液压驱动式架空乘人装置在大倾角斜井的研制和应用

摘要：架空乘人装置，一般情况下斜井在坡度20°以下使用比较合理，而永定庄煤业公司石炭系延深材料暗斜井坡度达25°，这给安全运行该装置提出了要求。本文根据斜井实际情况研制适合大倾角斜井使用的架空乘人装置，并在实际中应用。该装置的研制成功，实现了机械运送员工上、下井，缩短了员工上、下井的时间和减少了员工的体力消耗，降低了员工劳动强度。

关键词：液压驱动;架空乘人装置;大倾角斜井;应用

引言

根据《煤矿安全规程》第三百六十五条：人员上下的主要倾斜井巷，垂深超过50m时，应采用机械运送人员[1]。而永定庄煤业公司石炭系延深材料暗斜井斜长489m，坡度25°，垂深206 m，大大超出了规定要求。为彻底解决员工上下作业点距离远、坡度陡、时间长、行走劳累的实际情况，决定研制适合该斜井使用的架空乘人装置。根据该斜井现状，并到现场勘查，在确保满足《煤矿安全规程》、《煤矿用架空乘人装置安全检验规范》[2]的条件下，提出了安装双向可摘挂架空乘人装置，从而实现机械运送员工上、下井，缩短员工上、下井的时间和减少员工的体力消耗，降低员工劳动强度。并可在该巷运料。

1.可行性方案的比较和研制

1.1  架空乘人装置与斜井人车的比较

1.1.1  斜井人车[3]对轨道的要求比较严格，道夹板螺栓小于轨头宽度1—2mm，轨道接头焊接或使用符合MA标准的特制道夹板、特制螺栓。扣件螺栓距离轨面不小于80mm，地辊距轨面不超过40mm。按《煤矿安全规程》，必须安装阻车器和跑车防护装置，阻车器和跑车防护装置在运人时常开，运料时常闭。以上问题解决后，方能安装斜井人车。而石炭系延深材料暗斜井的轨道不具备以上安装斜井人车的条件。

1.1.2  架空乘人装置[4]，即：“猴”车。与传统斜井人车输送方式比较，优势显著：设备投资小，运行成本低，维护工作量小;人员输送量大，效率高，索道无极循环运行，人员不需要等候，随到随行;安全性能好，牵引钢丝绳运行速度低，乘人吊椅离地不高，运行平稳可靠，人员上、下吊椅方便自如，设备本身配有完善的安全保护装置;适用范围广，还可以满足巷道多变坡点。

1.2  机械驱动式架空乘人装置与液压驱动式架空乘人装置研制方案的比较

1.2.1  机械驱动式架空乘人装置，其速度不可调、硬启动、硬停车、不能慢速检查钢丝绳、启停时吊椅摆动大、安全性能较差。

1.2.2  液压驱动式架空乘人装置，可无级调速、软启动、软停车、安全性能高。

1.2.3  液压驱动能实现无级调速和正反转运动，可以在很低的速度下正反转，以便检查钢丝绳;可以实现电机空载起动，从而提高电动机和电气元件的使用寿命;可以任意设定起动和停车的加、减速特性，从而提高乘坐的舒适性;液压张紧具有体积紧凑，张紧力大且无级可调的特点;液压驱动系统的单件质量较小，便于在巷道中安装和维护;在恶劣工作环境条件下，抗污染能力强;液压马达可以安装于任何方位。

1.2.4  与同等功能的机械驱动+变频装置相比，对其附近的电气和通讯设备没有影响、性能稳定，不易出故障，使用寿命长，且造价偏低。

1.2.5  液压驱动装置克服了机械驱动+变频调速装置的以下缺陷：一是产生谐波干扰，对附近的电气和通讯设备影响较大;二是性能不是很稳定，内部关键元件容易出故障;三是成本较高;四是电机不能空载启动。

通过以上比较，我们决定使用液压驱动式架空乘人装置[5]。

2.液压驱动式架空乘人装置研制方案说明

2.1  驱动部分[6]

驱动部分设计为架空式单轮驱动部，液压传动方式。

2.1.1  驱动部结构形式的设计

经计算单轮驱动时，钢丝绳与驱动轮之间的围包角完全满足驱动力的要求，因此驱动部分的安装方式为架空式单轮驱动部驱动。钢丝绳与驱动轮之间的围包角为180°。机头设计在巷道上部，机尾设计在巷道下部。

2.1.2  驱动轮、迂回轮的选取

《煤矿安全规程》中第416条第三项：井下提升绞车和凿井提升绞车的滚筒、井下架空乘人装置的主导轮及尾导轮和围抱角大于90°的天轮，其直径不得小于钢丝绳直径的60倍，围抱角小于90°的天轮，其直径不得小于40倍;本方案选用驱动轮直径为1600mm，迂回轮直径为1600mm。

