架空乘人装置一机两巷运输设计和实践

张天山，程宝军，陈跃朋

（郑煤集团新郑煤电有限责任公司，河南 新郑 451100）

架空乘人装置是煤矿用于人员运输的一种常见运输设备，该设备具有对巷道坡度适应性强、运输距离长及安全系数高等特点，能够有效降低员工劳动强度，是各大型煤矿首选的人员运输设备［1］。架空乘人装置因其设备特点，通常只能安装在直巷内，如果有多条行人巷道时，需在每条行人巷道内均安装一部架空乘人装置，导致设备投入成本高、固定司机岗位增多等问题。为研究架空乘人装置一个驱动轮运输两条巷道的可行性，以新郑煤电有限公司两条相连接的巷道为例，进行架空乘人装置一机两巷运输技术研究，以达到降低设备投入、减少固定岗位的目的，从而提高矿井经济效益。

郑煤集团新郑煤电有限公司位于河南省新镇市辛店镇境内，矿井核定生产能力300万t/a。井下共分为5个采区，目前生产采区3个，分别为11采区、12采区、14采区，22采区、24采区为准备采区，两个准备采区位于矿井西翼。矿井运煤系统为带式输送机运输，运料系统为矿车运输，矿井主要水平大巷及采区人员运输主要采用架空乘人装置运输。目前，矿井西翼采区的西翼运输大巷已掘进到位，巷道长度1 150 m，计划安装架空乘人装置。由于该巷与14采区通风行人联巷相连，且14采区通风行人联巷内未安装架空乘人装置，按照常规安装方法，两巷夹角为90°，需安装两部架空乘人装置。经现场调研，14采区通风行人联巷巷道长度仅650 m，且两条巷道坡度均为4°～6°，平均坡度为5°，拟采用一机两巷运输方式，即一部架空乘人装置负责两条巷道人员运输。为此，需根据巷道参数以及架空乘人装置相关参数与要求进行理论验算，以验证一机两巷运输方案的可行性。

设计采用RJHY1320型架空乘人装置，驱动轮安装在西翼运输大巷上部机头硐室内，出绳侧先经90°转向立轮变向至14采区通风行人联巷，再经14采区通风行人联巷末端的2×90°转向轮回绳，回绳至14采区通风行人联巷口处再经90°转向立轮变向至西翼运输大巷内，最后经西翼运输大巷末端的回绳轮回绳至驱动轮。运输总长度L=650+1 150=1 800 m，平均坡度为5°，运输方案如图1所示。

图1 一机两巷运输方案

为验证一机两巷运输方案的可行性，需结合现场实际对架空乘人装置各项运输数据进行计算，明确运输所需电机功率，以验证所选架空乘人装置型号是否满足一机两巷运输。

3.1 架空乘人装置基本参数确定

（1）吊椅选择：根据两条巷道位置关系及累计运输长度，人员乘坐至两巷交叉点处需执行换乘，且吊椅过90°转向立轮期间可能出现掉绳现象，因此吊椅应选用可摘挂式吊椅［2］。

（2）运行速度：按照《煤矿用架空乘人装置安全检验规范》规定，可摘挂抱索器乘人装置的运行速度不应超过2 m/s；
活动抱索器乘人装置应能实现乘员静止上下，运行速度不超过3.0 m/s［3］。根据吊椅选用形式，并明确乘员为静止上下，架空乘人装置运行速度：

式中：i为预选的RJHY1320型架空乘人装置配套的M3RVSF70型减速机，减速比50∶1；
n为预选的RJHY1320型架空乘人装置配套的YBK2-315M-4型电动机转速1 480 r/min，电机功率为132 kW；
D为预选的RJHY1320型架空乘人装置配套驱动轮直径，直径1.52 m。计算得出运行速度为2.35 m/s，不超过3 m/s，运行速度满足相关规定要求。

（3）人员乘坐间距：按照《煤矿用架空乘人装置安全检验规范》规定：“相邻两吊椅沿牵引钢丝绳方向的间距应不小于牵引钢丝绳5s的运行距离，且应不小于5 m”［3］。则吊椅间距λ1=5V=5×2.35=11.8 m，考虑现场实际为非均匀运输，设定吊椅间距λ1为15 m。

