煤礦井下架空乘人裝置的設計與應用

煤礦井下架空乘人裝置的設計與應用

1外包架空乘人裝置根據《煤礦安全規(guī)定》，“當員工上下傾斜道路超過50米時，他們必須用機器運輸員工。”。架空乘人裝置與其它機械運送人員裝置相比,具有安全性好,維修量小,運行費用低,實用性強的優(yōu)點。目前,煤礦井下常用的架空乘人裝置由機頭驅動改向部分、機尾漲緊改向部分、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《規(guī)程》有關規(guī)定,煤礦井下設計采用架空乘人系統(tǒng)時必須考慮如下幾個方面:(1)驅動輪、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,機頭驅動摩擦力滿足系統(tǒng)最大同期運載人員量需要,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)境因素對驅動力和相摩降注下的滑損的影響架空乘人裝置,所需驅動摩擦力隨該裝置的安裝長度、傾角、運載量和漲緊度的變化而變化,當系統(tǒng)的最大驅動摩擦力小于實際需用值時,就會出現(xiàn)鋼絲繩在驅動輪上打滑現(xiàn)象。鋼絲繩與驅動輪之間產生相對摩擦,導致驅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)正常運行,甚至會出現(xiàn)大范圍的掉繩、傷人等現(xiàn)象。在安裝長度、傾角和運載量一定的情況下,驅動摩擦力與鋼絲繩的漲緊度及鋼絲繩在驅動輪上的圍包角成正比,然而當漲緊度達到一定值時,驅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,通常在設計時,應考慮留有足夠的圍包角余量,而后靠適當調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《規(guī)程》有關規(guī)定,井下巷道內設計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為驅動輪或回頭輪直徑與鋼絲繩直徑之間的最小倍數(shù)關系;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之間的膠帶運輸巷內設計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,經計算滿足最大乘人運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為1400+60×26=2960mm,因設計院選定回頭輪直徑為1680mm,所以安裝凈寬應為1680+1400=3080mm。巷道內安裝800mm強力輸送膠帶機占用巷道凈寬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加寬巷道530mm,需在1500m的巷道內放炮出碴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為噴漿支護回彈系數(shù),0.1為噴漿支護厚度),不僅要消耗大量人力、物力(約需資金100余萬元),而且,在膠帶機巷內放炮施工易造成設備及電纜、管路損傷,同時,因增大巷道斷面,相應地降低了巷道的支護強度。采用僅加寬機頭、機尾的巷道,而后在機頭驅動改向輪后和機尾漲緊回頭輪前加鋼絲繩撥繩輪的辦法(如圖4),可使吊座運行的中間巷內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。但應注意,乘人吊座必須為可摘掛式,吊座只能在機頭、機尾處的撥繩輪中間運行。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,及多圈纏繞驅動的鋼絲繩在驅動滾筒上滑動時,會出現(xiàn)鋼絲繩沿垂直于其運行方向旋轉,導致與鋼絲繩固定較緊的乘人吊座隨鋼絲繩旋轉,出現(xiàn)傷及乘坐人員、損傷設備現(xiàn)象。新繩懸掛拉緊后出現(xiàn)扭力不均衡,沿垂直于運行方向轉動是必然現(xiàn)象,經約24h的空轉,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。根據試驗,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行,又不隨鋼絲繩做垂直于運行方向的旋轉,具有良好的安全性和實用性。2.4接長度與插接質量牽引鋼絲繩插接強度不夠,隨帶載運行時間的增長,接頭逐漸被拉開,導致鋼絲繩需提前退役,既浪費材料又影響系統(tǒng)的正常運行?！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,是造成接頭承拉強度不夠的原因之一,雖然插接長度足夠,但插接質量不好,同樣會造成承拉強度不夠。具體應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,強度不高。(2)插接鋼絲繩的地點應干燥、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,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,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,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,才能確保插接強度不低于應有的理論強度。2.5伸長值與長絲件長度關系常規(guī)情況下,設計院設計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)場實際情況來看,該參數(shù)不能滿足現(xiàn)場實際需要,詳見表1。由表1所列統(tǒng)計數(shù)據情況可知,長距離、大運量的架空乘人裝置用鋼絲繩,自懸掛之日起,約在運行2d之后,性能趨于穩(wěn)定,伸長率達0.5%;運行50d后,伸長率約達0.8%;運行4個月后,伸長率約為1.5%。經綜合分析測算,漲緊滑道的長度應為系統(tǒng)安裝長度的1.2%左右最為合適。當伸長率達安裝長度的1.1%左右時,將機尾漲緊輪移至滑道最前端,將多余的鋼絲繩截斷,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)正常運行事故。個別乘坐人員不按規(guī)定要領乘坐,在吊座上左右搖擺;變坡點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行方向不垂直等是造成系統(tǒng)經常掉繩的直接原因。按規(guī)定,乘人吊座運行區(qū)間內巷道高度滿足在正常乘人情況下,吊座最低點距地不小于200mm,不大于500mm;調整托繩輪支架,使其輪軸中心線與拉緊后的鋼絲繩運行方向垂直;巷道變坡點及人員集中上下點采用繩輪組,限制鋼絲繩在垂直于運行方向上產生位移。通過以上措施的綜合實施(缺一不可),即可最大限度地降低掉繩傷人及影