2.1.3  钢丝绳的选取

由计算可知，牵引钢丝绳的最大张力为451kN，按《煤矿安全规程》第四百条的规定，架空乘人装置的钢丝绳安全系数最低值为6，选取牵引钢丝绳为“20NAT6×19S+FC1570 -右同向捻且表面无油”的钢丝绳，其抗拉强度为1570MPa，破断拉力总和为304kN，安全系数为6.7，符合《煤矿安全规程》的规定。

2.1.4  安全距离的确定

《煤矿安全规程》中第368条第二项：蹬座中心至巷道一侧的距离不得小于0.7m，本方案为0.7m，符合安全要求。

2.1.5  托、压绳轮的选用方案[7]

配套的托绳轮有三种结构形式：单托轮、托压绳轮、双轮托（压）绳轮，托轮间距为8米，每隔五个单托轮安装一个托压绳轮。双轮托压绳轮组主要使用在变坡点处，每组托绳轮有二个轮体，两个托轮为浮动式，可绕中间横轴回转，吊椅平滑过渡各轮受力均匀;单轮托绳轮支撑轴为整体加工;托绳轮与压绳轮配合使用;托压绳轮不但有效避免钢丝绳的跳动、摆动和脱槽，而且解决了吊椅通过时的卡阻和震动问题。

2.1.6  乘人器的设计

乘人器由G-Ⅰ型抱索器和G型吊椅组成，吊椅总高2300mm。吊椅与抱索器联接后，抱索器抱紧钢丝绳时，应保证吊椅的座椅保持水平;同时，吊椅运行时不应碰及钢丝绳导向装置等各部件[8]。座椅按人的正常座姿进行优化设计，使其符合人机工程学，故乘坐舒适，上下车安全。

2.1.7  机尾部分的设计

机尾主要包括迂回轮装置、张紧小车、滑道、导绳轮和重锤。迂回轮装置在滑道内可自由移动，保持系统恒定的张紧力;回绳站采用重锤张紧，并通过导绳轮将重锤置于巷帮硐室中。由于钢丝绳使用初期伸长较大，故滑道长度（即拉紧行程）设计为7米，避免由于钢丝绳的伸长造成系统不能正常运行。

2.2  电气控制部分

2.2.1  电气控制系统为自动化控制，电气系统采用PLC编程控制，具有过流、短路、断相、过压、欠压、漏电等保护功能和主要运行参数实时显示;具有速度保护、过位保护、沿途急停、掉绳保护、全程急停保护、断绳保护、制动器失效保护和重锤限位保护等功能。

2.2.2  运行方式控制

运行方式控制功能使系统具有三种模式：即连续运行、间断运行、自动停止运行。

连续运行——当上下班人员高峰时段，启动连续运行模式，24小时不间断的运行。

间断运行——当有零散人员上下井时，启动间断运行模式。在间断运行时，间断运行的时间总是从最后一人上车后开始计时，即具有时间记忆刷新功能。

停止运行——当没有人员上、下井时，系统自动延时停止运行。

2.2.3  语音提示

在离机头、机尾下车点15米处，安装语音提示器，当乘坐人员到达离下车点15米处，需要下车时，语音提示器会发出“前方到站，准备下车”的提示音，提醒乘坐人员准备下车。

2.2.4  自动开停功能

系统具有自动开停功能，即有人乘坐时自动开机运行，无人乘坐时自动停机。

2.2.5  背景音乐

为使工人有个轻松愉快的心情，从而提高生产效益。

2.3  液压驱动式架空乘人装置的优点

2.3.1  安全舒适

乘人离地近（300mm），钢丝绳子运行速度底（0—1.2m/s），乘坐安全。采用PLC可编程电控控制，可实现机头、机尾越位保护;过速飞车、欠速打滑保护;无人值守;语音提示上下车;脱绳保护;沿途紧急停车;重锤下限位保护;吊椅防过摆保护。吊椅设计合理，乘坐舒适。沿途可装MP3音乐播放装置，播放背景音乐，安全宣传等内容。

2.2.2  运送效率高、节能

钢丝绳实行无极运转，实现连续运送，运送效率高，可达200-800人/h，和其他运输方式相比，电机功率小，节省电能资源。

2.3.3  成本低、维护简单方便

架空乘人装置的投资只占斜井人车投资的30%左右，操作简单，易损件使用寿命长，日常维护简单方便。

2.3.4  适用范围广

架空乘人装置适应长运距、大倾角、多变坡及多拐弯巷道运输，占地面积小，且能实现运人和运料共用巷道运输，亦可用于主井巷道皮带检修。

2.4  架空乘人装置主要技术参数

最大运输能力：双向308人/h;同时乘座人数：70人;乘人间距： 14m;托轮绳间距：8m;驱动轮直径：1600mm;迂回轮直径：160mm;运行速度：0—1.2m/s;钢丝绳距地面高度： 2600mm;托轮横梁底面安装高度（垂直巷道腰线方向）2.740m;吊椅长度：2300mm;钢丝绳间距：1600mm;钢丝绳：20NAT6×19S+FC1570 （无油、右同向捻）;系统工作电压：660V;机尾张紧导轨长度：7m。

