摘要：架空乘人裝置，一般情況下斜井在坡度20°以下使用比較合理，而永定莊煤業(yè)公司石炭系延深材料暗斜井坡度達(dá)25°，這給安全運(yùn)行該裝置提出了要求。本文根據(jù)斜井實(shí)際情況研制適合大傾角斜井使用的架空乘人裝置，并在實(shí)際中應(yīng)用。該裝置的研制成功，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械運(yùn)送員工上、下井，縮短了員工上、下井的時(shí)間和減少了員工的體力消耗，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：液壓驅(qū)動(dòng);架空乘人裝置;大傾角斜井;應(yīng)用

引言

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第三百六十五條：人員上下的主要傾斜井巷，垂深超過(guò)50m時(shí)，應(yīng)采用機(jī)械運(yùn)送人員[1]。而永定莊煤業(yè)公司石炭系延深材料暗斜井斜長(zhǎng)489m，坡度25°，垂深206?m，大大超出了規(guī)定要求。為徹底解決員工上下作業(yè)點(diǎn)距離遠(yuǎn)、坡度陡、時(shí)間長(zhǎng)、行走勞累的實(shí)際情況，決定研制適合該斜井使用的架空乘人裝置。根據(jù)該斜井現(xiàn)狀，并到現(xiàn)場(chǎng)勘查，在確保滿(mǎn)足《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗(yàn)規(guī)范》[2]的條件下，提出了安裝雙向可摘掛架空乘人裝置，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)送員工上、下井，縮短員工上、下井的時(shí)間和減少員工的體力消耗，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度。并可在該巷運(yùn)料。

1.可行性方案的比較和研制

1.1??架空乘人裝置與斜井人車(chē)的比較

1.1.1??斜井人車(chē)[3]對(duì)軌道的要求比較嚴(yán)格，道夾板螺栓小于軌頭寬度1—2mm，軌道接頭焊接或使用符合MA標(biāo)準(zhǔn)的特制道夾板、特制螺栓?？奂菟ň嚯x軌面不小于80mm，地輥距軌面不超過(guò)40mm。按《煤礦安全規(guī)程》，必須安裝阻車(chē)器和跑車(chē)防護(hù)裝置，阻車(chē)器和跑車(chē)防護(hù)裝置在運(yùn)人時(shí)常開(kāi)，運(yùn)料時(shí)常閉。以上問(wèn)題解決后，方能安裝斜井人車(chē)。而石炭系延深材料暗斜井的軌道不具備以上安裝斜井人車(chē)的條件。

1.1.2??架空乘人裝置[4]，即：“猴”車(chē)。與傳統(tǒng)斜井人車(chē)輸送方式比較，優(yōu)勢(shì)顯著：設(shè)備投資小，運(yùn)行成本低，維護(hù)工作量小;人員輸送量大，效率高，索道無(wú)極循環(huán)運(yùn)行，人員不需要等候，隨到隨行;安全性能好，牽引鋼絲繩運(yùn)行速度低，乘人吊椅離地不高，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，人員上、下吊椅方便自如，設(shè)備本身配有完善的安全保護(hù)裝置;適用范圍廣，還可以滿(mǎn)足巷道多變坡點(diǎn)。

1.2??機(jī)械驅(qū)動(dòng)式架空乘人裝置與液壓驅(qū)動(dòng)式架空乘人裝置研制方案的比較

1.2.1??機(jī)械驅(qū)動(dòng)式架空乘人裝置，其速度不可調(diào)、硬啟動(dòng)、硬停車(chē)、不能慢速檢查鋼絲繩、啟停時(shí)吊椅擺動(dòng)大、安全性能較差。

