煤矿井下架空乘人装置的设计与应用

煤矿井下架空乘人装置的设计与应用

1外包架空乘人装置根据《煤矿安全规定》，“当员工上下倾斜道路超过50米时，他们必须用机器运输员工。”。架空乘人装置与其它机械运送人员装置相比,具有安全性好,维修量小,运行费用低,实用性强的优点。目前,煤矿井下常用的架空乘人装置由机头驱动改向部分、机尾涨紧改向部分、中间托绳轮组、牵引钢丝绳和乘人吊座共5部分组成,如图1。根据《规程》有关规定,煤矿井下设计采用架空乘人系统时必须考虑如下几个方面:(1)驱动轮、回头轮直径与钢丝绳直径之比≥60,改向轮直径与绳径之比≥20;(2)钢丝绳的最大运行绳速≤1.2m/s,吊座中心至巷帮间距≥0.7m;(3)乘坐人员间距≥5m,机头驱动摩擦力满足系统最大同期运载人员量需要,牵引钢丝绳安全系数≥6;(4)系统在正常运行中保持恒涨力,不打滑,不掉绳,乘坐人员有舒适、安全感。2分析与对策2.1环境因素对驱动力和相摩降注下的滑损的影响架空乘人装置,所需驱动摩擦力随该装置的安装长度、倾角、运载量和涨紧度的变化而变化,当系统的最大驱动摩擦力小于实际需用值时,就会出现钢丝绳在驱动轮上打滑现象。钢丝绳与驱动轮之间产生相对摩擦,导致驱动轮与钢丝绳迅速出现摩损,即增大了消耗,又影响了系统正常运行,甚至会出现大范围的掉绳、伤人等现象。在安装长度、倾角和运载量一定的情况下,驱动摩擦力与钢丝绳的涨紧度及钢丝绳在驱动轮上的围包角成正比,然而当涨紧度达到一定值时,驱动摩擦力的值将不再随涨紧力的变化而变化(如图2),因而只有靠增大围包角来增大系统的驱动摩擦力(如图3)。由上述分析可知,解决打滑问题必须视现场情况而定,通常在设计时,应考虑留有足够的围包角余量,而后靠适当调整涨紧力解决打滑问题。如果涨紧力已至钢丝绳额定载荷,则必须靠增大围包角来解决。2.2下挖深度d的确定常规情况下,根据《规程》有关规定,井下巷道内设计安装架空乘人装置所需巷道最小净宽为:60d+1400(mm)(其中,d为钢丝绳直径,60为驱动轮或回头轮直径与钢丝绳直径之间的最小倍数关系;60d为两钢丝绳中间距;1400为两吊座中心即钢丝绳中心距巷帮距离之和)。以七五煤矿-200～-600m之间的胶带运输巷内设计安装架空乘人装置为例,予以简要说明。巷道全长1600m,需安装架空乘人装置长度1500m,巷道总有效净宽4200mm,经计算满足最大乘人运载量条件下的钢丝绳为直径d=26mm的特级绳。所需的最小巷道安装净宽应为1400+60×26=2960mm,因设计院选定回头轮直径为1680mm,所以安装净宽应为1680+1400=3080mm。巷道内安装800mm强力输送胶带机占用巷道净宽1650mm,仅余可供安装架空乘人装置宽度为4200-1650=2550mm,理论与实际的差值为3080-2550=530mm。若按常规解决办法在安装架空乘人装置的巷道一侧加宽巷道530mm,需在1500m的巷道内放炮出碴2.5×0.65×1500×1.8=4252.5m3,重打锚杆(2.5+0.63)×1500×2=9390根,喷浆支护需用砼(2.5+0.53)×0.1×1.35=613.6m3(其中,2.5为巷道高度,1.8为岩石松散系数,2为每平方米面积上需用锚杆数量,1.35为喷浆支护回弹系数,0.1为喷浆支护厚度),不仅要消耗大量人力、物力(约需资金100余万元),而且,在胶带机巷内放炮施工易造成设备及电缆、管路损伤,同时,因增大巷道断面,相应地降低了巷道的支护强度。采用仅加宽机头、机尾的巷道,而后在机头驱动改向轮后和机尾涨紧回头轮前加钢丝绳拨绳轮的办法(如图4),可使吊座运行的中间巷内最小安装净宽度降至700+1100+700=2500mm(其中,1100mm为两钢丝绳间距)。