井下架空乘人裝置研發(fā)與應(yīng)用

劉 釗

(山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司，山西 晉中 031300)

0 引 言

現(xiàn)階段我國煤礦開采中井下巷道距離越來越長，超過2 km的巷道數(shù)量逐漸增加，這些長距離巷道中的下人員運(yùn)輸工作，大多情況下要依靠人員步行，這導(dǎo)致作業(yè)人員的體力消耗大，并且受到井下頂板、側(cè)壁等一些潛在隱患威脅，安全事故發(fā)生概率增加。因此，井下作業(yè)過程中順槽人員運(yùn)輸工作是煤礦企業(yè)現(xiàn)階段需要改進(jìn)的重要環(huán)節(jié)。目前，有不少煤礦企業(yè)建有單側(cè)架空行人裝置設(shè)施，基本上由常規(guī)架空乘人裝置改造而來，由于缺乏系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，在實(shí)際運(yùn)行中會出現(xiàn)許多問題，因此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更為緊湊且便于現(xiàn)場安裝的小型架空乘人裝置是目前進(jìn)一步解決問題的有效措施。

1 架空乘人裝置設(shè)計(jì)思路和原理

1.1 設(shè)計(jì)思路

井下作業(yè)中，順槽結(jié)構(gòu)尺寸相對小，其中會設(shè)置軌道運(yùn)輸系統(tǒng)或者皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，井下人員運(yùn)輸裝置可用空間窄小，通過全面調(diào)查與分析，參考慢速以及高速架空乘人系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，提出了設(shè)計(jì)更加適宜應(yīng)用在順槽中的單側(cè)架空乘人裝置方案。設(shè)計(jì)要滿足總體積小，裝置尾輪部分、托繩輪部分以及吊掛部分等均較易安裝活動拆卸的要求，確?，F(xiàn)場安裝與維護(hù)便捷性，且能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守操作，便于井下作業(yè)人員上下，具有運(yùn)行安全、可靠的優(yōu)點(diǎn)。架空乘人裝置設(shè)計(jì)總體參數(shù)見表1。

表1 架空乘人裝置的總體參數(shù)

1.2 設(shè)計(jì)原理

架空乘人裝置由驅(qū)動部件、鋼絲繩、托繩輪部件、張緊部件、儲繩部件、機(jī)尾改向部件、托繩輪部件以及乘人座椅等組成。系統(tǒng)運(yùn)行原理：把鋼絲繩安裝與驅(qū)動繩輪部件、托繩輪部件以及尾部繩輪部件之上，利用張緊裝置將其拉緊，在張緊裝置中設(shè)置有重錘，利用設(shè)置的驅(qū)動設(shè)備提供系統(tǒng)運(yùn)行動力，帶動減速裝置中的驅(qū)動輪部件與鋼絲繩共同完成無極循環(huán)操作，而吊椅部件則是借助于抱索器裝置和鋼絲射緊密的連接，并且和鋼絲繩一共完成上/下行運(yùn)動，以達(dá)到運(yùn)輸井下作業(yè)人員的目標(biāo)。

2 架空乘人系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝置中的驅(qū)動結(jié)構(gòu)由電動機(jī)裝置、減速機(jī)裝置、驅(qū)動繩輪裝置及底座等組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 驅(qū)動部設(shè)計(jì)示意圖

驅(qū)動輪裝置按照垂直方向設(shè)計(jì)，減速機(jī)為型號DCY型減速設(shè)備，驅(qū)動部設(shè)計(jì)為“一”字形，所有裝置依次排開，如此便能確保設(shè)備在寬度方向上占用空間減少。其中電機(jī)裝置和減速機(jī)裝置間還設(shè)計(jì)有液壓制動裝置以及制動器裝置，制動裝置采用的是失效安全性制動裝置，當(dāng)?shù)綦娭笠琅f能夠完成抱閘操作，確保系統(tǒng)及時停車，最終完成制動操作。

將驅(qū)動輪裝置與減速機(jī)裝置的輸出軸直接相連，利用壓板構(gòu)件壓緊，無需設(shè)置驅(qū)動輪裝置支撐底座，確保所設(shè)計(jì)系統(tǒng)體積減少，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，便于操作與維護(hù)，適用于空間相對小的巷道運(yùn)輸。驅(qū)動部的底座結(jié)構(gòu)采用鋼板材料進(jìn)行焊接處理，在安裝電機(jī)裝置、減速機(jī)裝置以及制動裝置過程中，通過刨床進(jìn)行整體加工處理，保證各個裝置安裝過程中尺寸精準(zhǔn)，便能顯著減少系統(tǒng)運(yùn)行時產(chǎn)生的噪音。另外，礦井的環(huán)境濕度相對較大，因此，利用板焊形式底座結(jié)構(gòu)，與型鋼焊接形式底座結(jié)構(gòu)對比，具有更為優(yōu)良的耐腐蝕性。

2.2 張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

張緊機(jī)構(gòu)由張緊滑輪部件、改向滑輪部件、重錘部件等部件組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 張緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

