煤礦井下帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)改造研究

謝 輝

（汾西礦業(yè)集團靈北煤礦，山西 靈石 031302）

引言

帶式輸送機擔負煤礦井下運輸工作，其運行可靠性以及效率等直接影響礦井產(chǎn)能，因此，在生產(chǎn)過程中應采用各種相應的技術(shù)措施提高帶式輸送機運行效率[1-2]。驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動輸送帶往返運轉(zhuǎn)的主要設備，現(xiàn)階段多數(shù)礦井驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有減速器、聯(lián)軸器以及異步電機等構(gòu)成的，采用此種驅(qū)動系統(tǒng)雖然可滿足帶式輸送機正常運行期間物料運輸需求，但是也存在初期扭矩小、重載啟動困難、機械故障發(fā)生率高等問題[3-5]。山西某礦井下原煤運輸系統(tǒng)由10 條帶式輸送機搭接構(gòu)成，帶式輸送機服役時間均已超過10 年，同時隨著帶式輸送機鋪設范圍、負載量以及煤炭產(chǎn)能等不斷增加，礦井帶式輸送機原煤運輸系統(tǒng)存在超負載運行情況，部分帶式輸送機運行過程中驅(qū)動裝置故障頻發(fā)。因此，為確保帶式輸送機平穩(wěn)運行，礦井提出采用智能直驅(qū)系統(tǒng)對原驅(qū)動系統(tǒng)進行升級改造。文中就對智能直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及改造應用效果等內(nèi)容進行分析。

1 工程概況

1.1 帶式輸送機概況

山西某礦批準開展煤層包括2-1 號、2-2 號、3號、9 號及11 號等煤層，現(xiàn)階段礦井生產(chǎn)主要集中在3 號煤層。3 號煤層埋深平均460 m、煤層厚度6.9 m，賦存穩(wěn)定，采用綜放開采工藝。南翼5 采區(qū)5600 運輸巷內(nèi)帶式輸送機鋪長度為2 690 m、輸送帶寬度1 600 mm、額定運載量1 500 t/h，采用機頭雙電機驅(qū)動方式，電動機功率均為800 kW，單臺電機均配備有1175NRT 低速逆止器、4×SHI251-2300 防爆盤形制動器。采區(qū)運輸巷內(nèi)帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為CST軟啟動方式，采面運輸巷內(nèi)帶式輸送機驅(qū)動方式為減速器+變頻器+電機方式，其他采區(qū)帶式輸送機驅(qū)動方式采用智能直驅(qū)方式。具體礦井原煤運輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 礦井原煤運輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 升級改造必要性分析

為了實現(xiàn)煤礦井下帶式輸送機原煤運輸系統(tǒng)高效、平穩(wěn)運行，更好地服務煤礦生產(chǎn)，需要對原煤運輸系統(tǒng)中帶式輸送機部分落后的驅(qū)動進行升級，從而統(tǒng)一帶式輸送機驅(qū)動方式并降低后續(xù)維護成本。礦井帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)升級改造必要性主要為下述4 個方面[6-8]：

1）部分帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)老化、故障發(fā)生率高，需要頻繁的進行維護、修理，不僅增加帶式輸送機運行成本、作業(yè)人員勞動強度，而且制約礦井煤炭運輸效率。

2）部分帶式輸送機使用時間超過10 年，隨著帶式輸送機驅(qū)動技術(shù)以及材料等發(fā)展，原有的驅(qū)動方式較為落后，技術(shù)壽命已所剩無幾，若繼續(xù)使用經(jīng)濟價值會越來越低，不利于高產(chǎn)高效礦井建設工作高效開展。

3）帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)采用多級驅(qū)動方式，能量傳遞效率較低，不利于減低能耗。

4）帶式輸送機采用采用的CST 裝置部分存在滲油情況，不僅導致用油量增加而且會污染地下水并惡化井下作業(yè)環(huán)境。

2 帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)升級改造分析

2.1 驅(qū)動系統(tǒng)選擇

具體現(xiàn)階段礦井不同帶式輸送機使用的驅(qū)動系統(tǒng)對比情況如下頁表1 所示。

從下頁表1 看出，帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)具有故障發(fā)生率低、后續(xù)維護簡單，調(diào)速范圍更寬，實現(xiàn)多機功率平衡，環(huán)境適應性強以及冷卻方式好等優(yōu)點，因此采用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)對礦井帶式輸送驅(qū)動系統(tǒng)進行升級改造。

表1 礦井不同帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)對比

智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有變頻器、電控系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)以及永磁直驅(qū)電機等構(gòu)成。永磁直驅(qū)電機采用低速聯(lián)軸器直接與轉(zhuǎn)動滾筒連接，采用的變頻器通過伺服直接轉(zhuǎn)矩控制或者同步伺服矢量控制方式調(diào)整永磁電機運行，相對于傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)省去了液力偶合器、減速機以及同步齒輪等結(jié)構(gòu)。變頻器（同步伺服控制器）是針對永磁同步電機結(jié)構(gòu)以及工作特點開發(fā)的專用控制器，并內(nèi)嵌有專用的控制軟件，可提高永磁同步電機工作性能。

2.2 改造方案

將礦井帶式輸送機原采用異步電機+CTS、變頻器+減速器+異步電機驅(qū)動系統(tǒng)均升級改造為智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)。具體改造措施為：將拆除機頭原有驅(qū)動裝置（主要為液力偶合器、減速機以及異步電機），安裝2 臺型號為TBVF-500/80YC（660/1140）永磁同步電機，每臺電機配備1 臺型號BPJ-630/1140 專用變頻器（伺服控制器）。智能直驅(qū)系統(tǒng)運行通過KTC101 控制系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語

1）文中對礦井帶式輸送運輸系統(tǒng)以及存在問題進行分析，發(fā)現(xiàn)帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)存在使用年限長、故障發(fā)生率高、部分設備難以實現(xiàn)重載啟動以運行效率低等，需要針對性進行升級改造。在綜合比對帶式輸送機不同驅(qū)動系統(tǒng)基礎上，提出采用智能直驅(qū)系統(tǒng)對驅(qū)動系統(tǒng)進行升級改造。

2）智能直驅(qū)系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)而言在重載啟動、設備運行能耗以及后期維護保養(yǎng)等方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，可為重載帶式輸送機高效運行提供可靠保障，并為后續(xù)礦井帶式輸送機智能化改造創(chuàng)造條件，可在一定程度提高煤礦原煤運輸效率以及運行可靠性。

3）根據(jù)礦井實際條件，設計了智能永磁直驅(qū)改造方案并進行現(xiàn)場應用。應用結(jié)果表明，煤礦井下原煤運輸系統(tǒng)實現(xiàn)了驅(qū)動方式統(tǒng)一，同時驅(qū)動系統(tǒng)功率以及重載啟動能力等均得以顯著提升；在后續(xù)維護過程中，不同帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)故障類型類似，礦井僅需配備少量配件即可滿足維護需要。