原有可供安装架空乘人装置用巷道净宽2550mm便可以满足乘人至巷帮及设备最小安全距离要求,既可节约大量材料,又可缩短施工工期。但应注意,乘人吊座必须为可摘挂式,吊座只能在机头、机尾处的拨绳轮中间运行。2.3新绳悬挂拉紧新挂用的钢丝绳及使用中钢丝绳突然受较大外力作用时,及多圈缠绕驱动的钢丝绳在驱动滚筒上滑动时,会出现钢丝绳沿垂直于其运行方向旋转,导致与钢丝绳固定较紧的乘人吊座随钢丝绳旋转,出现伤及乘坐人员、损伤设备现象。新绳悬挂拉紧后出现扭力不均衡,沿垂直于运行方向转动是必然现象,经约24h的空转,会基本消除,但难以彻底清除。较好地解决办法是采用新型可摘挂式吊座卡,如图5。根据试验,在2r=d+(0.5-1)和270°<θ≤330°(式中,r为卡爪及推盘接触钢丝绳部分的圆弧半径;d为牵引钢丝绳直径;θ为卡爪及推盘对钢丝绳的最大圆包角)时,卡绳紧度适宜,摘挂座方便、灵活,可使吊座在乘人及空载情况下,既随钢丝绳做同步运行,又不随钢丝绳做垂直于运行方向的旋转,具有良好的安全性和实用性。2.4接长度与插接质量牵引钢丝绳插接强度不够,随带载运行时间的增长,接头逐渐被拉开,导致钢丝绳需提前退役,既浪费材料又影响系统的正常运行。《规程》规定,架空乘人装置用牵引钢丝绳的插接长度不小于钢丝绳直径的1000倍。插接长度不够,是造成接头承拉强度不够的原因之一,虽然插接长度足够,但插接质量不好,同样会造成承拉强度不够。具体应注意的有以下几个方面:(1)不同绳径、规格的绳不能插接,已破劲的旧绳不能插接,否则咬合不匀,强度不高。(2)插接钢丝绳的地点应干燥、清洁、无淋水,接绳过程中,各股钢丝绳之间不能夹杂煤、矸、沙石等颗粒杂物,不能被水淋湿,否则,相互咬合的各股钢丝绳咬合不严,锈蚀、易抽动。(3)插接段的钢丝绳插接前不能全部破劲,必须插一股破一股,且两人操作,破一段,跟一段,否则,各股之间咬合不牢。(4)插接头两端去原绳芯后,做绳芯用的一股钢丝绳外必须均匀缠上麻皮,缠麻皮后的直径不得小于原绳芯有效直径,并涂防锈油养护,长度不得小于1000mm,且在插接后用木锤或橡胶锤将各股的咬合间隙砸实,不出现毛刺和缝隙,最后在表面涂上防锈油。只有按上述4条去做,才能确保插接强度不低于应有的理论强度。2.5伸长值与长丝件长度关系常规情况下,设计院设计的涨紧滑道长度为不小于系统安装长度的0.5%,一般取0.5%～0.8%。然而,从现场实际情况来看,该参数不能满足现场实际需要,详见表1。由表1所列统计数据情况可知,长距离、大运量的架空乘人装置用钢丝绳,自悬挂之日起,约在运行2d之后,性能趋于稳定,伸长率达0.5%;运行50d后,伸长率约达0.8%;运行4个月后,伸长率约为1.5%。经综合分析测算,涨紧滑道的长度应为系统安装长度的1.2%左右最为合适。当伸长率达安装长度的1.1%左右时,将机尾涨紧轮移至滑道最前端,将多余的钢丝绳截断,按大于绳径的20倍插接一个接头后,即可使原系统继续运行。2.6吊座系统的不均匀牵引钢丝绳不在托绳轮上行走,即掉绳,容易出现伤人及影响系统正常运行事故。个别乘坐人员不按规定要领乘坐,在吊座上左右摇摆;变坡点处未采用托绳轮组造成托绳轮受力不均匀(受力过大或不受力);局部位置钢丝绳距地高度不够,吊座乘人后拖地,以及托绳轮轴线方向与绳运行方向不垂直等是造成系统经常掉绳的直接原因。按规定,乘人吊座运行区间内巷道高度满足在正常乘人情况下,吊座最低点距地不小于200mm,不大于500mm;调整托绳轮支架,使其轮轴中心线与拉紧后的钢丝绳运行方向垂直;巷道变坡点及人员集中上下点采用绳轮组,限制钢丝绳在垂直于运行方向上产生位移。通过以上措施的综合实施(缺一不可),即可最大限度地降低掉绳伤人及影