架空乘人装置“一拖二”技术工艺的应用

郭 涛

(潞安环保能源开发股份有限公司 生产办，山西 长治 046204)

漳村煤矿是山西潞安环保能源开发股份有限公司辖区所属的一座以采矿、洗选为主的特大型矿井，核定生产能力400万t/a。井田位于潞安矿区中东部，地跨长治市潞州区、潞城市、襄垣县三个行政区。矿井主采煤层为3号煤层，煤种具有低硫、低灰、低磷、高热值的“三低一高”特性。

目前漳村矿煤井下辅助运输采用已形成规模的卡轨车与单轨吊相结合的运输方式，运人模式采用架空乘人装置运输，实现了从地面至采区边界的全程机械运人。井下共安装5部架空乘人装置，线路总长度达到10.85 km。

1 现场应用背景

结合漳村煤矿的具体条件，为了减轻井下人员的体能消耗，体现以人为要的管理理念，该矿行人斜井至25采区共安设4部RJHY1320型架空乘人装置，长度共8 750 m。根据采掘计划，现大巷掘进至480采区，单人上下班单程需行走1 800 m。为了减轻工人劳动强度，拟在25采区南行人巷和480采区行人巷安装架空乘人装置。由于两条大巷呈90°垂直布置，需安装2部架空乘人装置，距离分别是550 m和1 250 m。随着现场调研的深入，逐渐发现两条大巷呈90°布置，而其中一条只有550 m，考虑用1部驱动部，现场实现90°钢丝绳转弯来实现架空乘人装置“一拖二”的目标。为此需进行现场实测和理论验算。

2 架空乘人装置系统现场实测与简要计算

漳村煤矿在认真贯彻执行国家能源开发的方针、政策及煤炭行业“规程”、“规范”的前提下，坚持实事求是、开拓创新的原则，从实际出发，依靠科技进步，以市场为导向，以经济效益为中心，按照高产高效现代化矿井模式，现场确定采用架空乘人装置“一拖二”实现节省1部驱动部的目标。为简化计算，先取整体为计算目标。巷道布置见图1，计算简图见图2。

图1 现场巷道布置示意

图2 运行阻力计算示意

斜长：L=1 250+550=1 800 m，最大坡度：α=7°，平均坡度：α=5°。

2.1 性能参数的确定

1) 吊椅型式。由于运输距离长，选用高速抱索器活动吊椅。

2) 运行速度。按照《煤矿用架空乘人装置安全检验规范》(AQ 1038-2007)第6.11.6节的规定：可摘挂抱索器乘人装置的运行速度不应超过1.2 m/s；活动抱索器乘人装置应能实现乘员静止上下，运行速度不超过3.0 m/s。钢丝绳运行速度：

V=(πD/60)×n/i

=(3.14×1.52/60)×1 480/50.311

=2.34 m/s。

式中：i为M3RVSF70预选减速机，取50.311；n为预选电动机：YBK2-315M-4，功率为132 kW，取1 480转/min；D为预选驱动轮，取1.52 m。

3) 吊椅间距。按照《煤矿用架空乘人装置》(MT/T1117-2011)中的规定：“相邻两吊椅沿牵引钢丝绳方向的间距应不小于牵引钢丝绳5 s的运行距离，且应不小于5 m”。设定乘坐间距λ1为15 m，单侧运送效率Qr=3 600×Vmax/λ1=600人次/h。

4) 钢丝绳直径。预选钢丝绳直径为22 mm，型号为6×19S+NF-D22-1670。q0为牵引钢丝绳每米质量，取1.78 kg/m；托轮间距λ2=6 m; 驱动轮绳槽与牵引钢丝绳的摩擦系数μ=0.25；牵引绳在驱动轮上的围包角α=360°。

2.2 牵引钢丝绳张力的计算

2.2.1 最小张力

Smin=Cq0g

式中：Smin为最小张力点的张力，N；C为钢丝绳的挠度系数,取1 000；q0为预选牵引钢绳每米的质量，取1.78 kg/m；g为重力加速度，取9.81 m/s2。

