摘要:针对煤矿架空乘人装置在运行过程中出现断轴、掉绳、乘人间距不统一等问题，设计了煤矿架空乘人装置安全保护设备。这一安全保护设备由断轴保护装置、乘人间距识别装置、防掉绳保护装置组成，能够有效保护煤矿斜井人员运输的安全性。介绍了这一安全保护设备的结构和工作原理，分析了各组成结构的优点。
关键词:煤矿;架空;人员;运输;安全
1设计背景
煤矿架空乘人装置是煤矿的重要辅助运输设备，特别是在斜井运输中，架空乘人装置的使用提高了施工人员的运输效率，缩短了上下井时间，并且保证了施工人员的人身安全。在实际运输过程中，煤矿架空乘人装置存在一些安全隐患，主要表现在设备掉绳、断轴等，威胁运输安全。笔者以龙顶山煤矿为例，为煤矿架空乘人装置设计了一套安全保护设备。龙顶山煤矿斜井斜长380m，上平巷长50m，井口处有天轮，下平巷长70m，断面最小尺寸为3.6m高、4m宽，最大坡度为20°。巷道两处变坡，中间有轨道，轨道两侧安装架空乘人装置。巷道中部9号煤层处要设置人员出入口平台，架空乘人装置横梁底部距离轨道底不得小于2.6m。9号煤层人员出入口平台可以安装在岔道口或岔道口向下约15m处，需要在巷道两侧预留吊椅存放位置，长度约为10m。
2安全保护设备结构
为了保证煤矿架空乘人装置的运行安全，避免辅助运输事故发生，决定为煤矿架空乘人装置设计一套安全保护设备。煤矿架空乘人装置安全保护设备由断轴保护装置、乘人间距识别装置、防掉绳保护装置组成。
2.1断轴保护装置
断轴保护装置为卡钳式，共计三套，均布在驱动轮四周。断轴保护装置的框架由厚度为50mm的钢板焊制而成，柱体为长方形，长度为500mm，宽度为300mm。柱体的上方焊接底座，底座上安装四根固定锚杆。在柱体上焊接两个卡钳，卡钳上分别安装两个滑轮，卡钳的间距为150mm。断轴保护装置结构如图1所示。
2.2乘人间距识别装置
乘人间距识别装置由传感器、声光报警装置、可编程序控制器组成。传感器、声光报警装置通过信号线与可编程序控制器连接，传感器安装在乘人地点前方5～10m处的顶板上，声光报警装置安装在乘人侧巷帮上。
2.3防掉绳保护装置
防掉绳保护装置在原托绳装置的基础上进行优化改进，主要由固定架、正反向托绳轮组成。固定架由长度为650mm、宽度为80mm的槽钢焊接而成。在槽钢一端焊接一个底座，底座上有两个直径为25mm的圆孔。在固定架上有两个直径为35mm的圆孔，孔间距为400mm。防掉绳保护装置结构如图2所示。
3工作原理
3.1断轴保护装置
断轴保护装置底座与顶板固定，卡钳与驱动轮形成360°均布配置，卡钳上的两个滑轮与驱动轮接触。驱动轮运转时，三套断轴保护装置对驱动轮产生一个向上的托力，防止驱动轮承载力过大时出现断轴事故。在驱动轮运转时，卡钳上的滑轮与驱动轮接触滑动，保证断轴保护装置的固定稳定性。
3.2乘人间距识别装置
当传感器监测到有人员乘坐时，传感器及时将信号传送至可编程序控制器，声光报警装置发出“正在通过，注意安全”语音提示。当乘人间距符合设计要求时，报警装置发出“可以通过，注意安全”语音提示，架空乘人装置正常运行。当乘人间距小于设计间距时，报警装置发出“乘人间距过近，请等待”语音提示，架空乘人装置停止运行，待调整乘人间距后人工重启，方可继续运行。
3.3防掉绳保护装置
将直径为240mm的两个托绳轮通过轴承安装在固定架上，两个托绳轮正反向安装。托绳轮安装后能够在轴承上活动，两个托绳轮侧面处于同一平面，间距控制为18mm，误差不大于2mm。使用时，将钢丝绳安装在滑轮组中间间隙处，使钢丝绳在运行时不会掉落，乘人座椅能顺利通过不产生卡壳，提高架空乘人装置运行的安全稳定性。
4安全保护设备特点
4.1断轴保护装置
断轴保护装置结构简单，制造成本低，便于安装维护。可根据驱动轮承载的载荷来确定断轴保护装置的安装数量。断轴保护装置加工方便，占用空间小，安装后对架空乘人装置运行的影响小。传统煤矿架空乘人装置主要采用转轴连接驱动轮，驱动轮不具有任何断轴保护装置，在乘人高峰期或长期运转情况下，驱动轮会出现疲劳现象，导致断轴、轴承变形等故障。安装断轴保护装置后，不会影响驱动轮正常运行，而且断轴保护装置对驱动轮施加承载作用力，减小驱动轮的承载质量，可以有效避免断轴事故的发生。
4.2乘人间距识别装置
乘人间距识别装置主要利用传感器及可编程序控制器进行联锁控制，与传统人工控制相比，动作灵敏可靠，自动化水平高，精度高，故障率低，便于检修维护。乘人间距识别装置能够实时识别乘人间距，乘人间距识别误差控制在200～500mm范围内。乘人间距识别装置可以对人员起到保护作用，避免乘人高峰期因乘人间距过近引起架空乘人装置急停，或架空乘人装置重启时造成撞人、倒转等事故，大大提高架空乘人装置的安全性能。
4.3防掉绳保护装置
防掉绳保护装置结构简单，取材方便，制造成本低，便于安装、维护。可根据斜井角度适当增加防掉绳保护装置的数量。防掉绳保护装置对于地质条件、施工环境的局限性小，可用于煤矿、隧道、桥梁等领域，实用性强。传统煤矿架空乘人装置承载钢丝绳的滑轮为单滑轮，钢丝绳铺设在滑轮上方，一旦出现钢丝绳抖动或承载力过大的情况，很容易出现掉绳现象。防掉绳保护装置中，两个托绳轮在竖直平面上垂直安装，从而将钢丝绳固定在有限空间内，有效防止掉绳现象。
5结束语
笔者为龙顶山煤矿架空乘人装置设计安装了一套安全保护设备，并进行6个月的实际应用。安装安全保护设备后，煤矿架空乘人装置未发生一起断轴、掉绳事故，乘人间距与设计值误差控制在200～500mm，大大提高了煤矿架空乘人装置的运行稳定性，故障率由原来的15%降低至3%以下，全年可节约煤矿架空乘人装置维修费用20余万元，取得了显著的应用效果。
《煤矿架空乘人装置安全保护设备的设计》来源：《机械制造》，作者:武永斌