架空乘人装置一机两巷运输设计和实践

2022-11-25张天山程宝军陈跃朋

江西煤炭科技 2022年4期

张天山，程宝军，陈跃朋

（郑煤集团新郑煤电有限责任公司，河南新郑 451100）

架空乘人装置是煤矿用于人员运输的一种常见运输设备，该设备具有对巷道坡度适应性强、运输距离长及安全系数高等特点，能够有效降低员工劳动强度，是各大型煤矿首选的人员运输设备［1］。架空乘人装置因其设备特点，通常只能安装在直巷内，如果有多条行人巷道时，需在每条行人巷道内均安装一部架空乘人装置，导致设备投入成本高、固定司机岗位增多等问题。为研究架空乘人装置一个驱动轮运输两条巷道的可行性，以新郑煤电有限公司两条相连接的巷道为例，进行架空乘人装置一机两巷运输技术研究，以达到降低设备投入、减少固定岗位的目的，从而提高矿井经济效益。

1 工程背景

郑煤集团新郑煤电有限公司位于河南省新镇市辛店镇境内，矿井核定生产能力300万t/a。井下共分为5个采区，目前生产采区3个，分别为11采区、12采区、14采区，22采区、24采区为准备采区，两个准备采区位于矿井西翼。矿井运煤系统为带式输送机运输，运料系统为矿车运输，矿井主要水平大巷及采区人员运输主要采用架空乘人装置运输。目前，矿井西翼采区的西翼运输大巷已掘进到位，巷道长度1 150 m，计划安装架空乘人装置。由于该巷与14采区通风行人联巷相连，且14采区通风行人联巷内未安装架空乘人装置，按照常规安装方法，两巷夹角为90°，需安装两部架空乘人装置。经现场调研，14采区通风行人联巷巷道长度仅650 m，且两条巷道坡度均为4°～6°，平均坡度为5°，拟采用一机两巷运输方式，即一部架空乘人装置负责两条巷道人员运输。为此，需根据巷道参数以及架空乘人装置相关参数与要求进行理论验算，以验证一机两巷运输方案的可行性。

2 一机两巷运输方案

设计采用RJHY1320型架空乘人装置，驱动轮安装在西翼运输大巷上部机头硐室内，出绳侧先经90°转向立轮变向至14采区通风行人联巷，再经14采区通风行人联巷末端的2×90°转向轮回绳，回绳至14采区通风行人联巷口处再经90°转向立轮变向至西翼运输大巷内，最后经西翼运输大巷末端的回绳轮回绳至驱动轮。运输总长度L=650+1 150=1 800 m，平均坡度为5°，运输方案如图1所示。

图1 一机两巷运输方案

3 运输能力计算与方案可行性验证

为验证一机两巷运输方案的可行性，需结合现场实际对架空乘人装置各项运输数据进行计算，明确运输所需电机功率，以验证所选架空乘人装置型号是否满足一机两巷运输。

3.1 架空乘人装置基本参数确定

（1）吊椅选择：根据两条巷道位置关系及累计运输长度，人员乘坐至两巷交叉点处需执行换乘，且吊椅过90°转向立轮期间可能出现掉绳现象，因此吊椅应选用可摘挂式吊椅［2］。

（2）运行速度：按照《煤矿用架空乘人装置安全检验规范》规定，可摘挂抱索器乘人装置的运行速度不应超过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［3］。根据吊椅选用形式，并明确乘员为静止上下，架空乘人装置运行速度：

式中：i为预选的RJHY1320型架空乘人装置配套的M3RVSF70型减速机，减速比50∶1；n为预选的RJHY1320型架空乘人装置配套的YBK2-315M-4型电动机转速1 480 r/min，电机功率为132 kW；D为预选的RJHY1320型架空乘人装置配套驱动轮直径，直径1.52 m。计算得出运行速度为2.35 m/s，不超过3 m/s，运行速度满足相关规定要求。

（3）人员乘坐间距：按照《煤矿用架空乘人装置安全检验规范》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5s的运行距离，且应不小于5 m”［3］。则吊椅间距λ1=5V=5×2.35=11.8 m，考虑现场实际为非均匀运输，设定吊椅间距λ1为15 m。

（4）运输效率：单侧运送效率Qr=3 600×v/λ1=561人次/h

（5）钢丝绳规格：钢丝绳直径22 mm；每米质量1.78 kg/m；托绳轮间距λ2为预安装间距6 m；钢丝绳与绳槽轮盘摩擦系数μ=0.25；钢丝绳与驱动轮绳槽轮盘围包角α=360°。

3.2 钢丝绳张力计算

为简化计算，将运输形式简化如图2所示，S1为驱动轮回绳侧张力；S2为驱动轮出绳侧张力；S3为回绳轮进绳侧张力；S4为回绳轮回绳侧张力。

图2 运输形式简化图

（1）最小张力计算

式中：C为钢丝绳的挠度系数，取1 000；q0为钢丝绳质量，取1.78 kg/m；重力加速度g取9.8 m/s2。

（2）各点张力计算

①当下行侧空载，上行侧满载时，该状态下设备以动力运行为主，此时线路运行阻力：

各点张力：

式中：Q1为人均重量，取90 kg；Q2为单个吊椅重量，取12 kg；L为架空乘人装置运行路线全程长度，1 800 m；ω为架空乘人装置动力运行时阻力系数，取0.02。

②当下行侧满载，而上行侧空载时，该状态下设备以制动运行为主，此时线路运行阻力为：

各点张力：

式中：ω为牵引架空乘人装置动力运行时阻力系数，取0.01。

3.3 驱动轮防滑验算

当下行侧空载，上行侧满载时，该状态下设备以动力运行为主，且S1＞S2，S1＞S2=34 832.4/19 728.4=1.765＜eμa，符合要求；eμa=4.8。

当下行侧满载，而上行侧空载时，该状态下设备以制动运行为主，且S1＜S2，S1/S2=20 667.8/29 127.4=0.709＜eμα，符合要求；eμa=4.8。

式中：eμa为驱动轮间与钢丝绳的静摩擦力，其中，钢丝绳与钢丝绳摩擦系数μ=0.25；轮盘上钢丝绳的围包角α=360°。

3.4 所需电机功率计算

（1）当驱动轮处于动力运行状态下：

式中：Kμ为电动机功率备用系数，一般为1.1～1.3，取1.3；η为传动功率，取0.8。

（2）当驱动轮处于制动运行状态下：

式中：2.4为通过变频调速后的钢丝绳最大运行速度，m/s。

通过一机两巷运输方案可知，架空乘人装置在运行过程中，有4个90°变向，如图1所示。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°变向功率需增加3%～5%，按5%计算，4个90°变向功率需增大20%［4］，按动力运行状态下所需功率计算，则所需功率应为：55.7×120%=66.84 kW。

考虑因运量增加、设备大功率启动等因素，需增加一定的富余系数，一般取1.5［5］，则所需设备功率不低于：66.84×150%=100.26 kW。选取的RJHY1320型架空乘人装置，其配套电动机功率为132 kW＞100.26 kW，满足一机两巷运输要求。

4 现场实施情况与经济效益分析

通过理论验算选用的RJHY1320型架空乘人装置满足一机两巷运输要求后，在新郑煤电公司14采区通风行人联巷及西翼运输大巷进行安装。该架空乘人装置安装后运行稳定，成功实施一机两巷运输方案。通过该方案，减少一部架空乘人装置驱动部分的投入32万元，同时，每班减少架空乘人装置固定司机岗位2人，每天减少6人，每年可节约人工费用约42万，另每年可节约设备维护及电费等约80万元，为矿井节支降耗作出贡献。