俄霍布拉克煤矿主井架空乘人装置的技术改造

摘 要：文章通过对俄霍布拉克煤矿主井架空乘人装置存在的设计缺陷进行分析，并对这些缺陷提出技术改造方案，经实施后，现场使用效果良好，达到最新规程要求，提升了装置的安全可靠性，值得推广。

关键词：架空乘人装置；制动；控制；系统；保护；改造

煤矿架空乘人装置主要用于矿井斜巷，平巷运送人员，其工作原理是通过电动机带动减速机上的摩擦轮作为驱动装置，采用架空的无极循环的钢丝绳作为牵引承载，头部设有驱动动力驱动装置，尾部设有重锤张紧装置，以保持架空线路上支撑在托（压）绳轮上的钢丝绳的正常运行的张紧力和两轮间运载的挠度。人处在吊椅座上，吊椅则通过抱索器摩擦自锁在运行的钢丝绳上，随钢丝绳作上行或下行，从而实现输送人员的目的，是一种新型的现代化矿山人员输送设备。

1 俄霍布拉克煤矿主井架空乘人装置主要技术参数

俄霍布拉克煤矿（简称俄矿）主井使用一套架空乘人装置，最大运送距离为：1050m；最大倾角为：16°；最大速度1.2m/S；驱动轮直径：1200mm，乘人间距为：20m；托辊间距：5m，运送效率：280人/小时；钢丝绳型号：6×19-φ21.5-特；电机功率：30KW；减速箱：TPS-250-63-3F型；减速比：i=56.36；电力液压制动器：BYWZ1-250/30；制动力矩：630N.m，装置与主井皮带合一条巷道布置。

2 俄矿架空乘人装置存在问题

该套装置自2003年投入使用以来，因人员上下方便、操作简单、输送效率高、减少工人爬坡体力消耗，深受工人喜爱。但因为该套装置属国产早期的架空乘人装置，只能实现运人基本功能，设计上与现有标准、规范差距较大，存在较多安全问题。具体表现在以下几方面：

2.1 减速机传动副易损坏。减速机低速轴传动副易非正常磨损、受力断裂， 表现为减速机漏油、断轴、断齿故障。

2.2 缺少末级安全制动闸。该套架空乘人装置的制动闸，设置在电动机和减速机的联轴器上，作为工作制闸，驱动轮上未设置安全制动闸，当联轴器的后级传动系统断轴，前级的工作制动闸不起作用，极易造成装置飞车事故。

2.3 无软启动装置。由于采用直接启动，瞬间启动对机械部分各元件带来的冲击大。突然开车，座椅猛地一晃，使人感到不舒服，不注意的工人甚至可能闪着腰。

2.4 钢丝绳易掉绳落地。原装置抱索器在通过变坡时， 在固定托轮处，容易发生跳动或横向摆动， 钢丝绳极易发生掉绳事故。经常造成椅子刮底板，被皮带架杆钩住发生大面积落绳，拉坏座椅。

2.5 保护功能不全。根据煤矿安全规程要求，系统缺少以下保护实施：（1）防飞车的过速度保护；（2）欠速打滑保护；（3）上变坡点掉绳保护；（4）全程急停保护；（5）最新《煤矿安全规程》规定配置的其它保护和安全实施。

2.6 运行不经济。架空乘人装置开停由人工控制，缺少自动开停车装置，除检修外，有人没人设备都在运转，连续运行，浪费电力，设备磨耗大。

3 架空乘人装置的改造

采用架空乘人装置运输人员，由于装置固有设计缺陷，国内发生安全事故的先例也不少，为此，对之进行改造消除隐患，达到规程设计要求，实现安全运行，十分必要，在扬州百思特机械设备有限公司技术指导下实施改造，主要项目如下：

