無極繩絞車運輸系統改進研究

陳慧強

(山西焦煤汾西礦業中興煤礦,山西 交城 030500)

隨著煤礦綜合自動化、智能化水平的不斷提升,井下運輸系統也不斷向智能化方向發展,但是井下廣泛應用的無極繩絞車運輸系統卻普遍面臨保護、通訊等裝置缺失,絞車依靠三聯按鈕控制電機實現啟停控制,無法實現絞車安全高效運行[1-4]。山西某礦井下輔助運輸廣泛使用無極繩絞車,但是由于井下輔助運輸系統輔助、運輸量大以及輔助運輸涉及的安全管理環節多等,導致輔助運輸系統安全系數較低且運行效率不高。為進一步提高無極繩絞車輔助運輸效率,礦井決定對無極繩絞車運行系統進行優化改進,確保無極繩絞車安全可靠運行。

1 無極繩絞車運輸系統概況

山西某礦開采煤層包括有3號、7號、9號、10號和13號等,井田開采范圍內煤層賦存穩定,原設計產能為90萬噸/年,經過多次技改現產能提升至300萬噸/年。礦井產能提升后,為更好地適應井下生產需要,輔助運輸系統由液壓絞車升級為無極繩絞車。輔助運輸系統使用的無極繩絞車具有結構簡單、用途廣泛、適應性強等優點。現階段井下共布置有27臺無極繩絞車,通過絞車間相互搭接實現井上下設備、物料等運輸工作。無極繩絞車推廣應用大幅提升了井下輔助運輸效率、降低作業勞動強度,但是受井下環境惡劣、輔助運輸巷道底板不平整、無極繩絞車自身結構限制等,導致無極繩絞車在使用期間故障發生率較高,如尾輪固定不牢固、掉道等,影響設備使用效率。對2021年井下無極繩絞車(共計15臺)使用情況進行統計分析,發現全年共發生車輛碰撞、掉道以及剮蹭等10起事故,影響井下輔助運行工作安全開展。

2101綜采工作面設計開采10號煤層,采面設計推進長度為1 950 m,采用無極繩絞車實現綜采設備運輸、安裝,絞車運輸距離達到2 130 m,具體使用的絞車技術參數如表1所示,結構包括有主機、梭車、壓繩輪、液壓系統、尾輪以及電控系統等。2101綜采工作面所使用的材料及物資均由采區變電所附近的材料倉庫提供,具體采面輔助運輸路線為2101輔運巷—2210運輸巷—2209運輸巷—采區臨時變電所。

表1 無極繩絞車技術參數

2 無極繩絞車運輸系統改進

2.1 無極繩絞車固定及尾輪改進

井下無極繩絞車安裝方式包括有集中巷道混凝土安裝、采面回采巷道臨時安裝等,回采巷道內無極繩絞車臨時安裝難度大,因此必須對安裝設施、使用設備等進行改進。

2.1.1 無極繩絞車固定改進

由于采面推進速度較快,要求回采巷道內布置的無極繩絞車頻繁拆卸、安裝及移動,為降低設備磨損程度、提升拆卸及安裝效率、節能時間,可先將無極繩絞車固定到可沿著軌道移動的平板車上,具體布置如圖1所示。

圖1 軌道上無極繩絞車固定示意

在實際使用過程中,無極繩絞車由于負載高、設備重心高等,導致絞車緊繩爬車裝置嚙合齒輪容易拉開,嚴重時導致跑車事故,因此為確保使用安全可在爬車緊繩后增加防護繩,具體如圖2所示[5-6]。

圖2 防護繩布置示意

2.1.2 尾輪改進

采煤工作面回采巷道為確保無極繩絞車輪在軌道中心快速安裝,以便使得運輸設備及物料的梭車直接進入切眼,一般使用專用小尾輪。但是在現場使用過程中,小尾輪容易出現故障,進而影響采面運輸工作,成為采面輔助運輸的薄弱環節[7-9]。為此,對無極繩絞車小尾輪及時改進,具體將尾輪直徑由300 mm改進為500 mm,尾輪用柱狀雙軸承且適當加粗軸徑。改進后尾輪在后續大坡度、重載運輸環境下未再出現故障。

