礦井軌道巷架空乘人裝置及無極繩絞車的選型核驗(yàn)研究

董 明

(山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司， 山西 長治 047100)

1 前言

經(jīng)坊煤礦采用斜立混合開拓， 主、副斜井位于井田東部邊界附近的工業(yè)場地內(nèi)，分別擔(dān)負(fù)主、輔提升任務(wù)。主斜井傾角22°，斜長517m，安裝1.0m寬的帶式輸送機(jī)；副斜井傾角20°，斜長519m，安裝一臺(tái)GKT2×2×1- 20型絞車及架空乘人器。

現(xiàn)開采3號(hào)煤層，3號(hào)煤層為單水平開拓，副斜井井底車場水平標(biāo)高為+838m，副斜井井底車場布置有水倉、水泵房、等候室、消防材料庫、工具室、醫(yī)務(wù)室等硐室。主斜井設(shè)有井底煤倉。進(jìn)風(fēng)立井井底布置有水倉、主排水泵房、變電所、永久避難硐室等。

3號(hào)煤層共劃分9個(gè)采區(qū)，一至四采區(qū)已經(jīng)開采完畢，現(xiàn)開采五采區(qū)和七采區(qū)。在主、副斜井井底車場向西北布置一組集中開拓巷道至井田中部后，向北布置北集中大巷，向南布置五、六采區(qū)巷道；北集中大巷至北部區(qū)域中部，布置七、八、九采區(qū)巷道；開拓巷道均沿煤層布置，每組布置3條，分別布置主運(yùn)輸大巷、軌道大巷及回風(fēng)大巷。

目前井下大巷及運(yùn)輸巷道的各種材料運(yùn)輸均采用無極繩連續(xù)牽引車運(yùn)輸系統(tǒng)。北集中軌道大巷安裝的架空乘人裝置用于運(yùn)送人員。集中軌道大巷、采區(qū)軌道大巷及工作面運(yùn)輸巷道安裝無極繩連續(xù)牽引車；集中軌道大巷安裝架空乘人裝置。

各種車輛型號(hào)及數(shù)量見表1。

表1 采區(qū)車輛配備和特征一覽表

2 八采區(qū)軌道巷架空乘人裝置選型核驗(yàn)

2.1 架空乘人裝置選型參數(shù)

八采區(qū)軌道巷架空乘人裝置用在巷道長1 400m，最大坡度7°，平均坡度3°。

預(yù)選架空乘人裝置的驅(qū)動(dòng)輪直徑D=1.4m；鋼絲繩運(yùn)行速度V= 0～1.8m/s，無級可調(diào)。

預(yù)選鋼絲繩為22NAT6×31WS+FC1670(q0=1.78kg/m，抗拉強(qiáng)度σ=1 670MPa,直徑22mm)，最小鋼絲破斷拉力總和Fk=323kN。乘坐間距為λ1=10m，托輪間距λ2=8m。則最大運(yùn)輸效率Q=3 600×V/λ1=648人次/h。

架空乘人裝置計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 架空乘人裝置計(jì)算模型

2.2 牽引鋼絲繩張力檢驗(yàn)

1)最小張力

Fmin=C×q0×g

(1)

式中：Fmin——最小張力點(diǎn)的張力， N；

C——鋼絲繩的撓度系數(shù),取C=1 000；

q0——預(yù)選牽引鋼繩的每米質(zhì)量，1.78kg/m；

g——重力加速度，g=9.8m/s2。

計(jì)算得出，F(xiàn)min=1 000×1.78×9.8=1 7444N。

2)各特征點(diǎn)張力的計(jì)算

當(dāng)下放無人乘座而上升時(shí)滿員,線路運(yùn)行阻力為[1]

f上=[q0+(Q1+Q2)/λ1](ωcosα+sinα)Lg

(2)

f下=q0×(ωcosα-sinα)Lg

(3)

式中：F1——驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)繩側(cè)鋼絲繩張力；

F2——驅(qū)動(dòng)輪出繩側(cè)鋼絲繩張力；

F3——迂回輪進(jìn)繩側(cè)鋼絲繩張力；

F4——迂回輪出繩側(cè)鋼絲繩張力；

Q1——人體重量,取95kg；

Q2——吊椅重量,取15kg；

L——巷道斜長；

α——巷道的坡度，取3°。

λ1——乘坐間距，10m。

計(jì)算得出，f上=[1.78+110/10] ×(0.02cos3°+sin3°)×1 400×9.8=12 679N,f下=1.78×(0.02cos3°-sin3°)×1 400×9.8=9 177N。

各特征點(diǎn)張力：F3=Fmin=17 444N，F(xiàn)4=1.01F3=17 618N，F(xiàn)1=F4+f上=30 297N，F(xiàn)2=F3-f下=18 234N。

3)牽引鋼絲繩校核

m=FK/Fmax

(4)

