井巷电缆吊挂装置设计

高建博

(晋能控股煤业集团, 山西 大同 037003)

煤矿井下开采普遍使用电缆供电。为了保证有限的井巷空间得到充分利用，同时为了在生产过程中保护电缆外护层不受损害,《煤矿安全规程》要求：在水平巷道或倾角在30°以下的井巷中，电缆应用吊钩悬挂。为保证井下运料车辆安全通过，电缆的实际吊挂高度一般为3 m.

1 传统的井巷电缆吊挂方法

目前，矿井巷道内悬挂电缆一般采用人工手动悬挂的方法。根据被悬挂电缆的截面积不同，施工人员的数量不同，一般为4～10人。实际施工过程中，电缆吊挂高度一般为3 m,超过工人正常直立伸臂高度,需要使用钢梯辅助，施工困难，而且有一定的作业危险性。以井下常用的95 mm2芯电缆计算，电缆质量大约4 kg/m,吊挂1 000 m电缆，需托举4 t的电缆,劳动强度大。

2 设计思路

设计一种可以连续作业的顶升设备，将电缆由地面顶升至吊挂高度。设备应同时满足以下要求：

1) 巷道内空间狭窄，设备整体外形尺寸应满足巷道施工条件。

2) 在作业过程中，设备应有保护电缆外护层不受损伤的技术措施。

3) 设备应有符合煤炭安全标准的独立动力源，为作业提供可靠动力。

3 设计原理

电缆悬挂过程中，工作人员需要对电缆做功，使电缆产生竖直位移。设计一斜面用于克服垂直提升重力。利用斜面将物体提升到一定高度时，力的作用距离和大小都取决于斜面的倾角。物体与斜面间摩擦力f很小时，可达到很高的效率。在吊挂设备内引入滚动摩擦代替滑动摩擦，以提高设备的机械效率，同时减少电缆外护层的磨损。

4 设计方案

电缆吊挂装置主要由运动底座、托辊架、托辊、伸缩式液压缸、顶杆、导向轮等部分组成，见图1.

1—运动底座；2—托辊架；3—托辊；4—千斤顶；5—顶杆；6—导向轮图1 电缆吊挂装置示意图

1) 托辊架由12#槽钢焊接而成，长度为5 500 mm，安装在运动底座上，并且与顶杆相连。托辊架上依次安装9支托辊。

2) 顶杆一端与托辊架铰接，另一端嵌入滑轨，并与液压油缸铰接。滑轨两端通过螺栓固定在运动底座侧面，对活塞杆与顶杆形成的铰连接进行约束，使铰接点只能水平前后运动。

3) 液压油缸供液装置安装在运动底座上，液压系统原理图见图2，由柴油发动机提供动力。当启动阀开启时，高压油进入活塞腔，推动活塞杆伸长，顶杆运动到竖直位置，装置进入举升状态，见图3.

图2 液压系统原理图

1—运动底座；2—托辊架；3—托辊；4—千斤顶；5—顶杆；6—导向轮图3 电缆吊挂装置举升示意图

4) 托辊架上部焊接电缆导向轮。导向轮沿托辊架两边对称分布,在装置运行过程中，起到防止电缆跑偏掉落的作用。

5 电缆吊挂装置工作过程

1) 需要吊挂电缆时，由人工将电缆端头抬起，保持托辊架水平，将吊挂装置托辊架移动至电缆下。将电缆端头绑扎在托辊架上，防止举升过程中电缆滑落。

2) 操作液压油缸伸长，顶杆由水平位置进入竖直位置,电缆亦随之起升。用“U”型卡扣将电缆端头锚固在井巷壁帮上，并将托辊架绑扎点松开。

3) 电缆吊挂装置沿井巷移动。移动过程中，装置将电缆中间区段依次顶升至吊挂高度。同时，工作人员间隔1～3 m在壁帮上设置吊挂钩，并配合车速，将挂钩提起，钩在电缆下侧，完成电缆吊挂工作。

6 实际应用效果分析

某矿8119巷道进行电缆吊挂作业时采用电缆吊挂装置，与5119巷道电缆吊挂作业过程进行对比：

1) 电缆吊挂效率得到提高。5119巷道电缆吊挂作业时，8名工作人员，11个工作班次(每班次6小时)，完成1 100 m电缆吊挂任务。8119巷道应用电缆吊挂设备作业时，只需3名工作人员(1人负责驾驶，2人负责设置挂钩同时吊挂电缆)，2个工作班次(每班次6小时)，完成1 300 m电缆吊挂任务。

2) 工人劳动强度降低。未采用电缆吊挂装置时，一次吊挂任务中，工作人员需要将4 t左右的电缆举升3 m左右高度，劳动量大。采用电缆吊挂装置后，电缆举升工作由装置完成,工作人员主要设置吊挂钩，并将电缆推入电缆钩内。

3) 电缆外皮得到有效保护。未采用电缆吊挂装置时，工作人员吊挂电缆过程中，电缆沿井巷底拖动。电缆外皮容易受到尖锐物体损伤。采用电缆吊挂装置后，电缆外皮仅与托辊发生滚动摩擦，最大程度保护电缆外皮不受损伤。

4) 保障工作人员在工作过程中的人身安全。未采用电缆吊挂装置时，工作人员吊挂电缆过程中，需要用钢梯进行登高作业，井巷内空间狭小，工作环境复杂，曾多次发生钢梯滑倒，工作人员摔伤的事故。采用电缆吊挂装置后，工作人员可以配戴安全带站在电缆吊挂装置上作业。

7 结 语

设计的电缆吊挂装置可以提高电缆吊挂效率、降低劳动强度、有效保护电缆外皮，在工作过程中保障工作人员的人身安全。该装置的应用有效解决了井巷电缆吊挂困难问题，尤其对质量大的电缆吊挂适用，具有一定的推广价值。