矿井轨道巷架空乘人装置及无极绳绞车的选型核验研究

2019-10-28董明

中国矿山工程 2019年5期

关键词：大巷无极牵引车

董明

(山西省长治经坊煤业有限公司，山西长治 047100)

1 前言

经坊煤矿采用斜立混合开拓，主、副斜井位于井田东部边界附近的工业场地内，分别担负主、辅提升任务。主斜井倾角22°，斜长517m，安装1.0m宽的带式输送机；副斜井倾角20°，斜长519m，安装一台GKT2×2×1- 20型绞车及架空乘人器。

现开采3号煤层，3号煤层为单水平开拓，副斜井井底车场水平标高为+838m，副斜井井底车场布置有水仓、水泵房、等候室、消防材料库、工具室、医务室等硐室。主斜井设有井底煤仓。进风立井井底布置有水仓、主排水泵房、变电所、永久避难硐室等。

3号煤层共划分9个采区，一至四采区已经开采完毕，现开采五采区和七采区。在主、副斜井井底车场向西北布置一组集中开拓巷道至井田中部后，向北布置北集中大巷，向南布置五、六采区巷道；北集中大巷至北部区域中部，布置七、八、九采区巷道；开拓巷道均沿煤层布置，每组布置3条，分别布置主运输大巷、轨道大巷及回风大巷。

目前井下大巷及运输巷道的各种材料运输均采用无极绳连续牵引车运输系统。北集中轨道大巷安装的架空乘人装置用于运送人员。集中轨道大巷、采区轨道大巷及工作面运输巷道安装无极绳连续牵引车；集中轨道大巷安装架空乘人装置。

各种车辆型号及数量见表1。

表1 采区车辆配备和特征一览表

2 八采区轨道巷架空乘人装置选型核验

2.1 架空乘人装置选型参数

八采区轨道巷架空乘人装置用在巷道长1 400m，最大坡度7°，平均坡度3°。

预选架空乘人装置的驱动轮直径D=1.4m；钢丝绳运行速度V= 0～1.8m/s，无级可调。

预选钢丝绳为22NAT6×31WS+FC1670(q0=1.78kg/m，抗拉强度σ=1 670MPa,直径22mm)，最小钢丝破断拉力总和Fk=323kN。乘坐间距为λ1=10m，托轮间距λ2=8m。则最大运输效率Q=3 600×V/λ1=648人次/h。

架空乘人装置计算模型如图1所示。

图1 架空乘人装置计算模型

2.2 牵引钢丝绳张力检验

1)最小张力

Fmin=C×q0×g

(1)

式中：Fmin——最小张力点的张力， N；

C——钢丝绳的挠度系数,取C=1 000；

q0——预选牵引钢绳的每米质量，1.78kg/m；

g——重力加速度，g=9.8m/s2。

计算得出，Fmin=1 000×1.78×9.8=1 7444N。

2)各特征点张力的计算

当下放无人乘座而上升时满员,线路运行阻力为[1]

f上=[q0+(Q1+Q2)/λ1](ωcosα+sinα)Lg

(2)

f下=q0×(ωcosα-sinα)Lg

(3)

式中：F1——驱动轮进绳侧钢丝绳张力；

F2——驱动轮出绳侧钢丝绳张力；

F3——迂回轮进绳侧钢丝绳张力；

F4——迂回轮出绳侧钢丝绳张力；

Q1——人体重量,取95kg；

Q2——吊椅重量,取15kg；

L——巷道斜长；

α——巷道的坡度，取3°。

λ1——乘坐间距，10m。

计算得出，f上=[1.78+110/10] ×(0.02cos3°+sin3°)×1 400×9.8=12 679N,f下=1.78×(0.02cos3°-sin3°)×1 400×9.8=9 177N。

各特征点张力：F3=Fmin=17 444N，F4=1.01F3=17 618N，F1=F4+f上=30 297N，F2=F3-f下=18 234N。

3)牵引钢丝绳校核

m=FK/Fmax

(4)