式中：Fk——鋼絲繩鋼絲破斷拉力總和；

m——鋼絲繩安全系數(shù)；

Fmax——最大張力點(diǎn)張力。

計(jì)算得出，m=FK/Fmax=323 000/30 297=10.7>6，因此選擇鋼絲繩22NAT6×31WS+FC1670,其鋼絲破斷拉力總和為323kN,符合要求。

2.3 驅(qū)動(dòng)輪直徑D1及尾輪直徑D2的確定

D1=D2≥60ds=60×22=1 320mm

D1=D2=ds/3.08/5×900=1 286mm

式中：ds——選定鋼絲繩直徑，取22mm。

故選取直徑D=1 400mm的驅(qū)動(dòng)輪和尾輪，符合要求。

3 西二集中軌道大巷及八采區(qū)軌道大巷無極繩絞車選型計(jì)算

在西二集中軌道大巷及八采區(qū)軌道大巷設(shè)無極繩連續(xù)牽引車，擔(dān)負(fù)輔助運(yùn)輸任務(wù)。無極繩連續(xù)牽引車可運(yùn)輸?shù)淖畲蠹亓?0t(液壓支架，整體運(yùn)輸)，平板車自重1.5t；西二集中軌道大巷1 970m，最大傾角9°，提升高度70m；八采區(qū)軌道大巷1 280m，最大傾角5°，提升高度30m。

3.1 鋼絲繩選擇

鋼絲繩單位長度質(zhì)量為

(5)

式中：P——鋼絲繩單位長度質(zhì)量，kg/m;

q——最大件質(zhì)量，取20 000kg；

q0——大件平板車自重，取1 500kg；

w——平板車阻力系數(shù)，取0.015；

Smin——鋼絲繩最小張力, 取2 940N；

f——鋼絲繩阻力系數(shù)，取0.25；

δB——鋼絲繩抗拉強(qiáng)度，取1 470N/mm2；

γ0——鋼絲繩密度，6×19鋼絲繩取9 550kg/m3；

m——鋼絲繩安全系數(shù)[2]，西二集中軌道大巷無極繩牽引車運(yùn)輸m=3.03，八采區(qū)軌道大巷無極繩牽引車運(yùn)輸m=3.72；

L——運(yùn)輸距離；

g——重力加速度，g=9.8m/s2；

β——巷道傾角。

式中，重車上坡運(yùn)行取“+”號(hào)，重車下坡運(yùn)行取“-”號(hào)。

經(jīng)計(jì)算，西二集中軌道大巷P=0.684kg/m，八采區(qū)軌道大巷P=0.607kg/m。

因此，鋼絲繩均選用18.5NAT 6×19+NF 1470 565 310 ZS型，P=1.259kg/m，δB=1 470N/mm2，破斷拉力總和199 920N。

3.2 各點(diǎn)張力計(jì)算

無極繩牽引車運(yùn)輸系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 無極繩牽引車運(yùn)輸系統(tǒng)

1)空、重車段阻力

空車向上運(yùn)輸時(shí)阻力為

Fk=[q0(w+i)+pLf]g

(6)

重向向下運(yùn)輸時(shí)阻力為

FZ=[(q+q0)(w-i)+pLf]g

式中：i——線路平均坡度，‰，i=sinβ。

2)各點(diǎn)張力計(jì)算

各點(diǎn)張力：S1=Smin=2 940N，S2=KS1，S3=S2+FK=KS1+FK，S4=KS3=K(KS1+Fk)，S5=S4+FZ=K(KS1+Fk)+FZ。

K為鋼絲繩繞導(dǎo)向輪的阻力系數(shù)，取1.06。

經(jīng)計(jì)算，西二集中軌道大巷無極繩牽引車：S2=3 116.4N，S3=8 462.4N，S4=8 970.1N，S5=7 436.4N；八采區(qū)軌道大巷無極繩牽引車：S2=3 116.4N，S3=7 289.3N，S4=7 726.7N，S5=4 808.7N。

3.3 無極繩牽引車選型

無極繩牽引車需滿足

F>S5

(7)

FC>S5-S1

(8)

式中：F——牽引車所需最大靜張力，N；

FC——牽引車所需最大靜張力差，N。

西二集中軌道大巷無極繩牽引車：F>S5=7 436.4N，F(xiàn)C>S5-S1=7 436.4-2940=4 496.4N。

八采區(qū)軌道大巷無極繩牽引車：F>S5=4 808.7N，F(xiàn)C>S5-S1=4 808.7 -2 940=1 868.7N。經(jīng)上述計(jì)算，西二集中軌道大巷及八采區(qū)軌道大巷均選用SQ- 90/132型無極繩牽引車，其主要型號(hào)SQ- 90/132，功率132kW，最大靜張力94.5kN，最大靜張力差90kN。

4 結(jié)論

對八采區(qū)軌道的巷架空乘人裝置及無極繩絞車進(jìn)行了選型核驗(yàn)，牽扯引鋼絲繩最大張力17 444N，牽引鋼絲繩選型符合要求。西二集中軌道大巷及八采區(qū)軌道大巷無極繩絞車選用SQ- 90/132型無極繩牽扯引車。