刘 钊

(山西汾西瑞泰正中煤业有限公司，山西 晋中 031300)

0 引 言

现阶段我国煤矿开采中井下巷道距离越来越长，超过2 km的巷道数量逐渐增加，这些长距离巷道中的下人员运输工作，大多情况下要依靠人员步行，这导致作业人员的体力消耗大，并且受到井下顶板、侧壁等一些潜在隐患威胁，安全事故发生概率增加。因此，井下作业过程中顺槽人员运输工作是煤矿企业现阶段需要改进的重要环节。目前，有不少煤矿企业建有单侧架空行人装置设施，基本上由常规架空乘人装置改造而来，由于缺乏系统性的设计，在实际运行中会出现许多问题，因此设计结构更为紧凑且便于现场安装的小型架空乘人装置是目前进一步解决问题的有效措施。

1 架空乘人装置设计思路和原理

1.1 设计思路

井下作业中，顺槽结构尺寸相对小，其中会设置轨道运输系统或者皮带运输系统，井下人员运输装置可用空间窄小，通过全面调查与分析，参考慢速以及高速架空乘人系统相关技术，提出了设计更加适宜应用在顺槽中的单侧架空乘人装置方案。设计要满足总体积小，装置尾轮部分、托绳轮部分以及吊挂部分等均较易安装活动拆卸的要求，确保现场安装与维护便捷性，且能够实现无人值守操作，便于井下作业人员上下，具有运行安全、可靠的优点。架空乘人装置设计总体参数见表1。

表1 架空乘人装置的总体参数

1.2 设计原理

架空乘人装置由驱动部件、钢丝绳、托绳轮部件、张紧部件、储绳部件、机尾改向部件、托绳轮部件以及乘人座椅等组成。系统运行原理：把钢丝绳安装与驱动绳轮部件、托绳轮部件以及尾部绳轮部件之上，利用张紧装置将其拉紧，在张紧装置中设置有重锤，利用设置的驱动设备提供系统运行动力，带动减速装置中的驱动轮部件与钢丝绳共同完成无极循环操作，而吊椅部件则是借助于抱索器装置和钢丝射紧密的连接，并且和钢丝绳一共完成上/下行运动，以达到运输井下作业人员的目标。

2 架空乘人系统主要结构设计

2.1 驱动结构设计

装置中的驱动结构由电动机装置、减速机装置、驱动绳轮装置及底座等组成，结构示意图如图1所示。

图1 驱动部设计示意图

驱动轮装置按照垂直方向设计，减速机为型号DCY型减速设备，驱动部设计为“一”字形，所有装置依次排开，如此便能确保设备在宽度方向上占用空间减少。其中电机装置和减速机装置间还设计有液压制动装置以及制动器装置，制动装置采用的是失效安全性制动装置，当掉电之后依旧能够完成抱闸操作，确保系统及时停车，最终完成制动操作。

将驱动轮装置与减速机装置的输出轴直接相连，利用压板构件压紧，无需设置驱动轮装置支撑底座，确保所设计系统体积减少，使系统结构更简单，便于操作与维护，适用于空间相对小的巷道运输。驱动部的底座结构采用钢板材料进行焊接处理，在安装电机装置、减速机装置以及制动装置过程中，通过刨床进行整体加工处理，保证各个装置安装过程中尺寸精准，便能显著减少系统运行时产生的噪音。另外，矿井的环境湿度相对较大，因此，利用板焊形式底座结构，与型钢焊接形式底座结构对比，具有更为优良的耐腐蚀性。

2.2 张紧机构的设计

张紧机构由张紧滑轮部件、改向滑轮部件、重锤部件等部件组成，其结构示意图如图2所示。

图2 张紧机构设计示意图

一般情况下，架空乘人装置的张紧机构基本上均在机尾位置后方，现场安装完成以后，没有特殊情况不再移动。在顺槽中应用的架空乘人装置机尾移动相对次数较多，这样确保架空乘人装置适宜巷道长度增加需求。所以，此次设计，未将张紧机构设置在机尾部位后方，而采用前置方式设计，这样便有效减少由于巷道长度不断增加而多次拆装张紧装置的作业量。将主钢丝绳绕过张紧装置中固定于滑轮架上的张紧滑轮部件，在张紧滑轮部件上设置改向轮结构。将张紧绳其中一端与塔架结构中销轴部件锁紧，而钢丝绳的一端则经由小改向轮部件实现改向操作，再经由安装于塔架结构中不同小转向轮部件之后，由塔架顶部位置垂下吊住重锤部件。此种张紧结构整体结构更为简单，所施加的张力属于恒定张力，可确保系统运行更为稳定，同时具有反应迅速的优势。