1.2.2??液壓驅(qū)動(dòng)式架空乘人裝置，可無(wú)級(jí)調(diào)速、軟啟動(dòng)、軟停車(chē)、安全性能高。

1.2.3??液壓驅(qū)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以在很低的速度下正反轉(zhuǎn)，以便檢查鋼絲繩;可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)空載起動(dòng)，從而提高電動(dòng)機(jī)和電氣元件的使用壽命;可以任意設(shè)定起動(dòng)和停車(chē)的加、減速特性，從而提高乘坐的舒適性;液壓張緊具有體積緊湊，張緊力大且無(wú)級(jí)可調(diào)的特點(diǎn);液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的單件質(zhì)量較小，便于在巷道中安裝和維護(hù);在惡劣工作環(huán)境條件下，抗污染能力強(qiáng);液壓馬達(dá)可以安裝于任何方位。

1.2.4??與同等功能的機(jī)械驅(qū)動(dòng)+變頻裝置相比，對(duì)其附近的電氣和通訊設(shè)備沒(méi)有影響、性能穩(wěn)定，不易出故障，使用壽命長(zhǎng)，且造價(jià)偏低。

1.2.5??液壓驅(qū)動(dòng)裝置克服了機(jī)械驅(qū)動(dòng)+變頻調(diào)速裝置的以下缺陷：一是產(chǎn)生諧波干擾，對(duì)附近的電氣和通訊設(shè)備影響較大;二是性能不是很穩(wěn)定，內(nèi)部關(guān)鍵元件容易出故障;三是成本較高;四是電機(jī)不能空載啟動(dòng)。

通過(guò)以上比較，我們決定使用液壓驅(qū)動(dòng)式架空乘人裝置[5]。

2.液壓驅(qū)動(dòng)式架空乘人裝置研制方案說(shuō)明

2.1??驅(qū)動(dòng)部分[6]

驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)為架空式單輪驅(qū)動(dòng)部，液壓傳動(dòng)方式。

2.1.1??驅(qū)動(dòng)部結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算單輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，鋼絲繩與驅(qū)動(dòng)輪之間的圍包角完全滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)力的要求，因此驅(qū)動(dòng)部分的安裝方式為架空式單輪驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)。鋼絲繩與驅(qū)動(dòng)輪之間的圍包角為180°。機(jī)頭設(shè)計(jì)在巷道上部，機(jī)尾設(shè)計(jì)在巷道下部。

2.1.2??驅(qū)動(dòng)輪、迂回輪的選取

《煤礦安全規(guī)程》中第416條第三項(xiàng)：井下提升絞車(chē)和鑿井提升絞車(chē)的滾筒、井下架空乘人裝置的主導(dǎo)輪及尾導(dǎo)輪和圍抱角大于90°的天輪，其直徑不得小于鋼絲繩直徑的60倍，圍抱角小于90°的天輪，其直徑不得小于40倍;本方案選用驅(qū)動(dòng)輪直徑為1600mm，迂回輪直徑為1600mm。

2.1.3??鋼絲繩的選取

由計(jì)算可知，牽引鋼絲繩的最大張力為451kN，按《煤礦安全規(guī)程》第四百條的規(guī)定，架空乘人裝置的鋼絲繩安全系數(shù)最低值為6，選取牽引鋼絲繩為“20NAT6×19S+FC1570?-右同向捻且表面無(wú)油”的鋼絲繩，其抗拉強(qiáng)度為1570MPa，破斷拉力總和為304kN，安全系數(shù)為6.7，符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。

2.1.4??安全距離的確定

《煤礦安全規(guī)程》中第368條第二項(xiàng)：蹬座中心至巷道一側(cè)的距離不得小于0.7m，本方案為0.7m，符合安全要求。

2.1.5??托、壓繩輪的選用方案[7]

配套的托繩輪有三種結(jié)構(gòu)形式：?jiǎn)瓮休啞⑼袎豪K輪、雙輪托（壓）繩輪，托輪間距為8米，每隔五個(gè)單托輪安裝一個(gè)托壓繩輪。雙輪托壓繩輪組主要使用在變坡點(diǎn)處，每組托繩輪有二個(gè)輪體，兩個(gè)托輪為浮動(dòng)式，可繞中間橫軸回轉(zhuǎn)，吊椅平滑過(guò)渡各輪受力均勻;單輪托繩輪支撐軸為整體加工;托繩輪與壓繩輪配合使用;托壓繩輪不但有效避免鋼絲繩的跳動(dòng)、擺動(dòng)和脫槽，而且解決了吊椅通過(guò)時(shí)的卡阻和震動(dòng)問(wèn)題。

