斜井架空乘人索道在非煤礦山的研究與應(yīng)用分析

潘忠濤

（山東省冶金設(shè)計院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

架空索道是一種將鋼絲繩架設(shè)在支承結(jié)構(gòu)上作為運(yùn)行軌道，用以運(yùn)輸物料或人員的運(yùn)輸系統(tǒng)，在我國冶金、煤炭以及旅游等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。架空索道既可安裝于地面，也可安裝于礦井巷道里。在井下礦山開采工程中，人員上下主要方式有豎井罐籠、斜井人車，斜井架空乘人索道最初是作為輔助運(yùn)輸，緩解提升井的提升壓力。近年來，我國架空索道發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，架空乘人索道具有運(yùn)行安全可靠、投入低、動力消耗小、操作簡單、運(yùn)送效率高等特點(diǎn)，是一種新型的現(xiàn)代化礦山井下輔助運(yùn)輸設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煤礦斜井或平巷運(yùn)送人員，但在非煤礦山的應(yīng)用并不常見。通過對斜井架空乘人索道的研究并以某耐火黏土礦為例進(jìn)行架空索道的選型計算，可為其他同類型架空乘人裝置在非煤礦山的應(yīng)用與設(shè)計給予理論指導(dǎo)和可靠依據(jù)。

1 概述

架空索道應(yīng)用很廣，種類很多，按用途主要分為貨運(yùn)索道和客運(yùn)索道兩大類。實(shí)踐證明，它是最適應(yīng)山區(qū)特點(diǎn)的比較靈便的運(yùn)輸方式，對中、小型礦山意義更大。在露天礦山中，架空索道一般用于運(yùn)送礦石或廢石，也有少數(shù)礦山用于運(yùn)送人員；在地下礦山中，架空索道一般用于運(yùn)送人員。斜井架空乘人索道屬于客運(yùn)索道，適用于傾角不大于25°的斜巷或斜井，用于礦井上下人，可緩解豎井的提升壓力，縮短人員上下井時間，多用于用帯式輸送機(jī)提升的斜井，布置在主斜井帶式輸送機(jī)一側(cè)，也可作為大巷、水平聯(lián)絡(luò)斜巷及采區(qū)上下山的運(yùn)人設(shè)備。由于斜井架空乘人索道在非煤礦山的應(yīng)用并不常見，因此，下面以某耐火黏土礦擴(kuò)界區(qū)開采工程為例，對斜井架空乘人索道的應(yīng)用進(jìn)行研究。

2 結(jié)構(gòu)特征與工作原理

架空索道按運(yùn)行方式可為單線循環(huán)式、雙線循環(huán)式、雙線往復(fù)式。斜井架空乘人索道屬于單線循環(huán)式客運(yùn)索道，即僅有運(yùn)載索，客車在線路上循環(huán)運(yùn)行，用于運(yùn)輸人員的索道系統(tǒng)，主要由電動機(jī)、減速器、控制裝置、剎車裝置、導(dǎo)繩輪、牽引繩、支架、吊椅及拉緊裝置等組成，活動吊椅架空人車還有上、下機(jī)站裝置。

斜井架空乘人索道又叫井下索道架空人車，俗稱“猴車”，是通過移動的無極架空索道，牽引乘人吊椅運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)運(yùn)人的一種系統(tǒng)。其具體工作原理是：將鋼繩安裝在驅(qū)動輪、托繩輪和尾輪上，并經(jīng)設(shè)有重錘的張緊裝置拉緊后，由驅(qū)動裝置的電機(jī)輸出動力帶動減速機(jī)上的驅(qū)動輪和鋼絲繩作循環(huán)無極運(yùn)行，吊椅則通過抱索器鎖緊在運(yùn)行的鋼絲繩上，隨鋼絲繩上行或下行，實(shí)現(xiàn)輸送礦工的目的。其中鋼絲繩通過尾部張緊裝置張緊后，維持鋼絲繩在托繩輪之間的撓度和張力。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 開拓系統(tǒng)概況

某耐火黏土礦擴(kuò)界區(qū)開拓系統(tǒng)服務(wù)的對象為擴(kuò)界區(qū)-450～-790m標(biāo)高之間的礦體，設(shè)1條豎井，2條盲斜井：主豎井井口標(biāo)高+140m，最低提升水平-450m，采用多繩雙罐籠提升方式；一級提升盲斜井井口標(biāo)高-450m，井底標(biāo)高-650m，傾角14.5°，采用雙鉤礦車組提升方式；二級提升盲斜井井口標(biāo)高-650m，井底標(biāo)高-790m，傾角14.5°，采用雙鉤礦車組提升方式。主豎井與一級盲斜井、二級盲斜井形成三級接力提升系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)擴(kuò)界區(qū)15萬t/a礦石的提升以及設(shè)備、材料、人員升降任務(wù)。

3.2 方案選擇

根據(jù)開拓系統(tǒng)，礦山－450m水平以上為主豎井，－450m水平以下為兩級接力盲斜井。對于人員運(yùn)送，因?yàn)樾本股畛^50m，所以考慮機(jī)械升降人員，本次設(shè)計根據(jù)該礦井下采礦工藝及提升系統(tǒng)特點(diǎn)篩選出3種人員運(yùn)送方案進(jìn)行比較：

