楊飛龍

（山西汾西中興煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 交城 030500）

引言

煤礦井下有電機(jī)車、柴油機(jī)車以及軌道、無極繩絞車等多種輔助運(yùn)輸方式，其中無極繩絞車憑借運(yùn)輸成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)輸距離長以及運(yùn)輸量大等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦井下應(yīng)用較為普遍[1-3]。由于煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜，無極繩絞車往往需要在大傾角、變坡多的巷道內(nèi)布置，給絞車應(yīng)用帶來一定的挑戰(zhàn)[4]。同時(shí)隨著礦井綜合機(jī)械化開采水平的提升，大型的采煤、運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)用更為普遍，這些設(shè)備在井下運(yùn)輸時(shí)小功率無極繩絞車往往難以滿足需要，因而大功率無極繩絞車在煤礦井使用量逐步增加[5]。無極繩絞車通過鋼絲繩給礦車運(yùn)行提供動(dòng)力，壓繩裝置是鋼絲繩導(dǎo)向、固定的重要設(shè)備[6]，隨著絞車功率增加，壓繩裝置受到的作用力顯著提升，在使用時(shí)存在跳繩、壓繩裝置損壞等問題。為此，針對礦井無極繩絞車壓繩裝置現(xiàn)場應(yīng)用存在的問題，進(jìn)行針對性改進(jìn)，對提升無極繩絞車應(yīng)用效果具有顯著意義。

1 無極繩絞車壓繩裝置應(yīng)用中存在的問題

無極繩絞車在煤礦井下為常用輔助運(yùn)輸方式，山西某礦為高瓦斯礦井，井下地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、開采的煤層起伏較大，巷道內(nèi)有較多的起坡點(diǎn)。為了提升井下運(yùn)輸效率，現(xiàn)階段礦井基本采用無極繩絞車輔助運(yùn)輸，其中使用最為廣泛的是SQ-80 型絞車，絞車結(jié)構(gòu)由液壓絞車、鋼絲繩、平托輪組、壓繩裝置（主/副壓繩輪）、張緊裝置等構(gòu)成。

無極繩絞車運(yùn)輸采用的壓繩裝置結(jié)構(gòu)見圖1 所示，結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)軸、托架、繩輪以及拉緊彈簧等。壓繩裝置中副壓繩輪組安裝完成后基本處于固定狀態(tài)；主壓繩輪組繩輪由于采用彈簧拉緊，當(dāng)繩組受到較大的鋼絲繩作用力時(shí)彈簧會松開，從而造成壓繩輪組壓繩輪張開，最終出現(xiàn)鋼絲繩跳繩問題。根據(jù)井下壓繩裝置應(yīng)用情況并結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)，具體將壓繩裝置應(yīng)用過程中存在的問題歸結(jié)為以下兩個(gè)方面[7~9]：

圖1 壓繩裝置

1）跳繩問題。跳繩問題多發(fā)生在無極繩絞車運(yùn)送過程中，當(dāng)巷道有變坡點(diǎn)或需要拐彎時(shí)，由于坡度變化造成鋼絲繩有一定的向上作用力，當(dāng)壓繩裝置提供的壓繩力小于鋼絲繩運(yùn)行時(shí)作用到繩輪組上的作用力時(shí)，鋼絲繩即會從壓繩輪中彈出，出現(xiàn)跳繩，從而影響無極繩絞車鋼絲繩運(yùn)行。

2）壓繩裝置故障。由于煤礦井下環(huán)境惡劣，同時(shí)無極繩絞車需要頻繁工作，鋼絲繩時(shí)常給壓繩裝置作用力。壓繩裝置長時(shí)間使用時(shí)，繩輪下方布置的固定螺母容易松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致繩輪從固定架上脫落。