2.1.6??乘人器的設(shè)計(jì)

乘人器由G-Ⅰ型抱索器和G型吊椅組成，吊椅總高2300mm。吊椅與抱索器聯(lián)接后，抱索器抱緊鋼絲繩時(shí)，應(yīng)保證吊椅的座椅保持水平;同時(shí)，吊椅運(yùn)行時(shí)不應(yīng)碰及鋼絲繩導(dǎo)向裝置等各部件[8]。座椅按人的正常座姿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其符合人機(jī)工程學(xué)，故乘坐舒適，上下車(chē)安全。

2.1.7??機(jī)尾部分的設(shè)計(jì)

機(jī)尾主要包括迂回輪裝置、張緊小車(chē)、滑道、導(dǎo)繩輪和重錘。迂回輪裝置在滑道內(nèi)可自由移動(dòng)，保持系統(tǒng)恒定的張緊力;回繩站采用重錘張緊，并通過(guò)導(dǎo)繩輪將重錘置于巷幫硐室中。由于鋼絲繩使用初期伸長(zhǎng)較大，故滑道長(zhǎng)度（即拉緊行程）設(shè)計(jì)為7米，避免由于鋼絲繩的伸長(zhǎng)造成系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

2.2??電氣控制部分

2.2.1??電氣控制系統(tǒng)為自動(dòng)化控制，電氣系統(tǒng)采用PLC編程控制，具有過(guò)流、短路、斷相、過(guò)壓、欠壓、漏電等保護(hù)功能和主要運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)顯示;具有速度保護(hù)、過(guò)位保護(hù)、沿途急停、掉繩保護(hù)、全程急停保護(hù)、斷繩保護(hù)、制動(dòng)器失效保護(hù)和重錘限位保護(hù)等功能。

2.2.2??運(yùn)行方式控制

運(yùn)行方式控制功能使系統(tǒng)具有三種模式：即連續(xù)運(yùn)行、間斷運(yùn)行、自動(dòng)停止運(yùn)行。

連續(xù)運(yùn)行——當(dāng)上下班人員高峰時(shí)段，啟動(dòng)連續(xù)運(yùn)行模式，24小時(shí)不間斷的運(yùn)行。

間斷運(yùn)行——當(dāng)有零散人員上下井時(shí)，啟動(dòng)間斷運(yùn)行模式。在間斷運(yùn)行時(shí)，間斷運(yùn)行的時(shí)間總是從最后一人上車(chē)后開(kāi)始計(jì)時(shí)，即具有時(shí)間記憶刷新功能。

停止運(yùn)行——當(dāng)沒(méi)有人員上、下井時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)延時(shí)停止運(yùn)行。

2.2.3??語(yǔ)音提示

在離機(jī)頭、機(jī)尾下車(chē)點(diǎn)15米處，安裝語(yǔ)音提示器，當(dāng)乘坐人員到達(dá)離下車(chē)點(diǎn)15米處，需要下車(chē)時(shí)，語(yǔ)音提示器會(huì)發(fā)出“前方到站，準(zhǔn)備下車(chē)”的提示音，提醒乘坐人員準(zhǔn)備下車(chē)。

2.2.4??自動(dòng)開(kāi)停功能

系統(tǒng)具有自動(dòng)開(kāi)停功能，即有人乘坐時(shí)自動(dòng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行，無(wú)人乘坐時(shí)自動(dòng)停機(jī)。

2.2.5??背景音樂(lè)

為使工人有個(gè)輕松愉快的心情，從而提高生產(chǎn)效益。

2.3??液壓驅(qū)動(dòng)式架空乘人裝置的優(yōu)點(diǎn)

