无极绳绞车运输系统改进研究

陈慧强

(山西焦煤汾西矿业中兴煤矿,山西 交城 030500)

随着煤矿综合自动化、智能化水平的不断提升,井下运输系统也不断向智能化方向发展,但是井下广泛应用的无极绳绞车运输系统却普遍面临保护、通讯等装置缺失,绞车依靠三联按钮控制电机实现启停控制,无法实现绞车安全高效运行[1-4]。山西某矿井下辅助运输广泛使用无极绳绞车,但是由于井下辅助运输系统辅助、运输量大以及辅助运输涉及的安全管理环节多等,导致辅助运输系统安全系数较低且运行效率不高。为进一步提高无极绳绞车辅助运输效率,矿井决定对无极绳绞车运行系统进行优化改进,确保无极绳绞车安全可靠运行。

1 无极绳绞车运输系统概况

山西某矿开采煤层包括有3号、7号、9号、10号和13号等,井田开采范围内煤层赋存稳定,原设计产能为90万吨/年,经过多次技改现产能提升至300万吨/年。矿井产能提升后,为更好地适应井下生产需要,辅助运输系统由液压绞车升级为无极绳绞车。辅助运输系统使用的无极绳绞车具有结构简单、用途广泛、适应性强等优点。现阶段井下共布置有27台无极绳绞车,通过绞车间相互搭接实现井上下设备、物料等运输工作。无极绳绞车推广应用大幅提升了井下辅助运输效率、降低作业劳动强度,但是受井下环境恶劣、辅助运输巷道底板不平整、无极绳绞车自身结构限制等,导致无极绳绞车在使用期间故障发生率较高,如尾轮固定不牢固、掉道等,影响设备使用效率。对2021年井下无极绳绞车(共计15台)使用情况进行统计分析,发现全年共发生车辆碰撞、掉道以及剐蹭等10起事故,影响井下辅助运行工作安全开展。

2101综采工作面设计开采10号煤层,采面设计推进长度为1 950 m,采用无极绳绞车实现综采设备运输、安装,绞车运输距离达到2 130 m,具体使用的绞车技术参数如表1所示,结构包括有主机、梭车、压绳轮、液压系统、尾轮以及电控系统等。2101综采工作面所使用的材料及物资均由采区变电所附近的材料仓库提供,具体采面辅助运输路线为2101辅运巷—2210运输巷—2209运输巷—采区临时变电所。

表1 无极绳绞车技术参数

2 无极绳绞车运输系统改进

2.1 无极绳绞车固定及尾轮改进

井下无极绳绞车安装方式包括有集中巷道混凝土安装、采面回采巷道临时安装等,回采巷道内无极绳绞车临时安装难度大,因此必须对安装设施、使用设备等进行改进。

2.1.1 无极绳绞车固定改进

由于采面推进速度较快,要求回采巷道内布置的无极绳绞车频繁拆卸、安装及移动,为降低设备磨损程度、提升拆卸及安装效率、节能时间,可先将无极绳绞车固定到可沿着轨道移动的平板车上,具体布置如图1所示。

图1 轨道上无极绳绞车固定示意

在实际使用过程中,无极绳绞车由于负载高、设备重心高等,导致绞车紧绳爬车装置啮合齿轮容易拉开,严重时导致跑车事故,因此为确保使用安全可在爬车紧绳后增加防护绳,具体如图2所示[5-6]。

图2 防护绳布置示意

2.1.2 尾轮改进

采煤工作面回采巷道为确保无极绳绞车轮在轨道中心快速安装,以便使得运输设备及物料的梭车直接进入切眼,一般使用专用小尾轮。但是在现场使用过程中,小尾轮容易出现故障,进而影响采面运输工作,成为采面辅助运输的薄弱环节[7-9]。为此,对无极绳绞车小尾轮及时改进,具体将尾轮直径由300 mm改进为500 mm,尾轮用柱状双轴承且适当加粗轴径。改进后尾轮在后续大坡度、重载运输环境下未再出现故障。

2.1.3 增加防护梁

无极绳绞车在运输液压支架、采煤机零部件等时,由于运输部件较重且体积大,容易导致运输的部件碰坏梭车滚筒,进而影响辅助运输效率。为此,在梭车滚筒上增加由工字钢焊接而成的防护梁,结构简图如图3所示,以便实现滚筒保护,避免损坏。

2.2 综合保护装置应用

为提升无极绳绞车运行安全系数,将综合保护装置应用到无极绳绞车运行控制中,采用的综合保护装置具备有速度显示、位置显示、沿线急停闭锁、正反向启动、泄露通信、机头及机尾过卷保护、语音广播、弯道岔道报警等功能。

图3 防护梁布置示意

综合保护装置主机参数为:额定工作电压为AC127 V,额定工作电流为0.5 A;输入1路频率量信号、12路开关量信号,输出4路常开节点信号;泄露通信机使用调频制调节方式,异频单工工作方式,发射及接收频率分别48.942 MHz、34.950 MHz.在无极绳绞车沿线的弯道、岔道、变坡点等特殊位置安装声光报警装置,当梭车经过上述特殊位置时,报警装置会发出“正在行车、不准行人”等警报,同时报警装置上LED灯会显示上述报警文字,提醒附近行人梭车即将通过,提高无极绳绞车使用安全性,降低安全事故发生频率。

2.3 制动改进

传统绞车制动通过单机对轮处制动并在减速器侧安装制动器,此种制定方式仅能满足工作制动及绞车正常运行期间制动需求,当出现轴承变形、减速器短轴等异常情况时,制动可能失效,严重时出现跑车事故。为此,对无极绳绞车制动进行改进,具体在绞车上新增一套独立的液压制动闸,制动闸有独立的供液系统,通过液压油缸实现绞车快速制动。正常情况下,使用绞车自身的制动装置;当出现问题时,使用独立的液压制动系统,从而增强绞车的制动效果及可靠性。

增设的液压制动闸有自动、手动两种控制方式,一旦检测到绞车超过正常速度15%时,则液压制动闸自动制动。现场试验发现,液压制动闸提高的制动力超过无极绳绞车牵引力的150%以上。

3 结 语

无极绳绞车是矿井辅助运输的主要方式之一,可满足底板起伏较大巷道或者弯曲巷道等使用需要,同时随着井下大功率、重载设备使用推广,无极绳绞车具备的运输能力大、覆盖范围广等优势更为明显。文中就针对无极绳绞车使用过程中存在的故障发生率高、效率偏低等问题,从绞车结构、布置方式、综合保护装置应用以及制动系统等方面提出改进措施。通过在无极绳绞车上增设防护绳,提高无极绳绞车在轨道上固定可靠性;改进尾轮,提高尾轮可靠性,降低使用过程中故障率;增设安全保护装置,实现无极绳绞车运输状态监测、安全预警及通信等功能;增加独立供液的液压制动闸,提高制动系统冗余系统,增强无极绳绞车在故障情况下的制动能力,避免过程中出现跑车情况。

2022年5月,矿井完成井下27台无极绳绞车改进工作,从现场一个月效果来看,无极绳绞车改进后,其运输效率得以明显提升,不仅实现了井下辅助运输安全可靠进行,而且绞车故障发生率降低至2%以内,设备维修及零部件更换等费用可降低20万元以上,改进效果显著。