2 壓繩裝置的受力分析

壓繩裝置結(jié)構(gòu)包括有轉(zhuǎn)軸、繩輪、托架以及張緊彈簧等，通過各個(gè)部件組合主要起到固定鋼絲繩以及鋼絲繩導(dǎo)向功能，從而滿足無極繩絞車在井下巷道內(nèi)長距離運(yùn)輸需要。針對井下無極繩絞車應(yīng)用情況，并便于對壓繩裝置受力進(jìn)行分析，文中主要考慮巷道坡度對壓繩裝置的受力影響，忽略拐彎影響。具體分兩種情況：

1）壓繩裝置布置的巷道無坡度變化，巷道為近水平巷道（坡度在5°以內(nèi)）；

2）巷道有坡度變化（坡度變化在5°以上）。

2.1 近水平巷道內(nèi)壓繩裝置的受力分析

壓繩裝置在近水平巷道內(nèi)布置時(shí)壓繩輪受力情況見圖2 所示，其中F 為鋼絲繩上向作用力（即鋼絲繩作用到壓繩裝置上的上向應(yīng)力）；L 為力F 的力臂；F1、F2分別為張緊彈簧作用到壓繩輪 1、2 上的預(yù)緊力；L1、L2分別為張緊彈簧作用到壓繩輪 1、2 上的預(yù)緊力力臂；忽略壓繩輪自身重力影響，則壓繩輪受到的力矩 M 可通過公式（1）、（2）計(jì)算：

當(dāng)壓繩輪總力矩M≥0 時(shí)表示鋼絲繩可以被壓繩輪壓緊，不會出現(xiàn)跳繩問題；當(dāng)壓繩輪總力矩M＜0 時(shí)表示壓繩輪提供的力矩?zé)o法束縛鋼絲繩，壓繩輪會被分開從而造成鋼絲繩彈出，出現(xiàn)跳繩問題。

圖2 壓繩輪受力圖

2.2 有坡度巷道壓繩輪的受力分析

巷道坡度用α 表示，壓繩角用β 表示，則無極繩絞車運(yùn)行時(shí)鋼絲繩作用到壓繩輪上的向上作用力可通過式（3）計(jì)算：

式中：T 為無極繩絞車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的牽引力。壓繩角β 與巷道坡度α 成正比，即α 越大β 越大，反之α越小β 小。無極繩絞車未工作時(shí)鋼絲繩牽引力T 為0，鋼絲繩不會出現(xiàn)跳繩問題。無極繩絞車牽引的礦車載重越大，鋼絲繩牽引力T 越大，則壓繩輪受到鋼絲繩作用力F 越大；巷道坡度α 越大，則壓繩角β 越大，壓繩輪受到作用力越大。當(dāng)F 超過壓繩輪極限載荷時(shí)，鋼絲繩即會出現(xiàn)跳繩問題。

3 壓繩裝置的改進(jìn)

3.1 增加張緊彈簧數(shù)量

從壓繩裝置在使用過程中受力分析可知，避免鋼絲繩出現(xiàn)跳繩可從降低壓繩輪受到載荷（即降低鋼絲繩牽引力）或者增加壓繩輪本身力矩兩個(gè)方面出發(fā)。由于無極繩絞車在使用過程中難以避免需要運(yùn)輸如液壓支架、采煤機(jī)等重載荷設(shè)備，降低壓繩輪受到載荷（即降低鋼絲繩牽引力）顯然不現(xiàn)實(shí)。因此可通過增加壓繩輪力矩對壓繩裝置進(jìn)行改進(jìn)，具體為將張緊彈簧數(shù)量由原本1 個(gè)增加至2 個(gè)，則壓繩輪本身可提供的力矩即可增加1 倍，從公式（1）（2）看出，壓繩裝置出現(xiàn)鋼絲繩跳繩幾率則會明顯降低。

