雙柳礦33416材料輔巷架空乘人裝置布置及選型設(shè)計研究

張建新

（山西汾西礦業(yè)集團公司雙柳煤礦，山西 柳林033000）

根據(jù)山西汾西礦業(yè)集團公司雙柳煤礦（以下簡稱雙柳礦）生產(chǎn)現(xiàn)狀情況、運距等因素，按照系統(tǒng)配套，整體協(xié)調(diào)的總要求，貫徹運輸系統(tǒng)簡單、技術(shù)經(jīng)濟合理化的技術(shù)原則，把雙柳礦人員運輸系統(tǒng)建設(shè)成為安全、高效，符合規(guī)程、規(guī)范的現(xiàn)代化運行模式。

1 33416材料輔巷架空乘人裝置布置

1.1 33416材料輔巷巷道特征

33416材料輔巷巷道為半圓拱斷面，斷面平均凈寬4.0 m，凈高3.5 m（機頭段凈寬4.7 m，凈高3.5 m；機尾段凈寬4.5 m，凈高3.5 m）。全長798 m，傾角0°～17°。一側(cè)安裝一部JWB90D型無極繩絞車，電機功率90 kW，擔負33416材料輔巷材料與設(shè)備提升任務(wù)。

1.2 33416材料輔巷架空乘人裝置布置

本次設(shè)計結(jié)合33416材料輔巷斷面尺寸，安裝布置一臺單向可摘掛抱索器架空乘人裝置擔負人員運輸任務(wù)。

33416材料輔巷架空乘人裝置運輸長度約620 m，主要布置在33416材料輔巷內(nèi)，機頭、機尾均位于33416材料輔巷水平巷道內(nèi)。

33416材料輔巷架空乘人裝置整機托壓繩輪安裝，支撐鋼梁采用一端鑿粱窩預(yù)埋，另一端巷道頂板打M22 mm×2 400 mm錨桿吊掛，單向運送人員，吊椅中心至巷道最突出部分距離0.8 m，上下人處鋼絲繩距巷道壁1 m，乘人吊椅距巷道底板平均高度300 mm，上下站路面在施工時需進行防滑處理。

33416材料輔巷乘人裝置斷面布置詳見附圖2。

圖2 33416材料輔巷乘人裝置斷面布置圖

1.3 布置需要注意的事宜

33416材料輔巷架空乘人裝置與無極繩絞車同巷布置，設(shè)置電氣閉鎖，2種設(shè)備不得同時運行，確保人員運輸安全。

2 33416材料輔巷架空乘人裝置選型計算

33416材料輔巷架空乘人裝置實際安裝運輸長度620 m，主要布置在33416材料輔巷斜巷內(nèi)，機頭、機尾位于巷道內(nèi)。

2.1 設(shè)計依據(jù)

巷道最大傾角為17°；架空乘人裝置運輸長度為620 m；工作面最大班入井人數(shù)為50人。由于巷道寬度受限，采用單向可摘掛抱索器架空乘人裝置。

2.2 設(shè)備選型

單向可摘掛抱索器架空乘人裝置參數(shù)確定：運行速度V=1.08 m/s，托繩輪間距8 m，乘人間距l(xiāng)d=15 m，單個乘人質(zhì)量W=95 kg、乘人器吊椅質(zhì)量G=15 kg。牽引鋼絲繩阻力系數(shù)：動力運行時取ω運=0.025，制動運行時取ω制=0.015。

圖1 架空乘人裝置力學簡圖

2.2.1鋼絲繩選擇計算

鋼絲繩單位長度的質(zhì)量計算：

式中：Z為所掛吊椅最大的數(shù)量，42個；ma為鋼絲繩安全系數(shù)，6；Gd為吊椅包括所乘人員的質(zhì)量，110 kg；Smin為鋼絲繩最小張力，取1 480 kg（預(yù)選1.48 kg/m）；ω為托輪轉(zhuǎn)動阻力系數(shù)，0.025；α為運行路線最大角度，17°；L為運輸路線長度，620 m；σB為預(yù)選公稱抗拉強度1 670 MPa。

根據(jù)計算結(jié)果，選用20NAT6×31WS+FC1670（右同向捻，表面無油）GB 8918—2006型無油鋼絲繩。主要技術(shù)參數(shù)：直徑20 mm，抗拉強度1 670 MPa，單位質(zhì)量Pk=1.48 kg/m，鋼絲繩最小破斷力總和Qs=269.72 kN。

