斜井架空乘人索道在非煤矿山的研究与应用分析

潘忠涛

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东 济南 250101）

架空索道是一种将钢丝绳架设在支承结构上作为运行轨道，用以运输物料或人员的运输系统，在我国冶金、煤炭以及旅游等行业得到了广泛应用。架空索道既可安装于地面，也可安装于矿井巷道里。在井下矿山开采工程中，人员上下主要方式有竖井罐笼、斜井人车，斜井架空乘人索道最初是作为辅助运输，缓解提升井的提升压力。近年来，我国架空索道发展迅速，应用领域日益扩大，架空乘人索道具有运行安全可靠、投入低、动力消耗小、操作简单、运送效率高等特点，是一种新型的现代化矿山井下辅助运输设备，广泛应用于煤矿斜井或平巷运送人员，但在非煤矿山的应用并不常见。通过对斜井架空乘人索道的研究并以某耐火黏土矿为例进行架空索道的选型计算，可为其他同类型架空乘人装置在非煤矿山的应用与设计给予理论指导和可靠依据。

1 概述

架空索道应用很广，种类很多，按用途主要分为货运索道和客运索道两大类。实践证明，它是最适应山区特点的比较灵便的运输方式，对中、小型矿山意义更大。在露天矿山中，架空索道一般用于运送矿石或废石，也有少数矿山用于运送人员；在地下矿山中，架空索道一般用于运送人员。斜井架空乘人索道属于客运索道，适用于倾角不大于25°的斜巷或斜井，用于矿井上下人，可缓解竖井的提升压力，缩短人员上下井时间，多用于用帯式输送机提升的斜井，布置在主斜井带式输送机一侧，也可作为大巷、水平联络斜巷及采区上下山的运人设备。由于斜井架空乘人索道在非煤矿山的应用并不常见，因此，下面以某耐火黏土矿扩界区开采工程为例，对斜井架空乘人索道的应用进行研究。

2 结构特征与工作原理

架空索道按运行方式可为单线循环式、双线循环式、双线往复式。斜井架空乘人索道属于单线循环式客运索道，即仅有运载索，客车在线路上循环运行，用于运输人员的索道系统，主要由电动机、减速器、控制装置、刹车装置、导绳轮、牵引绳、支架、吊椅及拉紧装置等组成，活动吊椅架空人车还有上、下机站装置。

斜井架空乘人索道又叫井下索道架空人车，俗称“猴车”，是通过移动的无极架空索道，牵引乘人吊椅运动，实现运人的一种系统。其具体工作原理是：将钢绳安装在驱动轮、托绳轮和尾轮上，并经设有重锤的张紧装置拉紧后，由驱动装置的电机输出动力带动减速机上的驱动轮和钢丝绳作循环无极运行，吊椅则通过抱索器锁紧在运行的钢丝绳上，随钢丝绳上行或下行，实现输送矿工的目的。其中钢丝绳通过尾部张紧装置张紧后，维持钢丝绳在托绳轮之间的挠度和张力。

3 应用实例

3.1 开拓系统概况

某耐火黏土矿扩界区开拓系统服务的对象为扩界区-450～-790m标高之间的矿体，设1条竖井，2条盲斜井：主竖井井口标高+140m，最低提升水平-450m，采用多绳双罐笼提升方式；一级提升盲斜井井口标高-450m，井底标高-650m，倾角14.5°，采用双钩矿车组提升方式；二级提升盲斜井井口标高-650m，井底标高-790m，倾角14.5°，采用双钩矿车组提升方式。主竖井与一级盲斜井、二级盲斜井形成三级接力提升系统，担负扩界区15万t/a矿石的提升以及设备、材料、人员升降任务。

3.2 方案选择

根据开拓系统，矿山－450m水平以上为主竖井，－450m水平以下为两级接力盲斜井。对于人员运送，因为斜井垂深超过50m，所以考虑机械升降人员，本次设计根据该矿井下采矿工艺及提升系统特点筛选出3种人员运送方案进行比较：

方案Ⅰ：竖井罐笼+斜井人车；方案Ⅱ：竖井罐笼+固定吊椅斜井架空乘人索道；方案Ⅲ：竖井罐笼+活动吊椅斜井架空乘人索道。

当前，斜井人车为非煤矿山斜井升降人员的主要方式，技术成熟，应用广泛，但结构复杂，必须具有可靠的断绳保险装置等。斜井架空乘人索道运输与斜井人车运输相比，具有安全性高、运送能力大、动力小、结构简单等优点，但这种方式局限性大，专用于人员运送，设备利用率低。