2.3 储绳机构设计

装置的储绳机构由动滑轮组部件、定滑轮组部件、滑道部件以及防护网部件等组成，其结构示意图如图3所示。

图3 储绳机构设计示意图

储绳机构主要作用是确保架空乘人装置的长度值可以依照顺槽实际的长度变化而实时进行伸缩，当侯车的长度发生改变，会将一些多余钢丝绳储存在此机构中，如此能够有效降低插绳次数，显著减少设备移动消耗的时间。

钢丝绳在动滑轮组以及定滑轮组间来回的绕过相应滑轮部件，在动滑轮部件后借助于设备拉住动滑轮，在回柱机前方设置上相应的固定式生根部件，在每次完成张紧作业后，将动滑轮组牵引绳固定于生根部件之上，从而防止回柱机设备长期受到拉力影响。另外，在滑道中设置有中间托绳辊装置，确保将上方与下方钢丝绳拖住，避免当装置启动或者是换向过程中钢丝绳发生跳动，防止上下钢丝绳由于跳动出现缠绕，有效避免安全事故发生。

2.4 机尾改向机构设计

由于顺槽中的架空乘人装置移动频繁，要求机尾改向机构现场安装以及拆卸简便易行，而且尽可能占用空间小。机尾改向机构由改向滑轮部件、斜拉受力架便以及高度调节部件等部件组成，其结构示意图如图4所示。

图4 机尾改向机构设计示意图

其中斜拉架部件能够承受住机尾所施加的水平拉力，而高度调节部件能够实时的调整尾轮部件实际高度值，这样便能够确保架空乘人装置应用于不同的顶板高度。同时，对于前后固定锚施工过程中误差大的情况，通过高度调整架也可以有效调节。在机尾移动过程中，能够通过人工推移方式移动，不用借助于车辆再次运输，确保机尾移动迅速与便捷。

3 架空乘人装置实际应用效益分析

(1) 设备投资少。通常煤矿中架空乘人装置每100 m的投资金额大约在10万元左右，建造长度为1 500 m的架空乘人装置总的资金投入需要150万元左右。而此次设计的顺槽架空乘人装置建设1 500 m总的资金投入只需要60万元左右，节约90万元的成本。

(2) 设备安装费用少。原架空乘人装置借助于横梁安装拖轮部件，每一个拖轮横梁上一般只可安装两组拖轮部件，进行横梁安装过程中，要事先完成掏梁窝作业，或者采用牛腿结构进行支撑，而对于机头和结尾通常的安装方式为落地或者架空横梁安装方式，一般对于长度为1 500 m的架空乘人装置，仅安装便要60天左右施工周期。新设计的架空乘人装置，驱动将结构、储绳结构以及张紧结构等均是通过落地方式安装，这些设备所需的基础结构体积相对小，尾部的滑轮也是利用锚杆进行吊挂固定，一般对于长度为1 500 m的架空乘人装置，此次设计方案安装工期只需要10天左右便可完工。

(3) 设备运行费用少。架空乘人装置整体设计资金投入少，实际运行过程中基本上不发生掉绳问题，乘人座椅也不易损坏，使用电机功率低，能有效节约能源。由于通过此装置中设置有储绳机构，装置的长度变化超过120 m左右可进行插绳作业，可以有效减少装置运行期间维护费用。

4 结 语

通过对架空乘人装置的应用试验，该设计不仅满足人员乘坐安全舒适，具有非常强的适应性能，而且整个系统运行更为平稳，有效解决了掘进工作面顺槽人员运输相关问题，显著缩短了人员达到工作面所需时间，避免人员消耗体力过多，经济效益明显，值得煤矿企业进一步推广应用。