无极绳牵引绞车在井下运输中的应用

张道林

（沁和能源集团有限公司永安煤矿， 山西 晋城 048205）

1 无极绳牵引绞车的分析

1.1 工作原理

无极绳连续牵引车为成套设备，通过钢丝绳组合成一套完整的运输系统，由电气控制装置对牵引车进行启停、加减速和正反向控制，由漏泄通信系统完成打点、通话和急停保护，由各种传感器完成相应停车安全保护功能，牵引绞车提供动力采用减速机或变速箱、渐开线圆柱正齿轮传动，通过无极绳绞车滚筒旋转与钢丝绳产生的摩擦力来带动钢丝绳运行，从而使牵引绞车沿轨道往返运行。

1.2 结构

无极绳牵引绞车主要由牵引绞车、张紧装置、梭车、尾轮、压绳轮组、托绳轮组和弯道轮组组成；配套部分由电控系统、钢丝绳、通信系统等构成。

1.3 特点

无极绳连续牵引绞车具有如下特点：操作简单，可靠性高；造应性强，用途广；系统布置灵活；系统配置方便；可实现巷道水平转弯运输；梭车储绳量大，运行费用低；安全高效，经济实用；安装简单。

2 无极绳牵引绞车在永安煤矿的应用

2.1 工程概况

永安煤矿现有二水平采区、三水平采区，矿井采掘布置几乎全部安排在这两个采区，正常掘进工作面6个，综采工作面2个，使用的调度绞车并下约30台。受煤层分布和走向的影响，并下辅助运输巷道大多距离长、倾角大、变坡多、拐弯多，采用调度绞车每逢遇到拐弯、大坡度、变坡都需安装对拉绞车，安装设备多，投入运输人员多，造成设备、人员浪费较大，并且调度车不易操作，绞车司机稍微操作不当就容易发生运输安全事故，因此为减轻职工劳动强度、减少运输事故的发生，在采掘风巷安装使用无极绳绞车运输物料。

随着永安煤矿开采深度和长度的不断延伸，职工到达工作地点徒步行走距离也在不断延长，尤其是在采掘一线工作的职工，在采面进、回风巷内行走距离较长，消耗了大量体力，造成职工接班后需要较长时问恢复体力。因此为减轻职工劳动强度、减少运输事故的发生，永安煤矿在17062采面回风巷安装无极绳绞车后加装人车系统，减少了工人的劳动体力消耗，提高了工人的工作效率[1]。

2.2 永安煤矿安装无极绳绞车的适用标准

1）矿用24 kg普通轨道，整体轨道顺直，轨枕间距为500 mm，轨距为600 mm；

2）水平拐弯处的曲线半径不小于9 m，且弯道处没有道岔。

3）在巷道转弯处加装防掉道护轨装置。

4）巷道断面和坡度符合牵引车安装位置，巷道（硐室）宽度为4～6 m。

5）根据巷道的长度、坡度、载重对无极绳牵引人车装置电机、钢丝绳、电控等进行测算、选型。

17062采面回风巷运输长度为2 000 m，采用U型钢支护，巷道多变坡，最大坡度为17°，坡长为600m，17下部是一处90°左转弯，单趟运输总重（支架重+平板车自重+梭车自重）共15t车牵引高度为300m。

2.3 选型计算

2.3.1 牵引车的选型计算

根据实际工况条件及运行要求计算运送支架时的行车阻力。

式中：G为梭车自身质量，t；G0为运输最大质量，t；βmax为运行线路最大坡度，（°）；μ为钢丝绳摩擦阻力系数，0.25；qR为单位长度钢丝绳质量，kg/m；L为运输距离，g为重力加速度。具体计算如下：

因此，无极绳绞车需提供不小于70 kN的牵引力，同时要考虑到电机留有适当的功率富余。永安煤矿选择了JWB-132B型无极绳绞车。绞车主要参数如下：

最大牵引力：慢速，120 kN；快速，70 kN。电动机功率：132 kW。绳速：慢速0.56 m/s；快速1.4 m/s。变速方式：齿轮变速式。滚筒直径：1 040 mm。梭车：可移动，可紧急手动液压抱轨。钢丝绳：6×19sΦ24-28 mm。

2.3.2 钢丝绳强度的验算

2.3.2.1 钢丝绳张力的计算

式中：F为行车阻力，上式计算得出F≌70 kN；S1为钢丝绳是小静张力；S4为钢丝绳是大静张力；n为摩擦力备用系数，1.1～1.2；μ为钢丝绳与驱动轮间的摩擦因数，取0.14；α为钢丝绳在驱动轮上的总围抱角，α=7π。

