煤礦井下架空乘人裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

煤礦井下架空乘人裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1外包架空乘人裝置根據(jù)《煤礦安全規(guī)定》，“當(dāng)員工上下傾斜道路超過50米時，他們必須用機(jī)器運(yùn)輸員工?！薄＜芸粘巳搜b置與其它機(jī)械運(yùn)送人員裝置相比,具有安全性好,維修量小,運(yùn)行費(fèi)用低,實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。目前,煤礦井下常用的架空乘人裝置由機(jī)頭驅(qū)動改向部分、機(jī)尾漲緊改向部分、中間托繩輪組、牽引鋼絲繩和乘人吊座共5部分組成,如圖1。根據(jù)《規(guī)程》有關(guān)規(guī)定,煤礦井下設(shè)計(jì)采用架空乘人系統(tǒng)時必須考慮如下幾個方面:(1)驅(qū)動輪、回頭輪直徑與鋼絲繩直徑之比≥60,改向輪直徑與繩徑之比≥20;(2)鋼絲繩的最大運(yùn)行繩速≤1.2m/s,吊座中心至巷幫間距≥0.7m;(3)乘坐人員間距≥5m,機(jī)頭驅(qū)動摩擦力滿足系統(tǒng)最大同期運(yùn)載人員量需要,牽引鋼絲繩安全系數(shù)≥6;(4)系統(tǒng)在正常運(yùn)行中保持恒漲力,不打滑,不掉繩,乘坐人員有舒適、安全感。2分析與對策2.1環(huán)境因素對驅(qū)動力和相摩降注下的滑損的影響架空乘人裝置,所需驅(qū)動摩擦力隨該裝置的安裝長度、傾角、運(yùn)載量和漲緊度的變化而變化,當(dāng)系統(tǒng)的最大驅(qū)動摩擦力小于實(shí)際需用值時,就會出現(xiàn)鋼絲繩在驅(qū)動輪上打滑現(xiàn)象。鋼絲繩與驅(qū)動輪之間產(chǎn)生相對摩擦,導(dǎo)致驅(qū)動輪與鋼絲繩迅速出現(xiàn)摩損,即增大了消耗,又影響了系統(tǒng)正常運(yùn)行,甚至?xí)霈F(xiàn)大范圍的掉繩、傷人等現(xiàn)象。在安裝長度、傾角和運(yùn)載量一定的情況下,驅(qū)動摩擦力與鋼絲繩的漲緊度及鋼絲繩在驅(qū)動輪上的圍包角成正比,然而當(dāng)漲緊度達(dá)到一定值時,驅(qū)動摩擦力的值將不再隨漲緊力的變化而變化(如圖2),因而只有靠增大圍包角來增大系統(tǒng)的驅(qū)動摩擦力(如圖3)。由上述分析可知,解決打滑問題必須視現(xiàn)場情況而定,通常在設(shè)計(jì)時,應(yīng)考慮留有足夠的圍包角余量,而后靠適當(dāng)調(diào)整漲緊力解決打滑問題。如果漲緊力已至鋼絲繩額定載荷,則必須靠增大圍包角來解決。2.2下挖深度d的確定常規(guī)情況下,根據(jù)《規(guī)程》有關(guān)規(guī)定,井下巷道內(nèi)設(shè)計(jì)安裝架空乘人裝置所需巷道最小凈寬為:60d+1400(mm)(其中,d為鋼絲繩直徑,60為驅(qū)動輪或回頭輪直徑與鋼絲繩直徑之間的最小倍數(shù)關(guān)系;60d為兩鋼絲繩中間距;1400為兩吊座中心即鋼絲繩中心距巷幫距離之和)。以七五煤礦-200～-600m之間的膠帶運(yùn)輸巷內(nèi)設(shè)計(jì)安裝架空乘人裝置為例,予以簡要說明。