煤礦架空乘人裝置安全保護設備設計

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摘要:針對煤礦架空乘人裝置在運行過程中出現斷軸、掉繩、乘人間距不統一等問題，設計了煤礦架空乘人裝置安全保護設備。這一安全保護設備由斷軸保護裝置、乘人間距識別裝置、防掉繩保護裝置組成，能夠有效保護煤礦斜井人員運輸的安全性。介紹了這一安全保護設備的結構和工作原理，分析了各組成結構的優點。

關鍵詞:煤礦；架空；人員；運輸；安全

1設計背景

煤礦架空乘人裝置是煤礦的重要輔助運輸設備，特別是在斜井運輸中，架空乘人裝置的使用提高了施工人員的運輸效率，縮短了上下井時間，并且保證了施工人員的人身安全。在實際運輸過程中，煤礦架空乘人裝置存在一些安全隱患，主要表現在設備掉繩、斷軸等，威脅運輸安全。筆者以龍頂山煤礦為例，為煤礦架空乘人裝置設計了一套安全保護設備。龍頂山煤礦斜井斜長380m，上平巷長50m，井口處有天輪，下平巷長70m，斷面最小尺寸為3．6m高、4m寬，最大坡度為20°。巷道兩處變坡，中間有軌道，軌道兩側安裝架空乘人裝置。巷道中部9號煤層處要設置人員出入口平臺，架空乘人裝置橫梁底部距離軌道底不得小于2．6m。9號煤層人員出入口平臺可以安裝在岔道口或岔道口向下約15m處，需要在巷道兩側預留吊椅存放位置，長度約為10m。

2安全保護設備結構

為了保證煤礦架空乘人裝置的運行安全，避免輔助運輸事故發生，決定為煤礦架空乘人裝置設計一套安全保護設備。煤礦架空乘人裝置安全保護設備由斷軸保護裝置、乘人間距識別裝置、防掉繩保護裝置組成。

2．1斷軸保護裝置

斷軸保護裝置為卡鉗式，共計三套，均布在驅動輪四周。斷軸保護裝置的框架由厚度為50mm的鋼板焊制而成，柱體為長方形，長度為500mm，寬度為300mm。柱體的上方焊接底座，底座上安裝四根固定錨桿。在柱體上焊接兩個卡鉗，卡鉗上分別安裝兩個滑輪，卡鉗的間距為150mm。斷軸保護裝置結構如圖1所示。

2．2乘人間距識別裝置

乘人間距識別裝置由傳感器、聲光報警裝置、可編程序控制器組成。傳感器、聲光報警裝置通過信號線與可編程序控制器連接，傳感器安裝在乘人地點前方5～10m處的頂板上，聲光報警裝置安裝在乘人側巷幫上。

2．3防掉繩保護裝置

防掉繩保護裝置在原托繩裝置的基礎上進行優化改進，主要由固定架、正反向托繩輪組成。固定架由長度為650mm、寬度為80mm的槽鋼焊接而成。在槽鋼一端焊接一個底座，底座上有兩個直徑為25mm的圓孔。在固定架上有兩個直徑為35mm的圓孔，孔間距為400mm。防掉繩保護裝置結構如圖2所示。

3工作原理

3．1斷軸保護裝置

斷軸保護裝置底座與頂板固定，卡鉗與驅動輪形成360°均布配置，卡鉗上的兩個滑輪與驅動輪接觸。驅動輪運轉時，三套斷軸保護裝置對驅動輪產生一個向上的托力，防止驅動輪承載力過大時出現斷軸事故。在驅動輪運轉時，卡鉗上的滑輪與驅動輪接觸滑動，保證斷軸保護裝置的固定穩定性。

3．2乘人間距識別裝置

當傳感器監測到有人員乘坐時，傳感器及時將信號傳送至可編程序控制器，聲光報警裝置發出“正在通過，注意安全”語音提示。當乘人間距符合設計要求時，報警裝置發出“可以通過，注意安全”語音提示，架空乘人裝置正常運行。當乘人間距小于設計間距時，報警裝置發出“乘人間距過近，請等待”語音提示，架空乘人裝置停止運行，待調整乘人間距后人工重啟，方可繼續運行。

3．3防掉繩保護裝置

將直徑為240mm的兩個托繩輪通過軸承安裝在固定架上，兩個托繩輪正反向安裝。托繩輪安裝后能夠在軸承上活動，兩個托繩輪側面處于同一平面，間距控制為18mm，誤差不大于2mm。使用時，將鋼絲繩安裝在滑輪組中間間隙處，使鋼絲繩在運行時不會掉落，乘人座椅能順利通過不產生卡殼，提高架空乘人裝置運行的安全穩定性。

4安全保護設備特點

4．1斷軸保護裝置

斷軸保護裝置結構簡單，制造成本低，便于安裝維護。可根據驅動輪承載的載荷來確定斷軸保護裝置的安裝數量。斷軸保護裝置加工方便，占用空間小，安裝后對架空乘人裝置運行的影響小。傳統煤礦架空乘人裝置主要采用轉軸連接驅動輪，驅動輪不具有任何斷軸保護裝置，在乘人高峰期或長期運轉情況下，驅動輪會出現疲勞現象，導致斷軸、軸承變形等故障。安裝斷軸保護裝置后，不會影響驅動輪正常運行，而且斷軸保護裝置對驅動輪施加承載作用力，減小驅動輪的承載質量，可以有效避免斷軸事故的發生。

4．2乘人間距識別裝置

乘人間距識別裝置主要利用傳感器及可編程序控制器進行聯鎖控制，與傳統人工控制相比，動作靈敏可靠，自動化水平高，精度高，故障率低，便于檢修維護。乘人間距識別裝置能夠實時識別乘人間距，乘人間距識別誤差控制在200～500mm范圍內。乘人間距識別裝置可以對人員起到保護作用，避免乘人高峰期因乘人間距過近引起架空乘人裝置急停，或架空乘人裝置重啟時造成撞人、倒轉等事故，大大提高架空乘人裝置的安全性能。

4．3防掉繩保護裝置

防掉繩保護裝置結構簡單，取材方便，制造成本低，便于安裝、維護。可根據斜井角度適當增加防掉繩保護裝置的數量。防掉繩保護裝置對于地質條件、施工環境的局限性小，可用于煤礦、隧道、橋梁等領域，實用性強。傳統煤礦架空乘人裝置承載鋼絲繩的滑輪為單滑輪，鋼絲繩鋪設在滑輪上方，一旦出現鋼絲繩抖動或承載力過大的情況，很容易出現掉繩現象。防掉繩保護裝置中，兩個托繩輪在豎直平面上垂直安裝，從而將鋼絲繩固定在有限空間內，有效防止掉繩現象。

5結束語

筆者為龍頂山煤礦架空乘人裝置設計安裝了一套安全保護設備，并進行6個月的實際應用。安裝安全保護設備后，煤礦架空乘人裝置未發生一起斷軸、掉繩事故，乘人間距與設計值誤差控制在200～500mm，大大提高了煤礦架空乘人裝置的運行穩定性，故障率由原來的15%降低至3%以下，全年可節約煤礦架空乘人裝置維修費用20余萬元，取得了顯著的應用效果。

作者:武永斌 單位:山西高平科興龍頂山煤業有限公司