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)上作為運行軌道，用以運輸物料或人員的運輸系統(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)域日益擴大，架空乘人索道具有運行安全可靠、投入低、動力消耗小、操作簡單、運送效率高等特點，是一種新型的現(xiàn)代化礦山井下輔助運輸設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煤礦斜井或平巷運送人員，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索道和客運索道兩大類。實踐證明，它是最適應(yīng)山區(qū)特點的比較靈便的運輸方式，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送礦石或廢石，也有少數(shù)礦山用于運送人員；在地下礦山中，架空索道一般用于運送人員。斜井架空乘人索道屬于客運索道，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提升的斜井，布置在主斜井帶式輸送機一側(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界區(qū)開采工程為例，對斜井架空乘人索道的應(yīng)用進行研究。

2 結(jié)構(gòu)特征與工作原理

架空索道按運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)式客運索道，即僅有運載索，客車在線路上循環(huán)運行，用于運輸人員的索道系統(tǒng)，主要由電動機、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，牽引乘人吊椅運動，實現(xiàn)運人的一種系統(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)動裝置的電機輸出動力帶動減速機上的驅(qū)動輪和鋼絲繩作循環(huán)無極運行，吊椅則通過抱索器鎖緊在運行的鋼絲繩上，隨鋼絲繩上行或下行，實現(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)用實例

3.1 開拓系統(tǒng)概況

某耐火黏土礦擴界區(qū)開拓系統(tǒng)服務(wù)的對象為擴界區(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。對于人員運送，因為斜井垂深超過50m，所以考慮機械升降人員，本次設(shè)計根據(jù)該礦井下采礦工藝及提升系統(tǒng)特點篩選出3種人員運送方案進行比較：

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輸與斜井人車運輸相比，具有安全性高、運送能力大、動力小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但這種方式局限性大，專用于人員運送，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，將活動吊椅掛在滑道上靠自重滑入鋼絲繩，自動卡緊運行，至下人地點吊椅可自動脫離鋼絲繩。活動吊椅乘人索道的保護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送人員，運行狀況良好，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)實際情況，對于本次擴界區(qū)人員運送方式，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；鋼絲繩運行速度v初選1m/s；吊椅間距λ1設(shè)定為15m，運輸效率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動力運行（S1－S2＞0）：最小張力點張力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制動運行（S1－S2＜0）：最小張力點張力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：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：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輸與斜井人車運輸相比，安全性高，運送能力大，動力小，設(shè)備簡單，運行安全可靠，易實現(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。