2.1.3 增加防護梁

無極繩絞車在運輸液壓支架、采煤機零部件等時,由于運輸部件較重且體積大,容易導致運輸的部件碰壞梭車滾筒,進而影響輔助運輸效率。為此,在梭車滾筒上增加由工字鋼焊接而成的防護梁,結構簡圖如圖3所示,以便實現滾筒保護,避免損壞。

2.2 綜合保護裝置應用

為提升無極繩絞車運行安全系數,將綜合保護裝置應用到無極繩絞車運行控制中,采用的綜合保護裝置具備有速度顯示、位置顯示、沿線急停閉鎖、正反向啟動、泄露通信、機頭及機尾過卷保護、語音廣播、彎道岔道報警等功能。

圖3 防護梁布置示意

綜合保護裝置主機參數為:額定工作電壓為AC127 V,額定工作電流為0.5 A;輸入1路頻率量信號、12路開關量信號,輸出4路常開節點信號;泄露通信機使用調頻制調節方式,異頻單工工作方式,發射及接收頻率分別48.942 MHz、34.950 MHz.在無極繩絞車沿線的彎道、岔道、變坡點等特殊位置安裝聲光報警裝置,當梭車經過上述特殊位置時,報警裝置會發出“正在行車、不準行人”等警報,同時報警裝置上LED燈會顯示上述報警文字,提醒附近行人梭車即將通過,提高無極繩絞車使用安全性,降低安全事故發生頻率。

2.3 制動改進

傳統絞車制動通過單機對輪處制動并在減速器側安裝制動器,此種制定方式僅能滿足工作制動及絞車正常運行期間制動需求,當出現軸承變形、減速器短軸等異常情況時,制動可能失效,嚴重時出現跑車事故。為此,對無極繩絞車制動進行改進,具體在絞車上新增一套獨立的液壓制動閘,制動閘有獨立的供液系統,通過液壓油缸實現絞車快速制動。正常情況下,使用絞車自身的制動裝置;當出現問題時,使用獨立的液壓制動系統,從而增強絞車的制動效果及可靠性。

增設的液壓制動閘有自動、手動兩種控制方式,一旦檢測到絞車超過正常速度15%時,則液壓制動閘自動制動。現場試驗發現,液壓制動閘提高的制動力超過無極繩絞車牽引力的150%以上。

3 結 語

無極繩絞車是礦井輔助運輸的主要方式之一,可滿足底板起伏較大巷道或者彎曲巷道等使用需要,同時隨著井下大功率、重載設備使用推廣,無極繩絞車具備的運輸能力大、覆蓋范圍廣等優勢更為明顯。文中就針對無極繩絞車使用過程中存在的故障發生率高、效率偏低等問題,從絞車結構、布置方式、綜合保護裝置應用以及制動系統等方面提出改進措施。通過在無極繩絞車上增設防護繩,提高無極繩絞車在軌道上固定可靠性;改進尾輪,提高尾輪可靠性,降低使用過程中故障率;增設安全保護裝置,實現無極繩絞車運輸狀態監測、安全預警及通信等功能;增加獨立供液的液壓制動閘,提高制動系統冗余系統,增強無極繩絞車在故障情況下的制動能力,避免過程中出現跑車情況。

2022年5月,礦井完成井下27臺無極繩絞車改進工作,從現場一個月效果來看,無極繩絞車改進后,其運輸效率得以明顯提升,不僅實現了井下輔助運輸安全可靠進行,而且絞車故障發生率降低至2%以內,設備維修及零部件更換等費用可降低20萬元以上,改進效果顯著。