（4）运输效率：单侧运送效率Qr=3 600×v/λ1=561人次/h

（5）钢丝绳规格：钢丝绳直径22 mm；
每米质量1.78 kg/m；
托绳轮间距λ2为预安装间距6 m；
钢丝绳与绳槽轮盘摩擦系数μ=0.25；
钢丝绳与驱动轮绳槽轮盘围包角α=360°。

3.2 钢丝绳张力计算

为简化计算，将运输形式简化如图2所示，S1为驱动轮回绳侧张力；
S2为驱动轮出绳侧张力；
S3为回绳轮进绳侧张力；
S4为回绳轮回绳侧张力。

图2 运输形式简化图

（1）最小张力计算

式中：C为钢丝绳的挠度系数，取1 000；
q0为钢丝绳质量，取1.78 kg/m；
重力加速度g取9.8 m/s2。

（2）各点张力计算

①当下行侧空载，上行侧满载时，该状态下设备以动力运行为主，此时线路运行阻力：

各点张力：

式中：Q1为人均重量，取90 kg；
Q2为单个吊椅重量，取12 kg；
L为架空乘人装置运行路线全程长度，1 800 m；
ω为架空乘人装置动力运行时阻力系数，取0.02。

②当下行侧满载，而上行侧空载时，该状态下设备以制动运行为主，此时线路运行阻力为：

各点张力：

式中：ω为牵引架空乘人装置动力运行时阻力系数，取0.01。

3.3 驱动轮防滑验算

当下行侧空载，上行侧满载时，该状态下设备以 动 力 运 行 为 主，且S1＞S2，S1＞S2=34 832.4/19 728.4=1.765＜eμa，符合要求；
eμa=4.8。

当下行侧满载，而上行侧空载时，该状态下设备以制动运行为主，且S1＜S2，S1/S2=20 667.8/29 127.4=0.709＜eμα，符合要求；
eμa=4.8。

式中：eμa为驱动轮间与钢丝绳的静摩擦力，其中，钢丝绳与钢丝绳摩擦系数μ=0.25；
轮盘上钢丝绳的围包角α=360°。

3.4 所需电机功率计算

（1）当驱动轮处于动力运行状态下：

式中：Kμ为电动机功率备用系数，一般为1.1～1.3，取1.3；
η为传动功率，取0.8。

（2）当驱动轮处于制动运行状态下：

式中：2.4为通过变频调速后的钢丝绳最大运行速度，m/s。

通过一机两巷运输方案可知，架空乘人装置在运行过程中，有4个90°变向，如图1所示。根据《中国现代煤矿辅助运输》中运行阻力计算公式得出，每个90°变向功率需增加3%～5%，按5%计算，4个90°变向功率需增大20%［4］，按动力运行状态下所需功率计算，则所需功率应为：55.7×120%=66.84 kW。

考虑因运量增加、设备大功率启动等因素，需增加一定的富余系数，一般取1.5［5］，则所需设备功率不低于：66.84×150%=100.26 kW。选取的RJHY1320型架空乘人装置，其配套电动机功率为132 kW＞100.26 kW，满足一机两巷运输要求。

通过理论验算选用的RJHY1320型架空乘人装置满足一机两巷运输要求后，在新郑煤电公司14采区通风行人联巷及西翼运输大巷进行安装。该架空乘人装置安装后运行稳定，成功实施一机两巷运输方案。通过该方案，减少一部架空乘人装置驱动部分的投入32万元，同时，每班减少架空乘人装置固定司机岗位2人，每天减少6人，每年可节约人工费用约42万，另每年可节约设备维护及电费等约80万元，为矿井节支降耗作出贡献。

新郑煤电公司14采区通风行人联巷及西翼运输大巷内成功实施架空乘人装置一机两巷运输。现场实践结果表明，在一定条件下，通过对架空乘人装置各项运输数据进行计算，确定架空乘人装置所需电机功率，进而选择满足需要的架空乘人装置，即可实施架空乘人装置一机两巷运输，达到矿井节支降耗的目的。．