2.3.1??安全舒適

乘人離地近（300mm），鋼絲繩子運(yùn)行速度底（0—1.2m/s），乘坐安全。采用PLC可編程電控控制，可實(shí)現(xiàn)機(jī)頭、機(jī)尾越位保護(hù);過(guò)速飛車(chē)、欠速打滑保護(hù);無(wú)人值守;語(yǔ)音提示上下車(chē);脫繩保護(hù);沿途緊急停車(chē);重錘下限位保護(hù);吊椅防過(guò)擺保護(hù)。吊椅設(shè)計(jì)合理，乘坐舒適。沿途可裝MP3音樂(lè)播放裝置，播放背景音樂(lè)，安全宣傳等內(nèi)容。

2.2.2??運(yùn)送效率高、節(jié)能

鋼絲繩實(shí)行無(wú)極運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)送，運(yùn)送效率高，可達(dá)200-800人/h，和其他運(yùn)輸方式相比，電機(jī)功率小，節(jié)省電能資源。

2.3.3??成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單方便

架空乘人裝置的投資只占斜井人車(chē)投資的30%左右，操作簡(jiǎn)單，易損件使用壽命長(zhǎng)，日常維護(hù)簡(jiǎn)單方便。

2.3.4??適用范圍廣

架空乘人裝置適應(yīng)長(zhǎng)運(yùn)距、大傾角、多變坡及多拐彎巷道運(yùn)輸，占地面積小，且能實(shí)現(xiàn)運(yùn)人和運(yùn)料共用巷道運(yùn)輸，亦可用于主井巷道皮帶檢修。

2.4??架空乘人裝置主要技術(shù)參數(shù)

最大運(yùn)輸能力：雙向308人/h;同時(shí)乘座人數(shù)：70人;乘人間距：?14m;托輪繩間距：8m;驅(qū)動(dòng)輪直徑：1600mm;迂回輪直徑：160mm;運(yùn)行速度：0—1.2m/s;鋼絲繩距地面高度：?2600mm;托輪橫梁底面安裝高度（垂直巷道腰線方向）2.740m;吊椅長(zhǎng)度：2300mm;鋼絲繩間距：1600mm;鋼絲繩：20NAT6×19S+FC1570?（無(wú)油、右同向捻）;系統(tǒng)工作電壓：660V;機(jī)尾張緊導(dǎo)軌長(zhǎng)度：7m。

3.架空乘人裝置的安裝技術(shù)要求

3.1??電動(dòng)機(jī)，聯(lián)軸器，減速器安裝時(shí)，其相連接主軸的同軸度偏差不得大于0.5mm。

3.2??彈性聯(lián)軸器安裝時(shí)保證兩端面間隙3～5mm。

3.3??制動(dòng)器的調(diào)整按電液制動(dòng)器使用說(shuō)明書(shū)執(zhí)行;制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)輪之間的退距為0.7～0.8mm，制動(dòng)狀態(tài)下最小接觸面積應(yīng)≥60%。

3.4??驅(qū)動(dòng)輪、迂回輪的中心線對(duì)猴車(chē)的設(shè)計(jì)中心線的偏移≤2mm，繩槽中心線必須與出入側(cè)牽引索的中心線吻合，偏移不得大于牽引索直徑的1/20，偏斜不得大于1/1000，驅(qū)動(dòng)輪及迂回輪在巷道中心線垂直的直徑線必須保持水平，其水平度為≤0.5/1000。

3.5??迂回輪兩側(cè)導(dǎo)軌的安裝中心線直線度不大于1/1000，平行度不大于0.5/1000，高度差≤+3mm。

3.6??安裝后，全線中在同側(cè)的托繩輪槽和壓繩輪槽的中心線應(yīng)在同一直線上，其偏差≤2mm。

3.7??安裝后，全線中在同側(cè)的托繩輪槽和壓繩輪槽的頂面高度差≤2mm。

3.8??鋼絲繩的接頭編結(jié)長(zhǎng)度為鋼絲繩直徑的1000倍，安全系數(shù)不小于6，編接后的接頭一般為不變徑接頭，接頭后的繩徑不大于原直徑的10%。