代入数据计算得S1≌4 kN，S4≌74 kN。

2.3.2.2 绞车电机功率的验算

式中：V为梭车慢速速度，0.56 m/s；η为绞车传动效率，取0.8。代入数据计算得N=49 kW，考虑到功率备用系数K需要大于1.1，选择132 kW电机功率富余量满足使用要求。

2.3.2.3 钢丝绳强度的验算

式中：n为钢丝绳安全系数；Qz为Φ28 mm钢丝绳最小破断拉力总和，查询参数为524.4 kN；Smax为钢丝绳最大张力，Smax=S4=74 kN。

计算得到钢丝绳安全系数n为7.086.5，符合《煤矿安全规程》最小值规定，因此选择6×19sΦ24-28型号钢丝绳符号安全要求。

2.3.2.4 钢丝绳许用安全系数

运物时：[n]=5-0.001LE=5-0.01×2 000=3。

运人时：[n]=6.5-0.001LE=6.5-0.01×2 000=4.5。式中：LE是牵引车至尾轮的钢丝绳长度，取2 000 m。

钢丝绳满足运人、运物的《煤矿安全规程》要求。

2.3.3 运输能力的计算

绞车由机头到尾轮总长2 000 m，绞车慢速为0.56 m/s，快速为1.4 m/s。如进重车为慢速，一超约需60 min；出空车为快速，一趟约需24 min，摘挂钩头按20 min计算，每班工作为7 h，每班可运送物料4趟。

2.3.4 绞车运送人员最大运输量

受人车长度和弯道曲线半径限制，每趟最多可挂2节车厢，最多可乘坐42人。

3 实践应用效益分析

3.1 安全和社会效益

永安煤矿17062采面回风巷安装无极绳绞车并加装人车系统后，提高了工人可操作性和设备可靠性，减少了工人的劳动体力消耗，提高了工人的工作效率。设备运行至今没有出现一起因无极绳绞车运输产生的安全事故。

永安煤矿年产量为150万t左右，掘进运输巷道以及回采运输巷道达到十几条，采面回风巷外围运输系统较长，均在1 500～2 000 m左右，自2010年开始在采面回风巷使用无机绳绞车后，先后在12个采面得到了应用。解决了井下辅助运输巷道距离长、倾角大、变坡多、转弯多、运送大吨位的技术难题。特别是增加无极绳牵引绞车人车系统后，彻底解决了职工上下班期间在巷道内行走距离长的问题[2]。

3.2 经济效益

17062采面回风巷全长2 000 m，变坡多，坡度较大，系统复杂，按照常规需安装调度绞车16台，使用无极绳绞车后可减少12台调度绞车和配套电缆、小线、电气设备的投入，每班可节俭出勤人员15人，就能从片盘直接运输到采面切眼。巷道布置可减少3个中转车场、10套斜巷挡车器、12个绞车硐室。节约资金情况如下：

1）人员。每班减少10人，每人每天的工资为150元，每天三班，可节约资金：10×3×150=4 500（元）。安装时间为4个月，可节约资金：30×4×4500=540 000（元）。

2）电费。减少12台绞车，平均电机功率5 kW，每天平均运转10 h，可节约电量60 kW：无机绳绞车电机功率132 kW，每班运转7 h，三班共计2 772 kW；每天可节约电量为3 828 kW。安装时间为4个月，可节约电量为459 360 kW。可节约电费298 584元。

3）租赁费。每台绞车平均租赁费为3 200元，则租赁费总额为3 200×12=38 400（元）。

4）材料量。3个中转车场，每个80 000元，共80 000×3=240 000（元）；10套斜巷挡车器，每套2 000元，共2 000×10=20 000（元）；12个绞车铜室，每个20 000元，共240 000元。

5）配套电缆、小线、电气设备共计50 000元。

17062采面共节约资金共计1 338 584元，经济效益明显。

4 结语

无极绳牵引绞车适用于井下辅助运输巷道距离长、倾角大、变坡多、转弯多、运送大吨位的特点，通过在永安煤矿17062采面回风巷的实践应用表明：使用无极绳绞车大大提高了矿井的运输能力，提高了运输效率，为企业创造了更多的效益，保证了安全和生产，是当前煤矿高效辅助运输设备之一。