2.2.2 阻力計算最小點張力的計算：

式中：Smin為最小張力點的張力，N；C為鋼繩的撓度系數(shù)，C=C0（λ1/8）0.33=1 000；C0為鋼繩的基本撓度系數(shù)，取C0=1 000；λ1為托繩輪間距，8 m；Pk為牽引鋼繩的每米質(zhì)量，1.48 kg/m；g為重力加速度，g=9.8 m/s。

2.2.3 各點張力的計算

1）當上升滿員時（動力運行狀態(tài)）。

線路運行阻力：

各點張力：

2）當下放滿員時（制動運行狀態(tài)）。

線路運行阻力：

3）驅(qū)動輪防滑驗算。

當上升滿員乘座時，處于動力運行狀態(tài)，且S1-S2＞0。

當下放滿員時（制動運行狀態(tài)），且S2-S1＞0。

式中：μ為鋼絲繩與驅(qū)動輪襯墊摩擦系數(shù)，取μ=0.25；α為鋼絲繩在驅(qū)動輪上的圍包角。

可滿足防滑要求。

2.2.4 功率計算

動力運行時：P=Kb（S1-S2）V／1 000η=30.11 kW。

制動運行時：P＝Kb（S2-S1）V／1 000η=24.26 kW

式中：Kb為電動機功率備用系數(shù)，一般取Kb=1.5；η為傳動功率，η=0.8。

選電動機：YBBP-280S-6，N=45 kW，n=980 r/min，采用變頻軟啟動，660 V。

2.2.5 驅(qū)動輪、尾輪和鋼絲繩校驗

驅(qū)動輪、尾輪直徑：

D尾≥900×d1=900×1.328=1 195.2 mm

式中：d1為最粗鋼絲直徑，查表取1.328 mm。

根據(jù)計算結(jié)果，選用直徑D=1 200 mm驅(qū)動輪、尾輪滿足要求。

2.2.6 減速器選型

最大負載功率：Nf=（S1-S2）V/1 000=16.06 kW

驅(qū)動輪直徑D驅(qū)=1 200 mm，最大負載扭矩為：M1=（S1-S2）D驅(qū)/2=8 922.6 N·m；要求減速器的額定輸出扭矩不小于最大負載扭矩的1.5倍，即13 383.9 N·m；要求減速器的額定機械功率大于或等于最大負載功率的1.8倍，即為28.91 W。

選用減速器MC3RVHF07-56型，傳動比為i=56，輸出扭矩：31.5 kN·m，額定機械功率：63.9 kW，符合使用要求。

2.2.7 拉緊行程

2.2.8 拉緊力計算

采用單滑輪二繩牽引重錘，拉緊重錘質(zhì)量為：S拉/（2g）

S拉/（2g）=1 487.40 kg，最終需配重錘質(zhì)量為1 500 kg。

2.2.9 鋼絲繩安全系數(shù)

式中：Fd為最大張力點張力，F(xiàn)d=31 785 N。

2.2.10 制動器扭矩計算

根據(jù)電機功率計算制動器扭矩：

式中：T為理論扭矩，N·m；TC為計算扭矩，N·m；Pw為驅(qū)動功率，kW；n為工作轉(zhuǎn)速，r/min；K為工作情況系數(shù)，取K=2。

選用BYWZ5 315/E80型電力液壓塊式制動器，配ED80/6型隔爆型推動器，制動力矩630～1 000 N·m，額定電機功率N=0.40 kW，電壓等級660 V，符合設(shè)計要求。

2.2.11 運輸速度

2.2.12 最大小時運輸能力

式中：V為吊椅運行速度，V=1.08 m/s；ld為吊椅敷設(shè)間距，15 m。

2.2.13 輪邊制動器制動力計算

選用YLBZ25-160型輪邊制動器，額定夾緊力50 kN，額定制動力42 kN，液壓站電機功率N=3 kW，660 V。

2.2.14 下井時間

式中：k3為乘車延誤系數(shù)1.1～1.2；T為人員運送時間min；n1為最大班下井人員，99人。

經(jīng)計算吊座間距15 m，運輸線路長620 m，工作面最大班下井人數(shù)50人，繩速1.08 m/s時，下井時間為22 min。

3 結(jié)語

近年來煤炭開采雖然已經(jīng)實現(xiàn)機械化及智能化，工作面的安全生產(chǎn)得到了很好的保障，降低了工作人員的勞動強度，但隨著開采深度的增加和采區(qū)的不斷延伸，導(dǎo)致主運輸和輔助運輸距離越來越長的問題也較為凸顯，架空乘人裝置的使用將大大緩解輔助運輸距離長造成人員工作時間長的問題。