 m。計算得出運(yùn)行速度為2.35 m/s，不超過3 m/s，運(yùn)行速度滿足相關(guān)規(guī)定要求。

（3）人員乘坐間距：按照《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗(yàn)規(guī)范》規(guī)定：“相鄰兩吊椅沿牽引鋼絲繩方向的間距應(yīng)不小于牽引鋼絲繩5s的運(yùn)行距離，且應(yīng)不小于5 m”［3］。則吊椅間距λ1=5V=5×2.35=11.8 m，考慮現(xiàn)場實(shí)際為非均勻運(yùn)輸，設(shè)定吊椅間距λ1為15 m。

（4）運(yùn)輸效率：單側(cè)運(yùn)送效率Qr=3 600×v/λ1=561人次/h

（5）鋼絲繩規(guī)格：鋼絲繩直徑22 mm；每米質(zhì)量1.78 kg/m；托繩輪間距λ2為預(yù)安裝間距6 m；鋼絲繩與繩槽輪盤摩擦系數(shù)μ=0.25；鋼絲繩與驅(qū)動輪繩槽輪盤圍包角α=360°。

3.2 鋼絲繩張力計算

為簡化計算，將運(yùn)輸形式簡化如圖2所示，S1為驅(qū)動輪回繩側(cè)張力；S2為驅(qū)動輪出繩側(cè)張力；S3為回繩輪進(jìn)繩側(cè)張力；S4為回繩輪回繩側(cè)張力。

圖2 運(yùn)輸形式簡化圖

（1）最小張力計算

式中：C為鋼絲繩的撓度系數(shù)，取1 000；q0為鋼絲繩質(zhì)量，取1.78 kg/m；重力加速度g取9.8 m/s2。

（2）各點(diǎn)張力計算

①當(dāng)下行側(cè)空載，上行側(cè)滿載時，該狀態(tài)下設(shè)備以動力運(yùn)行為主，此時線路運(yùn)行阻力：

各點(diǎn)張力：

式中：Q1為人均重量，取90 kg；Q2為單個吊椅重量，取12 kg；L為架空乘人裝置運(yùn)行路線全程長度，1 800 m；ω為架空乘人裝置動力運(yùn)行時阻力系數(shù)，取0.02。

②當(dāng)下行側(cè)滿載，而上行側(cè)空載時，該狀態(tài)下設(shè)備以制動運(yùn)行為主，此時線路運(yùn)行阻力為：

各點(diǎn)張力：

式中：ω為牽引架空乘人裝置動力運(yùn)行時阻力系數(shù)，取0.01。

3.3 驅(qū)動輪防滑驗(yàn)算

當(dāng)下行側(cè)空載，上行側(cè)滿載時，該狀態(tài)下設(shè)備以 動 力 運(yùn) 行 為 主，且S1＞S2，S1＞S2=34 832.4/19 728.4=1.765＜eμa，符合要求；eμa=4.8。

當(dāng)下行側(cè)滿載，而上行側(cè)空載時，該狀態(tài)下設(shè)備以制動運(yùn)行為主，且S1＜S2，S1/S2=20 667.8/29 127.4=0.709＜eμα，符合要求；eμa=4.8。

式中：eμa為驅(qū)動輪間與鋼絲繩的靜摩擦力，其中，鋼絲繩與鋼絲繩摩擦系數(shù)μ=0.25；輪盤上鋼絲繩的圍包角α=360°。

3.4 所需電機(jī)功率計算

（1）當(dāng)驅(qū)動輪處于動力運(yùn)行狀態(tài)下：

式中：Kμ為電動機(jī)功率備用系數(shù)，一般為1.1～1.3，取1.3；η為傳動功率，取0.8。

（2）當(dāng)驅(qū)動輪處于制動運(yùn)行狀態(tài)下：

式中：2.4為通過變頻調(diào)速后的鋼絲繩最大運(yùn)行速度，m/s。

通過一機(jī)兩巷運(yùn)輸方案可知，架空乘人裝置在運(yùn)行過程中，有4個90°變向，如圖1所示。根據(jù)《中國現(xiàn)代煤礦輔助運(yùn)輸》中運(yùn)行阻力計算公式得出，每個90°變向功率需增加3%～5%，按5%計算，4個90°變向功率需增大20%［4］，按動力運(yùn)行狀態(tài)下所需功率計算，則所需功率應(yīng)為：55.7×120%=66.84 kW。

考慮因運(yùn)量增加、設(shè)備大功率啟動等因素，需增加一定的富余系數(shù)，一般取1.5［5］，則所需設(shè)備功率不低于：66.84×150%=100.26 kW。選取的RJHY1320型架空乘人裝置，其配套電動機(jī)功率為132 kW＞100.26 kW，滿足一機(jī)兩巷運(yùn)輸要求。

4 現(xiàn)場實(shí)施情況與經(jīng)濟(jì)效益分析

通過理論驗(yàn)算選用的RJHY1320型架空乘人裝置滿足一機(jī)兩巷運(yùn)輸要求后，在新鄭煤電公司14采區(qū)通風(fēng)行人聯(lián)巷及西翼運(yùn)輸大巷進(jìn)行安裝。該架空乘人裝置安裝后運(yùn)行穩(wěn)定，成功實(shí)施一機(jī)兩巷運(yùn)輸方案。通過該方案，減少一部架空乘人裝置驅(qū)動部分的投入32萬元，同時，每班減少架空乘人裝置固定司機(jī)崗位2人，每天減少6人，每年可節(jié)約人工費(fèi)用約42萬，另每年可節(jié)約設(shè)備維護(hù)及電費(fèi)等約80萬元，為礦井節(jié)支降耗作出貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

新鄭煤電公司14采區(qū)通風(fēng)行人聯(lián)巷及西翼運(yùn)輸大巷內(nèi)成功實(shí)施架空乘人裝置一機(jī)兩巷運(yùn)輸?，F(xiàn)場實(shí)踐結(jié)果表明，在一定條件下，通過對架空乘人裝置各項(xiàng)運(yùn)輸數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，確定架空乘人裝置所需電機(jī)功率，進(jìn)而選擇滿足需要的架空乘人裝置，即可實(shí)施架空乘人裝置一機(jī)兩巷運(yùn)輸，達(dá)到礦井節(jié)支降耗的目的。．