斜井架空乘人索道分为固定吊椅型和活动吊椅型两种。固定吊椅乘人索道，吊椅采用固定抱索器，所有吊椅随索道循环运行，不需要在井上、井下设置吊椅存放位置，工人上下车与活动吊椅相比更简单、安全，便于矿井安全管理。由于正常运行中吊椅不可取下，所以固定吊椅乘人索道不能安装于提升斜井中，可设在通风行人的斜井中。

活动吊椅架空乘人索道是近几年才发展起来的新型架空乘人系统，吊椅采用卡钳式活动抱索器，吊椅可取下，人员可在静止状态下上下车。在上人地点，将活动吊椅挂在滑道上靠自重滑入钢丝绳，自动卡紧运行，至下人地点吊椅可自动脱离钢丝绳。活动吊椅乘人索道的保护装置较固定吊椅乘人索道更加完善，安全性更好，既可设于通风行人的斜井中，也可安装于提升斜井中，当不需要升降人员时，可将乘人吊椅悬于斜井两壁或牵引绳上以便提升车辆安全通过，做到了一井多用。但该方案需要在井口房或井底等候室通道单独设置吊椅存放位置，工人要扛着吊椅上下车，增加了工人的负担。

综上所述，3种方案互有优劣。另外，目前该矿老矿区1#副斜井、二号下山等均采用架空乘人索道运送人员，运行状况良好，生产人员对乘人索道的使用非常熟练。因此结合矿山生产实际情况，对于本次扩界区人员运送方式，推荐方案Ⅲ：竖井罐笼+活动吊椅斜井架空乘人索道。

3.3 设备选型

下面以一级盲斜井为例，进行斜井架空乘人索道的选型计算。一级盲斜井井口标高－450m，最低水平标高－650m，井筒倾角14.5°，斜长798.8m。

（1）主要设计参数。预选钢丝绳6×19S+FC－1670－φ22，质量p=1.78kg/m；钢丝绳运行速度v初选1m/s；吊椅间距λ1设定为15m，运输效率Q=3600×v/λ1=240人次/h；托索轮间距λ2取8m；驱动轮绳槽与牵引钢丝绳的摩擦系数μ=0.25；牵引绳在驱动轮上的围包角α=1800。

（2）牵引钢丝绳张力计算，主要有：①动力运行（S1－S2＞0）：最小张力点张力Smin=17462N，下放侧无人乘坐而上升侧满员时，钢丝绳张力差最大，此时S1=37246N，S2=20617N，S1/S2=1.8＜eμα，满足防滑要求。②制动运行（S1－S2＜0）：最小张力点张力Smin=17462N，下放侧满员而上升侧无人乘坐时，钢丝绳张力差最大，此时，S1=23408N，S2=34306N，S2/S1=1.5＜eμα，满足防滑要求。

（3）设备选择，主要有：①电机：Y2－250M－6型，功率37kW，转速980r/min，电压380V。②钢丝绳：6×19S+FC型，直径ø22mm，Ps=1.78kg/m，最小钢丝破断拉力总和Qp=324.138kN，抗拉强度1670Mpa，安全系数8.7＞6。③驱动轮及尾轮：直径1.4m。④吊座：间距15m。⑤重锤拉紧：拉紧行程10m，重量50kg/块，数量10块。⑥减速机：TB3HV11－71型，传动比i=71，输入功率89kW，输出转矩60kN.m。⑦工作制动器：YWZ－400/45，制动力矩1000N.m。⑧液压轮边制动器：YLBZ25－160，制动力42kN。

4 结语

（1）斜井架空乘人索道运输与斜井人车运输相比，安全性高，运送能力大，动力小，设备简单，运行安全可靠，易实现自动化操作，劳动定员少。

（2）固定吊椅架空乘人索道，所有吊椅随索道循环运行，工人上下车简单、安全，不能安装于提升斜井中。

（3）活动吊椅架空乘人索道，吊椅可取下，人员可在静止状态下上下车，保护装置更完善，安全性更好。既可设在通风行人的斜井中，也可安装在提升斜井中，做到一井多用。