巷道全長1600m,需安裝架空乘人裝置長度1500m,巷道總有效凈寬4200mm,經(jīng)計(jì)算滿足最大乘人運(yùn)載量條件下的鋼絲繩為直徑d=26mm的特級繩。所需的最小巷道安裝凈寬應(yīng)為1400+60×26=2960mm,因設(shè)計(jì)院選定回頭輪直徑為1680mm,所以安裝凈寬應(yīng)為1680+1400=3080mm。巷道內(nèi)安裝800mm強(qiáng)力輸送膠帶機(jī)占用巷道凈寬1650mm,僅余可供安裝架空乘人裝置寬度為4200-1650=2550mm,理論與實(shí)際的差值為3080-2550=530mm。若按常規(guī)解決辦法在安裝架空乘人裝置的巷道一側(cè)加寬巷道530mm,需在1500m的巷道內(nèi)放炮出碴2.5×0.65×1500×1.8=4252.5m3,重打錨桿(2.5+0.63)×1500×2=9390根,噴漿支護(hù)需用砼(2.5+0.53)×0.1×1.35=613.6m3(其中,2.5為巷道高度,1.8為巖石松散系數(shù),2為每平方米面積上需用錨桿數(shù)量,1.35為噴漿支護(hù)回彈系數(shù),0.1為噴漿支護(hù)厚度),不僅要消耗大量人力、物力(約需資金100余萬元),而且,在膠帶機(jī)巷內(nèi)放炮施工易造成設(shè)備及電纜、管路損傷,同時,因增大巷道斷面,相應(yīng)地降低了巷道的支護(hù)強(qiáng)度。采用僅加寬機(jī)頭、機(jī)尾的巷道,而后在機(jī)頭驅(qū)動改向輪后和機(jī)尾漲緊回頭輪前加鋼絲繩撥繩輪的辦法(如圖4),可使吊座運(yùn)行的中間巷內(nèi)最小安裝凈寬度降至700+1100+700=2500mm(其中,1100mm為兩鋼絲繩間距)。原有可供安裝架空乘人裝置用巷道凈寬2550mm便可以滿足乘人至巷幫及設(shè)備最小安全距離要求,既可節(jié)約大量材料,又可縮短施工工期。但應(yīng)注意,乘人吊座必須為可摘掛式,吊座只能在機(jī)頭、機(jī)尾處的撥繩輪中間運(yùn)行。2.3新繩懸掛拉緊新掛用的鋼絲繩及使用中鋼絲繩突然受較大外力作用時,及多圈纏繞驅(qū)動的鋼絲繩在驅(qū)動滾筒上滑動時,會出現(xiàn)鋼絲繩沿垂直于其運(yùn)行方向旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致與鋼絲繩固定較緊的乘人吊座隨鋼絲繩旋轉(zhuǎn),出現(xiàn)傷及乘坐人員、損傷設(shè)備現(xiàn)象。新繩懸掛拉緊后出現(xiàn)扭力不均衡,沿垂直于運(yùn)行方向轉(zhuǎn)動是必然現(xiàn)象,經(jīng)約24h的空轉(zhuǎn),會基本消除,但難以徹底清除。較好地解決辦法是采用新型可摘掛式吊座卡,如圖5。根據(jù)試驗(yàn),在2r=d+(0.5-1)和270°<θ≤330°(式中,r為卡爪及推盤接觸鋼絲繩部分的圓弧半徑;d為牽引鋼絲繩直徑;θ為卡爪及推盤對鋼絲繩的最大圓包角)時,卡繩緊度適宜,摘掛座方便、靈活,可使吊座在乘人及空載情況下,既隨鋼絲繩做同步運(yùn)行,又不隨鋼絲繩做垂直于運(yùn)行方向的旋轉(zhuǎn),具有良好的安全性和實(shí)用性。2.4接長度與插接質(zhì)量牽引鋼絲繩插接強(qiáng)度不夠,隨帶載運(yùn)行時間的增長,接頭逐漸被拉開,導(dǎo)致鋼絲繩需提前退役,既浪費(fèi)材料又影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行?！