3.架空乘人装置的安装技术要求

3.1  电动机，联轴器，减速器安装时，其相连接主轴的同轴度偏差不得大于0.5mm。

3.2  弹性联轴器安装时保证两端面间隙3～5mm。

3.3  制动器的调整按电液制动器使用说明书执行;制动闸瓦与制动轮之间的退距为0.7～0.8mm，制动状态下最小接触面积应≥60%。

3.4  驱动轮、迂回轮的中心线对猴车的设计中心线的偏移≤2mm，绳槽中心线必须与出入侧牵引索的中心线吻合，偏移不得大于牵引索直径的1/20，偏斜不得大于1/1000，驱动轮及迂回轮在巷道中心线垂直的直径线必须保持水平，其水平度为≤0.5/1000。

3.5  迂回轮两侧导轨的安装中心线直线度不大于1/1000，平行度不大于0.5/1000，高度差≤+3mm。

3.6  安装后，全线中在同侧的托绳轮槽和压绳轮槽的中心线应在同一直线上，其偏差≤2mm。

3.7  安装后，全线中在同侧的托绳轮槽和压绳轮槽的顶面高度差≤2mm。

3.8  钢丝绳的接头编结长度为钢丝绳直径的1000倍，安全系数不小于6，编接后的接头一般为不变径接头，接头后的绳径不大于原直径的10%。

3.9  乘人器由G-Ⅰ型抱索器和G型吊椅组成。

3.10 横梁安装技术要求：

3.10.1  机头机尾横梁标高尺寸偏差不得大于±10mm。

3.10.2  托轮横梁标高尺寸偏差不得大于±15mm。

3.10.3  中间横梁埋设的工字钢底面要求平行于巷道腰线。

3.10.4  全部横梁水平度为3：1000。

3.10.5  驱动机架横梁、机尾导轨架梁、小绞车架梁、重锤吊梁不允许采用锚杆安装方式。

4.架空乘人装置的安装及试验

4.1  安装前必须放好索道中心线路或巷道中心线和腰线。

4.2  按设计要求预埋好驱动装置机架、迂回轮架、张紧绞车、横梁、张紧索单滑轮横梁和井巷托（压）索轮横梁。

4.3  安装驱动装置、张紧装置、线路托轮架、托（压）索轮、运载索和张紧索。

4.4  检查，调整上站、下站和线路所有设备后，安装供电、电气安全保护、通讯信号和照明系统。

4.5  一切正常并符合有关安装工程质量标准后，空索试运行72 h以上，以清除钢丝绳的内应力，使其扭力基本平衡后，确认无问题后再安装吊椅。

5.应用情况及社会经济效益

如果使用斜井人车就要施工车房、存车场，安装提升绞车、人车，每班还要摘、挂人车，且存在着对轨道质量要求高，维护量大，试验繁琐等问题。集团公司其它矿一般使用的是机械驱动式猴车，其特点是：速度不可调、硬启动、硬停车、不能慢速检查钢丝绳、启停时吊椅摆动大、安全性能较差。而使用液压驱动式架空乘人装置，具有一次性投入少，减少工程量和设备投资，安装调试简单，操作维护方便，连续运行中途不停车。人员上下方便，随到随走，动力消耗小和工作人员少，适应长运距、大倾角、多变坡及多拐弯巷道运输，占地面积小，且能实现运人和运料共用巷道运输。因此，在石炭系延深材料暗斜井使用该装置运送人员，实现了人与物料的混合运输，实现了机械运送员工上、下井，缩短了员工上、下井的时间和减少了员工的体力消耗，降低了员工劳动强度，改善了我公司井下辅助运输的状况，取得了明显的经济效益和社会效益。

6.结论

永定庄煤业公司使用的液压驱动式架空乘人装置是具有可无级调速、软启动、软停车、安全性能高等特点。经过使用认为该装置安全舒适、成本低、维护简单方便、运送效率高、节能、适用范围广等优点，适合于在其它斜井或平巷推广使用。

参考文献：

[1]《煤矿安全规程》，煤炭工业出版社  2011年2月

[2] 王国键、孟金锁等，《煤矿用架空乘人装置安全检验规范》 煤炭工业出版社  2007年4月

[3] 翟守忠、贺建国、何万平等，《矿山在用斜井人车安全性能检验规范》  煤炭工业出版社  2011年5月

[4] 张立忠、柳莉、郭明、龙晓，《地下矿用架空索道设计规范》  中国标准出版社  2011年3月

[5] 范瑞林、王保丽等，《煤矿用架空乘人装置》，煤炭工业出版社  2011年9月

[6] 张立忠、杨现、齐新民，《地下矿用架空索道安全要求》   中国标准出版社  2008年1月

[7] 王桂斌 《架空乘人装置设计研究》 煤矿现代化  2009年第3期

[8] 张立忠、李冰《煤矿固定抱索器架空乘人装置技术条件》中国煤炭工业出版社2001年5月

作者简介：盛秉义，1965.4出生，男，汉族，山西大同人，工程师，主要从事煤矿技术工作。