Smin=1 000×1.78×9.81 =17 461.8 N

2.2.2 各点张力

1) 当下放侧无人乘坐而上升侧满员时,线路运行阻力(动力运行状态)：

W4-1=[q0+(Q1+Q2)/λ1](ωcosα+sinα)Lg

=[1.78+(95+15)/15]×(0.02×cos5°+sin5°)×1 800×9.81

=1 7231.6 N

W2-3=q0(ωcosα-sinα)Lg

=1.78×(0.02×cos5°-sin5°)×1 800×9.81

=-2 113.2 N

各点张力：

S3=Smin=1 7461.8 N

S4=1.01S3=17 636.4 N

S1=S4+W4-1=34 868 N

S2=S3-W2-3=19 575 N

S1-S2=15 293 N

式中：Q1为每人重量,取95 kg(含携带重物)；Q2为每把吊椅重量,取15 kg；L为巷道总长；ω为牵引钢丝绳运行阻力系数,动力运行时,取0.02。

2) 当下放侧满员乘坐而上升侧无人乘坐时(制动运行状态)：

W4-1=q0(ωcosα+sinα)Lg

=1.78×(0.01×cos5°+sin5°)×1 800×9.81

=3 052.5 N

W2-3=[q0+(Q1+Q2)/λ1]×(ωcosα-sinα)Lg

=[1.78+(95+15)/15]×(0.01×cos5°-sin5°)×1 800×9.81

=-12 422.3 N

各点张力：

S3=Smin=17 461.8 N

S4=1.01S3=17 636.4 N

S1=S4+W4-1=20 688.9 N

S2=S3-W2-3=29 884.1 N

式中：ω为牵引钢丝绳运行阻力系数,动力运行时,取0.01(制动运行状态)。

2.3 驱动轮防滑校验

当下放侧无人乘坐而上升侧满员乘坐时，处于动力运行状态，且S1-S2>0，S1/S2=34 868/19 575=1.781

式中：μ为钢丝绳与驱动轮衬垫摩擦系数,取0.25；α为钢丝绳在驱动轮上的围包角，取360°。

2.4 电动机功率的计算

1) 动力运行时：

Ne=Kμ(S1-S2)V/(1 000η)

=1.25×(34 868-19 575)×2.34/(1 000× 0.8)

= 55.9 kW

式中：Kμ为电动机功率备用系数，一般取1.15～1.25；η为传动功率, 取0.8。

2) 制动运行时：

Ne=Kμ(S2-S1)V/(1 000η)

=1.25×(29 884.1-20 688.9)×2.36/(1 000 ×0.8)

= 33.9 kW

通过变频调速，钢丝绳最大运行速度Vmax=2.36 m/s。

钢丝绳在运行过程中有4个90°转弯。根据《中国现代煤矿辅助运输》中运行阻力计算公式得出，每个90°转弯，功率增加3%～5%，按最大5%计算，需增大20%,即：55.9×120%=67.08 kW。

考虑增加运量和一定的富余系数，最终选取电动机功率为132 kW，满足使用要求。

3 经济效益

通过将漳村煤矿架空乘人装置“一托二”的系统优化后，在现场取得了良好的应用效果。采用两部架空乘人装置优化成共用一部驱运部连续运送人员装置，减少了固定资产投资费用约40万元；每班减少司机用工3人，每年节约人工费用投资约50万元；每年节约油脂、维护费用、电费约100万元。

4 结 语

架空乘人装置系统优化方案实施后，运行非常稳定，提速、减速过渡平缓，整个系统满足了3次90°转弯后的运人要求，提高了经济效益，减轻了工人的劳动强度，取得了良好的应用效果。如今在供给侧改革和节约高效矿井建设的背景下，在机械化换人、数字化减人的智能化矿山建设中，该“一拖二”架空乘人装置及相关配套技术，具有很好的推广应用和借鉴价值。