礦井軌道巷架空乘人裝置及無極繩絞車的選型核驗研究

董 明

(山西省長治經坊煤業有限公司， 山西 長治 047100)

1 前言

經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場地內，分別擔負主、輔提升任務。主斜井傾角22°，斜長517m，安裝1.0m寬的帶式輸送機；副斜井傾角20°，斜長519m，安裝一臺GKT2×2×1- 20型絞車及架空乘人器。

現開采3號煤層，3號煤層為單水平開拓，副斜井井底車場水平標高為+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、醫務室等硐室。主斜井設有井底煤倉。進風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號煤層共劃分9個采區，一至四采區已經開采完畢，現開采五采區和七采區。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、六采區巷道；北集中大巷至北部區域中部，布置七、八、九采區巷道；開拓巷道均沿煤層布置，每組布置3條，分別布置主運輸大巷、軌道大巷及回風大巷。

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

各種車輛型號及數量見表1。

表1 采區車輛配備和特征一覽表

2 八采區軌道巷架空乘人裝置選型核驗

2.1 架空乘人裝置選型參數

八采區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°。

預選架空乘人裝置的驅動輪直徑D=1.4m；鋼絲繩運行速度V= 0～1.8m/s，無級可調。

預選鋼絲繩為22NAT6×31WS+FC1670(q0=1.78kg/m，抗拉強度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。則最大運輸效率Q=3 600×V/λ1=648人次/h。

架空乘人裝置計算模型如圖1所示。

圖1 架空乘人裝置計算模型

2.2 牽引鋼絲繩張力檢驗

1)最小張力

Fmin=C×q0×g

(1)

式中：Fmin——最小張力點的張力， N；

C——鋼絲繩的撓度系數,取C=1 000；

q0——預選牽引鋼繩的每米質量，1.78kg/m；

g——重力加速度，g=9.8m/s2。

計算得出，Fmin=1 000×1.78×9.8=1 7444N。

2)各特征點張力的計算

當下放無人乘座而上升時滿員,線路運行阻力為[1]

f上=[q0+(Q1+Q2)/λ1](ωcosα+sinα)Lg

(2)

f下=q0×(ωcosα-sinα)Lg

(3)

式中：F1——驅動輪進繩側鋼絲繩張力；

F2——驅動輪出繩側鋼絲繩張力；

F3——迂回輪進繩側鋼絲繩張力；

F4——迂回輪出繩側鋼絲繩張力；

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。

各特征點張力：F3=Fmin=17 444N，F4=1.01F3=17 618N，F1=F4+f上=30 297N，F2=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；

Fmax——最大張力點張力。

計算得出，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 驅動輪直徑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的驅動輪和尾輪，符合要求。

3 西二集中軌道大巷及八采區軌道大巷無極繩絞車選型計算

在西二集中軌道大巷及八采區軌道大巷設無極繩連續牽引車，擔負輔助運輸任務。無極繩連續牽引車可運輸的最大件重量20t(液壓支架，整體運輸)，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

鋼絲繩單位長度質量為

(5)

式中：P——鋼絲繩單位長度質量，kg/m;

q——最大件質量，取20 000kg；

q0——大件平板車自重，取1 500kg；

w——平板車阻力系數，取0.015；

Smin——鋼絲繩最小張力, 取2 940N；

f——鋼絲繩阻力系數，取0.25；

δB——鋼絲繩抗拉強度，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[2]，西二集中軌道大巷無極繩牽引車運輸m=3.03，八采區軌道大巷無極繩牽引車運輸m=3.72；

L——運輸距離；

g——重力加速度，g=9.8m/s2；

β——巷道傾角。

式中，重車上坡運行取“+”號，重車下坡運行取“-”號。

經計算，西二集中軌道大巷P=0.684kg/m，八采區軌道大巷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 各點張力計算

無極繩牽引車運輸系統如圖2所示。

圖2 無極繩牽引車運輸系統

1)空、重車段阻力

空車向上運輸時阻力為

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

(6)

重向向下運輸時阻力為

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

式中：i——線路平均坡度，‰，i=sinβ。

2)各點張力計算

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

K為鋼絲繩繞導向輪的阻力系數，取1.06。

經計算，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，FC>S5-S1=7 436.4-2940=4 496.4N。

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

4 結論

對八采區軌道的巷架空乘人裝置及無極繩絞車進行了選型核驗，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軌道大巷無極繩絞車選用SQ- 90/132型無極繩牽扯引車。