式中：Fk——钢丝绳钢丝破断拉力总和；

m——钢丝绳安全系数；

Fmax——最大张力点张力。

计算得出，m=FK/Fmax=323 000/30 297=10.7>6，因此选择钢丝绳22NAT6×31WS+FC1670,其钢丝破断拉力总和为323kN,符合要求。

2.3 驱动轮直径D1及尾轮直径D2的确定

D1=D2≥60ds=60×22=1 320mm

D1=D2=ds/3.08/5×900=1 286mm

式中：ds——选定钢丝绳直径，取22mm。

故选取直径D=1 400mm的驱动轮和尾轮，符合要求。

3 西二集中轨道大巷及八采区轨道大巷无极绳绞车选型计算

在西二集中轨道大巷及八采区轨道大巷设无极绳连续牵引车，担负辅助运输任务。无极绳连续牵引车可运输的最大件重量20t(液压支架，整体运输)，平板车自重1.5t；西二集中轨道大巷1 970m，最大倾角9°，提升高度70m；八采区轨道大巷1 280m，最大倾角5°，提升高度30m。

3.1 钢丝绳选择

钢丝绳单位长度质量为

(5)

式中：P——钢丝绳单位长度质量，kg/m;

q——最大件质量，取20 000kg；

q0——大件平板车自重，取1 500kg；

w——平板车阻力系数，取0.015；

Smin——钢丝绳最小张力, 取2 940N；

f——钢丝绳阻力系数，取0.25；

δB——钢丝绳抗拉强度，取1 470N/mm2；

γ0——钢丝绳密度，6×19钢丝绳取9 550kg/m3；

m——钢丝绳安全系数[2]，西二集中轨道大巷无极绳牵引车运输m=3.03，八采区轨道大巷无极绳牵引车运输m=3.72；

L——运输距离；

g——重力加速度，g=9.8m/s2；

β——巷道倾角。

式中，重车上坡运行取“+”号，重车下坡运行取“-”号。

经计算，西二集中轨道大巷P=0.684kg/m，八采区轨道大巷P=0.607kg/m。

因此，钢丝绳均选用18.5NAT 6×19+NF 1470 565 310 ZS型，P=1.259kg/m，δB=1 470N/mm2，破断拉力总和199 920N。

3.2 各点张力计算

无极绳牵引车运输系统如图2所示。

图2 无极绳牵引车运输系统

1)空、重车段阻力

空车向上运输时阻力为

Fk=[q0(w+i)+pLf]g

(6)

重向向下运输时阻力为

FZ=[(q+q0)(w-i)+pLf]g

式中：i——线路平均坡度，‰，i=sinβ。

2)各点张力计算

各点张力：S1=Smin=2 940N，S2=KS1，S3=S2+FK=KS1+FK，S4=KS3=K(KS1+Fk)，S5=S4+FZ=K(KS1+Fk)+FZ。

K为钢丝绳绕导向轮的阻力系数，取1.06。

经计算，西二集中轨道大巷无极绳牵引车：S2=3 116.4N，S3=8 462.4N，S4=8 970.1N，S5=7 436.4N；八采区轨道大巷无极绳牵引车：S2=3 116.4N，S3=7 289.3N，S4=7 726.7N，S5=4 808.7N。

3.3 无极绳牵引车选型

无极绳牵引车需满足

F>S5

(7)

FC>S5-S1

(8)

式中：F——牵引车所需最大静张力，N；

FC——牵引车所需最大静张力差，N。

西二集中轨道大巷无极绳牵引车：F>S5=7 436.4N，FC>S5-S1=7 436.4-2940=4 496.4N。

八采区轨道大巷无极绳牵引车：F>S5=4 808.7N，FC>S5-S1=4 808.7 -2 940=1 868.7N。经上述计算，西二集中轨道大巷及八采区轨道大巷均选用SQ- 90/132型无极绳牵引车，其主要型号SQ- 90/132，功率132kW，最大静张力94.5kN，最大静张力差90kN。