3.1 传动系统改造。原架空乘人装置生产厂家采用的驱动方式是驱动轮直接与减速机低速轴连接， 这种方式缺点是钢丝绳张紧力直接作用在减速机低速轴上， 造成减速机传动副受力非正常磨损、断裂，表现为减速机易漏油、易发生断轴和断齿故障。经攻关， 决定采用机架卸载方式，即重新更换驱动轮和驱动轴，将驱动轴用上下双轴承座固定在上下并排的两个机架横梁上，驱动轮受力直接传导到机架，由机架承担，驱动轴通过十字联轴器与减速机输出轴连接，消除了减速机输出轴受横向力影响，杜绝减速箱输出轴漏油和传动件损坏现象。为了进一步保护减速机传动件，在电机与减速箱高速侧采用了专用的弹性柱销联轴器，当乘人装置过载时最先断裂的是弹性柱销而不是减速机传动件， 保护了减速机，延长了设备使用寿命。

3.2 制动系统改造。该套架空乘人装置的制动系统制动闸，设置在电动机和减速机的联轴器上。在驱动轮上未设置安全制动闸。因此当电动机和减速机的联轴器后级传动系统发生故障时，设置在联轴器上的制动闸将失效。整个架空乘人装置失去控制，驱动轮在钢丝绳、吊椅和人员自重的带动下飞转，造成架空乘人装置飞车事故。为了从根本上排除这一不安全因素，我们采用在驱动轮上设置安全制动闸。驱动部的制动设计分两级，即安全制动和工作制动。减速器高速端弹性柱销联轴器采用液力推杆制动器为工作制动，驱动轮的末级加钳型安全制动器为安全制动，两级制动均为失效安全型。架空乘人器安装速度传感器对驱动轮的速度进行检测，PLC电控系统满足速度检测及制动保护要求，防止出现飞车。正常停车时，电机失电，电力液压推杆制动器先动作，钳型轮边制动器后动作。开车时，钳型轮边制动器先打开，电力液压推杆制动器后打开，电机再启动，从而保证了架空乘人器的安全运行。紧急制动时，拉动沿线急停开关或按动急停按钮，工作制动和安全制动同时作动，0.7s内系统断电停机，提高了系统制动的可靠性。

3.3 增加软启动装置。控制开关增加软启动控制器一台，通过软启动可使系统运行速度由零缓慢运行至正常速度， 期间降低启动冲击电流， 减少由于瞬间启动对机械部分各元件带来的冲击。减少突然开车使人的不舒服感，提高乘坐舒适性及使用寿命。

3.4 托（压）绳轮组改造。原来抱索器在通过变坡时， 通过两个固定托轮，容易发生跳动或横向摆动， 钢丝绳经常发生掉绳事故，且托轮磨损严重。为了适应坡度较大条件下装置能平稳运行， 在变坡点处改加装横担型的双托（压） 轮组和四托（压） 轮组 ， 托轮组横担杆在钢丝绳下压下绕轴心可以旋转，从而使受力点均匀传导至各托（压） 轮， 抱索器在过变坡点时平稳过渡， 不产生跳动及横向摆动，当巷道内有多个起伏变坡时， 就通过多组托（压） 轮组合， 使牵引钢丝绳随巷道起伏变坡运行。

3.5 防掉绳装置应用。由于牵引钢丝绳的张紧力不够或托压绳轮安装位置偏移中心，或者托压绳轮的轮衬磨损超限，都会导致牵引钢丝绳从托绳轮上脱落，在变坡点处最易发生掉绳现象，故在上变坡点处安装了自动捕绳器，即在钢丝绳上方加装一种槽型防掉绳装置， 通过该装置防止钢丝绳从托轮上脱离； 在托轮吊架上安装落绳钩， 当钢丝绳从托轮上掉落时， 落绳钩将钢丝绳托住， 避免钢丝绳直接掉至地面， 发生事故，一般在斜坡直线段每隔200～300米距离安装一组防掉绳装置，从现场使用情况看，效果良好。