兑?guī)程》規(guī)定,架空乘人裝置用牽引鋼絲繩的插接長度不小于鋼絲繩直徑的1000倍。插接長度不夠,是造成接頭承拉強(qiáng)度不夠的原因之一,雖然插接長度足夠,但插接質(zhì)量不好,同樣會造成承拉強(qiáng)度不夠。具體應(yīng)注意的有以下幾個方面:(1)不同繩徑、規(guī)格的繩不能插接,已破勁的舊繩不能插接,否則咬合不勻,強(qiáng)度不高。(2)插接鋼絲繩的地點(diǎn)應(yīng)干燥、清潔、無淋水,接繩過程中,各股鋼絲繩之間不能夾雜煤、矸、沙石等顆粒雜物,不能被水淋濕,否則,相互咬合的各股鋼絲繩咬合不嚴(yán),銹蝕、易抽動。(3)插接段的鋼絲繩插接前不能全部破勁,必須插一股破一股,且兩人操作,破一段,跟一段,否則,各股之間咬合不牢。(4)插接頭兩端去原繩芯后,做繩芯用的一股鋼絲繩外必須均勻纏上麻皮,纏麻皮后的直徑不得小于原繩芯有效直徑,并涂防銹油養(yǎng)護(hù),長度不得小于1000mm,且在插接后用木錘或橡膠錘將各股的咬合間隙砸實(shí),不出現(xiàn)毛刺和縫隙,最后在表面涂上防銹油。只有按上述4條去做,才能確保插接強(qiáng)度不低于應(yīng)有的理論強(qiáng)度。2.5伸長值與長絲件長度關(guān)系常規(guī)情況下,設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的漲緊滑道長度為不小于系統(tǒng)安裝長度的0.5%,一般取0.5%～0.8%。然而,從現(xiàn)場實(shí)際情況來看,該參數(shù)不能滿足現(xiàn)場實(shí)際需要,詳見表1。由表1所列統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)情況可知,長距離、大運(yùn)量的架空乘人裝置用鋼絲繩,自懸掛之日起,約在運(yùn)行2d之后,性能趨于穩(wěn)定,伸長率達(dá)0.5%;運(yùn)行50d后,伸長率約達(dá)0.8%;運(yùn)行4個月后,伸長率約為1.5%。經(jīng)綜合分析測算,漲緊滑道的長度應(yīng)為系統(tǒng)安裝長度的1.2%左右最為合適。當(dāng)伸長率達(dá)安裝長度的1.1%左右時,將機(jī)尾漲緊輪移至滑道最前端,將多余的鋼絲繩截?cái)?按大于繩徑的20倍插接一個接頭后,即可使原系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。2.6吊座系統(tǒng)的不均勻牽引鋼絲繩不在托繩輪上行走,即掉繩,容易出現(xiàn)傷人及影響系統(tǒng)正常運(yùn)行事故。個別乘坐人員不按規(guī)定要領(lǐng)乘坐,在吊座上左右搖擺;變坡點(diǎn)處未采用托繩輪組造成托繩輪受力不均勻(受力過大或不受力);局部位置鋼絲繩距地高度不夠,吊座乘人后拖地,以及托繩輪軸線方向與繩運(yùn)行方向不垂直等是造成系統(tǒng)經(jīng)常掉繩的直接原因。按規(guī)定,乘人吊座運(yùn)行區(qū)間內(nèi)巷道高度滿足在正常乘人情況下,吊座最低點(diǎn)距地不小于200mm,不大于500mm;調(diào)整托繩輪支架,使其輪軸中心線與拉緊后的鋼絲繩運(yùn)行方向垂直;巷道變坡點(diǎn)及人員集中上下點(diǎn)采用繩輪組,限制鋼絲繩在垂直于運(yùn)行方向上產(chǎn)生位移。通過以上措施的綜合實(shí)施(缺一不可),即可最大限度地降低掉繩傷人及影