為了更好地提升壓繩裝置適應(yīng)性，可采用下述方式合理選擇彈簧：對壓繩裝置使用過程中鋼絲繩受到的牽引力F 進(jìn)行取值分析，并考慮安全系數(shù)，從而最終確定彈簧的彈性系數(shù)，并以此為基礎(chǔ)最終確定選用的彈簧。根據(jù)礦井壓繩裝置使用現(xiàn)場條件，最終選用彈簧中徑D 為36 mm 的彈簧。

3.2 優(yōu)化張緊裝置布置

在井下輔助運(yùn)輸時(shí)根據(jù)無極繩絞車使用環(huán)境需要對壓繩裝置布置方式、位置進(jìn)行優(yōu)化，從而降低壓繩輪受力。在巷道坡度較大、需頻繁運(yùn)輸重型設(shè)備或者材料的無極繩絞車時(shí)，可通過加密壓繩裝置、降低鋼絲繩對壓繩輪組影響，反之當(dāng)無極繩絞車布置環(huán)境較好或者無需重載荷運(yùn)輸時(shí)可適當(dāng)增加壓繩裝置間距，從而減少壓繩裝置安裝工作量以及鋼絲繩運(yùn)行工作阻力。

3.3 改進(jìn)壓繩輪插銷結(jié)構(gòu)

由于壓繩裝置頻繁受到鋼絲繩作用力影響，導(dǎo)致壓繩輪下部螺母時(shí)常出現(xiàn)脫落問題，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致壓繩輪從固定架上掉落。為了避免上述問題，在對壓繩輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行改進(jìn)，具體為在壓繩輪軸上增加布置一擋銷，通過擋銷作用固定軸壓繩輪軸，限制壓繩輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而避免縮緊螺母松動(dòng)、掉落，具體改進(jìn)后壓繩輪軸的結(jié)構(gòu)見圖3。

4 壓繩裝置改進(jìn)效果分析

將改進(jìn)后的壓繩裝置現(xiàn)場應(yīng)用后，壓繩裝置壓繩輪可給鋼絲繩提供足夠壓力，不會出現(xiàn)由于鋼絲繩受力較大或使用點(diǎn)坡度大而引起的跳繩問題。同時(shí)在對壓繩輪插銷結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，壓繩輪下部縮緊螺母常松動(dòng)、掉落問題得以徹底解決?，F(xiàn)場應(yīng)用接近6個(gè)月時(shí)間內(nèi)，改進(jìn)后的壓繩裝置運(yùn)行平穩(wěn)、安全，可以更好地滿足井下復(fù)雜巷道運(yùn)輸需要，現(xiàn)場應(yīng)用取得顯著效果，在一定程度上提升了無極繩絞車輔助運(yùn)輸效率。

5 結(jié)論

1）對煤礦井下常用的無極繩絞車壓繩裝置使用過程中存在的鋼絲繩跳繩、繩輪脫落等問題進(jìn)行分析，并從增加壓繩裝置內(nèi)張緊彈簧數(shù)量、優(yōu)化張緊裝置布置解決鋼絲繩跳繩問題；在壓繩輪結(jié)構(gòu)內(nèi)增加布置擋銷避免壓繩輪軸隨壓繩輪運(yùn)轉(zhuǎn)，從而解決縮緊螺母松松、掉落引起的繩輪脫落問題。

圖3 改進(jìn)后壓繩輪軸結(jié)構(gòu)

2）提出的壓繩裝置簡單，在井下即可對壓繩裝置進(jìn)行改進(jìn)。將改進(jìn)后的壓繩裝置現(xiàn)場應(yīng)用后，無極繩絞車重載運(yùn)行時(shí)鋼絲繩也未出現(xiàn)跳繩、壓繩裝置繩輪脫落問題。

3）通過對壓繩裝置進(jìn)行改進(jìn)，提升了壓繩裝置井下適應(yīng)性并降低了運(yùn)輸故障發(fā)生率，確保了無極繩絞車使用效率，為煤礦井下輔助運(yùn)輸工作的高效開展創(chuàng)造了良好條件。