3.6 电气保护系统完善。电气控制系统重新安装了一套山东济南四方电气公司的电控。其安全保护和运行状况均由PLC可编程序控制器控制。主控制系统配置了矿用隔爆兼本安PLC控制箱和信号操作台，操作台面板配置触摸屏显示有关装置安全运行的各项数据，并提供了各项必要的电控安全保护系统，对乘人装置的安全运行状况和安全保护实现自动控制。除保留原有的机头、机尾越位保护、重锤下限位保护外，增加和完善以下保护：（1）防飞车的过速度保护。当架空乘人装置运行速度在5s内均超过110%Ve（Ve为额定速度，下同）范围时装置报警，同时设备停止运行，停车延时时间：≤5s。（2）欠速打滑保护。当架空乘人装置运行速度在5s内低于80%Ve范围时装置报警，同时设备停止运行。对正常起动和停止造成的速度变化，保护不动作，停车延时时间：≤5s。（3）全程急停保护。在主井全巷道内沿线装备拉线开关，两个拉线开关之间距小于50米，当乘坐人员发现有任何故障或危险情况时，在任何一边的拉线上施加大于100N的力时，相应的急停拉线开关将给系统一个急停信号，电控装置立即停止运行并报警，待故障解除复位方可开车运行。（4）上变坡点掉绳保护。在上变坡点钢丝绳下方对称安装2组掉绳保护触碰开关，钢丝绳掉绳后触碰开关挡杆，给控制系统一个信号，装置自动停机，从而防止大面积掉绳。（5）安全制动闸失效保护。当安全制动闸间隙过大，在保护动作时不能可靠制动驱动轮时，特设的行程开关即能检测此信号，电控装置接收信号后发出报警信号并停止设备运行，信号未解除不能投运。（6）减速机油温、油位监测保护。当减速器油油温高于设定值时，电控装置应发出报警信号并停止设备运行；当减速机油位高于或低于额定油位时， 油位传感器将给PLC一个信号，显示窗显示“油位异常”并发出故障报警，系统自动停车，信号未解除不允许投运。（7）液压站过压、超温监测保护。当液压站过压、油温高于设定值时，电控装置应发出报警信号并停止设备运行，提示工作人员快速排除故障，信号未解除不允许投运。（8）尾轮小车行程限位保护。当张紧尾轮小车位置超过正常行程范围时，应碰触隔爆型行程开关，向电控装置主机发出故障信号。电控装置应立即停止运行并报警，待故障解除后方能开车运行。停车延时时间：≤2s。（9）架空乘人装置机头、机尾及沿线甩道口设置了语言通讯装置，实现巷道全线对讲联系，方便上下人员沟通。运行时可实现甩道口上下车提示、沿线播放背景音乐、安全标语，播放内容更换方便。

以上（1）～（8）项安全保护动作后显示箱上立即显示被保护项目的内容，同时发出声光报警，系统立即停止运行，电气系统自动闭锁，只有在清除故障并系统复位后，才能重新运行。

3.7 实现自动开停车和经济运行

架空乘人装置原先开停由司机人工控制，缺少自动开停车装置，除检修外，设备都在连续运转。为此，在新系统上，设有“连续运行”、“间断运行”、“检修运行”3种自动控制功能。正常运行在“间断运行”模式，由红外探头控制，当探头感应到有人通过时，装置自动发出开车信号，延时10s开车，经过稍大于一个提升循环的时间后，如没有第二次人体感应，装置将自动停车。从而达到有人开车，无人停车，自动开停车目的，节省设备电力消耗、运行时间和磨耗。

4 改造效果及结论

俄霍布拉克煤矿主井架空乘人装置，通过一系列技术改造，完善了制动系统、传动系统、电控系统和安全实施，解决了长期存在的保护不齐全、制动不可靠、落绳事故多、设备易损坏等安全隐患，实现自动开停车，现场使用，取得良好的安全、经济效果，值得推广应用。

参考文献

[1]戴如金.俄霍布拉克山口帷幕注浆工程[J].能源技术与管理，2006.

作者简介：陈国强（1972-），男，江苏金坛人，毕业于中国矿业大学矿山机电专业，研究生学历，硕士学位，现为徐矿集团天山矿业公司机电副总经理，高级工程师，主要从事矿山机电运输设备运行管理与研究，先后30余篇，获专利9项。