3.9??乘人器由G-Ⅰ型抱索器和G型吊椅組成。

3.10?橫梁安裝技術(shù)要求：

3.10.1??機(jī)頭機(jī)尾橫梁標(biāo)高尺寸偏差不得大于±10mm。

3.10.2??托輪橫梁標(biāo)高尺寸偏差不得大于±15mm。

3.10.3??中間橫梁埋設(shè)的工字鋼底面要求平行于巷道腰線。

3.10.4??全部橫梁水平度為3：1000。

3.10.5??驅(qū)動(dòng)機(jī)架橫梁、機(jī)尾導(dǎo)軌架梁、小絞車(chē)架梁、重錘吊梁不允許采用錨桿安裝方式。

4.架空乘人裝置的安裝及試驗(yàn)

4.1??安裝前必須放好索道中心線路或巷道中心線和腰線。

4.2??按設(shè)計(jì)要求預(yù)埋好驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)架、迂回輪架、張緊絞車(chē)、橫梁、張緊索單滑輪橫梁和井巷托（壓）索輪橫梁。

4.3??安裝驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、線路托輪架、托（壓）索輪、運(yùn)載索和張緊索。

4.4??檢查，調(diào)整上站、下站和線路所有設(shè)備后，安裝供電、電氣安全保護(hù)、通訊信號(hào)和照明系統(tǒng)。

4.5??一切正常并符合有關(guān)安裝工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，空索試運(yùn)行72?h以上，以清除鋼絲繩的內(nèi)應(yīng)力，使其扭力基本平衡后，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后再安裝吊椅。

5.應(yīng)用情況及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

如果使用斜井人車(chē)就要施工車(chē)房、存車(chē)場(chǎng)，安裝提升絞車(chē)、人車(chē)，每班還要摘、掛人車(chē)，且存在著對(duì)軌道質(zhì)量要求高，維護(hù)量大，試驗(yàn)繁瑣等問(wèn)題。集團(tuán)公司其它礦一般使用的是機(jī)械驅(qū)動(dòng)式猴車(chē)，其特點(diǎn)是：速度不可調(diào)、硬啟動(dòng)、硬停車(chē)、不能慢速檢查鋼絲繩、啟停時(shí)吊椅擺動(dòng)大、安全性能較差。而使用液壓驅(qū)動(dòng)式架空乘人裝置，具有一次性投入少，減少工程量和設(shè)備投資，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，連續(xù)運(yùn)行中途不停車(chē)。人員上下方便，隨到隨走，動(dòng)力消耗小和工作人員少，適應(yīng)長(zhǎng)運(yùn)距、大傾角、多變坡及多拐彎巷道運(yùn)輸，占地面積小，且能實(shí)現(xiàn)運(yùn)人和運(yùn)料共用巷道運(yùn)輸。因此，在石炭系延深材料暗斜井使用該裝置運(yùn)送人員，實(shí)現(xiàn)了人與物料的混合運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械運(yùn)送員工上、下井，縮短了員工上、下井的時(shí)間和減少了員工的體力消耗，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了我公司井下輔助運(yùn)輸?shù)臓顩r，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

6.結(jié)論

永定莊煤業(yè)公司使用的液壓驅(qū)動(dòng)式架空乘人裝置是具有可無(wú)級(jí)調(diào)速、軟啟動(dòng)、軟停車(chē)、安全性能高等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)使用認(rèn)為該裝置安全舒適、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單方便、運(yùn)送效率高、節(jié)能、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適合于在其它斜井或平巷推廣使用。

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作者簡(jiǎn)介：盛秉義，1965.4出生，男，漢族，山西大同人，工程師，主要從事煤礦技術(shù)工作。