方案Ⅰ：豎井罐籠+斜井人車；方案Ⅱ：豎井罐籠+固定吊椅斜井架空乘人索道；方案Ⅲ：豎井罐籠+活動吊椅斜井架空乘人索道。

當(dāng)前，斜井人車為非煤礦山斜井升降人員的主要方式，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須具有可靠的斷繩保險裝置等。斜井架空乘人索道運(yùn)輸與斜井人車運(yùn)輸相比，具有安全性高、運(yùn)送能力大、動力小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但這種方式局限性大，專用于人員運(yùn)送，設(shè)備利用率低。

斜井架空乘人索道分為固定吊椅型和活動吊椅型兩種。固定吊椅乘人索道，吊椅采用固定抱索器，所有吊椅隨索道循環(huán)運(yùn)行，不需要在井上、井下設(shè)置吊椅存放位置，工人上下車與活動吊椅相比更簡單、安全，便于礦井安全管理。由于正常運(yùn)行中吊椅不可取下，所以固定吊椅乘人索道不能安裝于提升斜井中，可設(shè)在通風(fēng)行人的斜井中。

活動吊椅架空乘人索道是近幾年才發(fā)展起來的新型架空乘人系統(tǒng)，吊椅采用卡鉗式活動抱索器，吊椅可取下，人員可在靜止?fàn)顟B(tài)下上下車。在上人地點(diǎn)，將活動吊椅掛在滑道上靠自重滑入鋼絲繩，自動卡緊運(yùn)行，至下人地點(diǎn)吊椅可自動脫離鋼絲繩?；顒拥跻纬巳怂鞯赖谋Ｗo(hù)裝置較固定吊椅乘人索道更加完善，安全性更好，既可設(shè)于通風(fēng)行人的斜井中，也可安裝于提升斜井中，當(dāng)不需要升降人員時，可將乘人吊椅懸于斜井兩壁或牽引繩上以便提升車輛安全通過，做到了一井多用。但該方案需要在井口房或井底等候室通道單獨(dú)設(shè)置吊椅存放位置，工人要扛著吊椅上下車，增加了工人的負(fù)擔(dān)。

綜上所述，3種方案互有優(yōu)劣。另外，目前該礦老礦區(qū)1#副斜井、二號下山等均采用架空乘人索道運(yùn)送人員，運(yùn)行狀況良好，生產(chǎn)人員對乘人索道的使用非常熟練。因此結(jié)合礦山生產(chǎn)實(shí)際情況，對于本次擴(kuò)界區(qū)人員運(yùn)送方式，推薦方案Ⅲ：豎井罐籠+活動吊椅斜井架空乘人索道。

3.3 設(shè)備選型

下面以一級盲斜井為例，進(jìn)行斜井架空乘人索道的選型計算。一級盲斜井井口標(biāo)高－450m，最低水平標(biāo)高－650m，井筒傾角14.5°，斜長798.8m。

（1）主要設(shè)計參數(shù)。預(yù)選鋼絲繩6×19S+FC－1670－φ22，質(zhì)量p=1.78kg/m；鋼絲繩運(yùn)行速度v初選1m/s；吊椅間距λ1設(shè)定為15m，運(yùn)輸效率Q=3600×v/λ1=240人次/h；托索輪間距λ2取8m；驅(qū)動輪繩槽與牽引鋼絲繩的摩擦系數(shù)μ=0.25；牽引繩在驅(qū)動輪上的圍包角α=1800。

（2）牽引鋼絲繩張力計算，主要有：①動力運(yùn)行（S1－S2＞0）：最小張力點(diǎn)張力Smin=17462N，下放側(cè)無人乘坐而上升側(cè)滿員時，鋼絲繩張力差最大，此時S1=37246N，S2=20617N，S1/S2=1.8＜eμα，滿足防滑要求。②制動運(yùn)行（S1－S2＜0）：最小張力點(diǎn)張力Smin=17462N，下放側(cè)滿員而上升側(cè)無人乘坐時，鋼絲繩張力差最大，此時，S1=23408N，S2=34306N，S2/S1=1.5＜eμα，滿足防滑要求。

（3）設(shè)備選擇，主要有：①電機(jī)：Y2－250M－6型，功率37kW，轉(zhuǎn)速980r/min，電壓380V。②鋼絲繩：6×19S+FC型，直徑?22mm，Ps=1.78kg/m，最小鋼絲破斷拉力總和Qp=324.138kN，抗拉強(qiáng)度1670Mpa，安全系數(shù)8.7＞6。③驅(qū)動輪及尾輪：直徑1.4m。④吊座：間距15m。⑤重錘拉緊：拉緊行程10m，重量50kg/塊，數(shù)量10塊。⑥減速機(jī)：TB3HV11－71型，傳動比i=71，輸入功率89kW，輸出轉(zhuǎn)矩60kN.m。⑦工作制動器：YWZ－400/45，制動力矩1000N.m。⑧液壓輪邊制動器：YLBZ25－160，制動力42kN。

4 結(jié)語

（1）斜井架空乘人索道運(yùn)輸與斜井人車運(yùn)輸相比，安全性高，運(yùn)送能力大，動力小，設(shè)備簡單，運(yùn)行安全可靠，易實(shí)現(xiàn)自動化操作，勞動定員少。

（2）固定吊椅架空乘人索道，所有吊椅隨索道循環(huán)運(yùn)行，工人上下車簡單、安全，不能安裝于提升斜井中。

（3）活動吊椅架空乘人索道，吊椅可取下，人員可在靜止?fàn)顟B(tài)下上下車，保護(hù)裝置更完善，安全性更好。既可設(shè)在通風(fēng)行人的斜井中，也可安裝在提升斜井中，做到一井多用。