一般情況下，架空乘人裝置的張緊機(jī)構(gòu)基本上均在機(jī)尾位置后方，現(xiàn)場安裝完成以后，沒有特殊情況不再移動。在順槽中應(yīng)用的架空乘人裝置機(jī)尾移動相對次數(shù)較多，這樣確保架空乘人裝置適宜巷道長度增加需求。所以，此次設(shè)計(jì)，未將張緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)尾部位后方，而采用前置方式設(shè)計(jì)，這樣便有效減少由于巷道長度不斷增加而多次拆裝張緊裝置的作業(yè)量。將主鋼絲繩繞過張緊裝置中固定于滑輪架上的張緊滑輪部件，在張緊滑輪部件上設(shè)置改向輪結(jié)構(gòu)。將張緊繩其中一端與塔架結(jié)構(gòu)中銷軸部件鎖緊，而鋼絲繩的一端則經(jīng)由小改向輪部件實(shí)現(xiàn)改向操作，再經(jīng)由安裝于塔架結(jié)構(gòu)中不同小轉(zhuǎn)向輪部件之后，由塔架頂部位置垂下吊住重錘部件。此種張緊結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)更為簡單，所施加的張力屬于恒定張力，可確保系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定，同時具有反應(yīng)迅速的優(yōu)勢。

2.3 儲繩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝置的儲繩機(jī)構(gòu)由動滑輪組部件、定滑輪組部件、滑道部件以及防護(hù)網(wǎng)部件等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 儲繩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

儲繩機(jī)構(gòu)主要作用是確保架空乘人裝置的長度值可以依照順槽實(shí)際的長度變化而實(shí)時進(jìn)行伸縮，當(dāng)侯車的長度發(fā)生改變，會將一些多余鋼絲繩儲存在此機(jī)構(gòu)中，如此能夠有效降低插繩次數(shù)，顯著減少設(shè)備移動消耗的時間。

鋼絲繩在動滑輪組以及定滑輪組間來回的繞過相應(yīng)滑輪部件，在動滑輪部件后借助于設(shè)備拉住動滑輪，在回柱機(jī)前方設(shè)置上相應(yīng)的固定式生根部件，在每次完成張緊作業(yè)后，將動滑輪組牽引繩固定于生根部件之上，從而防止回柱機(jī)設(shè)備長期受到拉力影響。另外，在滑道中設(shè)置有中間托繩輥裝置，確保將上方與下方鋼絲繩拖住，避免當(dāng)裝置啟動或者是換向過程中鋼絲繩發(fā)生跳動，防止上下鋼絲繩由于跳動出現(xiàn)纏繞，有效避免安全事故發(fā)生。

2.4 機(jī)尾改向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于順槽中的架空乘人裝置移動頻繁，要求機(jī)尾改向機(jī)構(gòu)現(xiàn)場安裝以及拆卸簡便易行，而且盡可能占用空間小。機(jī)尾改向機(jī)構(gòu)由改向滑輪部件、斜拉受力架便以及高度調(diào)節(jié)部件等部件組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 機(jī)尾改向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

其中斜拉架部件能夠承受住機(jī)尾所施加的水平拉力，而高度調(diào)節(jié)部件能夠?qū)崟r的調(diào)整尾輪部件實(shí)際高度值，這樣便能夠確保架空乘人裝置應(yīng)用于不同的頂板高度。同時，對于前后固定錨施工過程中誤差大的情況，通過高度調(diào)整架也可以有效調(diào)節(jié)。在機(jī)尾移動過程中，能夠通過人工推移方式移動，不用借助于車輛再次運(yùn)輸，確保機(jī)尾移動迅速與便捷。

3 架空乘人裝置實(shí)際應(yīng)用效益分析

(1) 設(shè)備投資少。通常煤礦中架空乘人裝置每100 m的投資金額大約在10萬元左右，建造長度為1 500 m的架空乘人裝置總的資金投入需要150萬元左右。而此次設(shè)計(jì)的順槽架空乘人裝置建設(shè)1 500 m總的資金投入只需要60萬元左右，節(jié)約90萬元的成本。

(2) 設(shè)備安裝費(fèi)用少。原架空乘人裝置借助于橫梁安裝拖輪部件，每一個拖輪橫梁上一般只可安裝兩組拖輪部件，進(jìn)行橫梁安裝過程中，要事先完成掏梁窩作業(yè)，或者采用牛腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，而對于機(jī)頭和結(jié)尾通常的安裝方式為落地或者架空橫梁安裝方式，一般對于長度為1 500 m的架空乘人裝置，僅安裝便要60天左右施工周期。新設(shè)計(jì)的架空乘人裝置，驅(qū)動將結(jié)構(gòu)、儲繩結(jié)構(gòu)以及張緊結(jié)構(gòu)等均是通過落地方式安裝，這些設(shè)備所需的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體積相對小，尾部的滑輪也是利用錨桿進(jìn)行吊掛固定，一般對于長度為1 500 m的架空乘人裝置，此次設(shè)計(jì)方案安裝工期只需要10天左右便可完工。

(3) 設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用少。架空乘人裝置整體設(shè)計(jì)資金投入少，實(shí)際運(yùn)行過程中基本上不發(fā)生掉繩問題，乘人座椅也不易損壞，使用電機(jī)功率低，能有效節(jié)約能源。由于通過此裝置中設(shè)置有儲繩機(jī)構(gòu)，裝置的長度變化超過120 m左右可進(jìn)行插繩作業(yè)，可以有效減少裝置運(yùn)行期間維護(hù)費(fèi)用。

4 結(jié) 語

通過對架空乘人裝置的應(yīng)用試驗(yàn)，該設(shè)計(jì)不僅滿足人員乘坐安全舒適，具有非常強(qiáng)的適應(yīng)性能，而且整個系統(tǒng)運(yùn)行更為平穩(wěn)，有效解決了掘進(jìn)工作面順槽人員運(yùn)輸相關(guān)問題，顯著縮短了人員達(dá)到工作面所需時間，避免人員消耗體力過多，經(jīng)濟(jì)效益明顯，值得煤礦企業(yè)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。