謝 輝

（汾西礦業(yè)集團(tuán)靈北煤礦，山西 靈石 031302）

引言

帶式輸送機(jī)擔(dān)負(fù)煤礦井下運(yùn)輸工作，其運(yùn)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(guò)程中應(yīng)采用各種相應(yīng)的技術(shù)措施提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率[1-2]。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)輸送帶往返運(yùn)轉(zhuǎn)的主要設(shè)備，現(xiàn)階段多數(shù)礦井驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有減速器、聯(lián)軸器以及異步電機(jī)等構(gòu)成的，采用此種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)雖然可滿足帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行期間物料運(yùn)輸需求，但是也存在初期扭矩小、重載啟動(dòng)困難、機(jī)械故障發(fā)生率高等問(wèn)題[3-5]。山西某礦井下原煤運(yùn)輸系統(tǒng)由10 條帶式輸送機(jī)搭接構(gòu)成，帶式輸送機(jī)服役時(shí)間均已超過(guò)10 年，同時(shí)隨著帶式輸送機(jī)鋪設(shè)范圍、負(fù)載量以及煤炭產(chǎn)能等不斷增加，礦井帶式輸送機(jī)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)存在超負(fù)載運(yùn)行情況，部分帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中驅(qū)動(dòng)裝置故障頻發(fā)。因此，為確保帶式輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，礦井提出采用智能直驅(qū)系統(tǒng)對(duì)原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。文中就對(duì)智能直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及改造應(yīng)用效果等內(nèi)容進(jìn)行分析。

1 工程概況

1.1 帶式輸送機(jī)概況

山西某礦批準(zhǔn)開展煤層包括2-1 號(hào)、2-2 號(hào)、3號(hào)、9 號(hào)及11 號(hào)等煤層，現(xiàn)階段礦井生產(chǎn)主要集中在3 號(hào)煤層。3 號(hào)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(yùn)輸巷內(nèi)帶式輸送機(jī)鋪長(zhǎng)度為2 690 m、輸送帶寬度1 600 mm、額定運(yùn)載量1 500 t/h，采用機(jī)頭雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)功率均為800 kW，單臺(tái)電機(jī)均配備有1175NRT 低速逆止器、4×SHI251-2300 防爆盤形制動(dòng)器。采區(qū)運(yùn)輸巷內(nèi)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為CST軟啟動(dòng)方式，采面運(yùn)輸巷內(nèi)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式為減速器+變頻器+電機(jī)方式，其他采區(qū)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式采用智能直驅(qū)方式。具體礦井原煤運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 礦井原煤運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 升級(jí)改造必要性分析

為了實(shí)現(xiàn)煤礦井下帶式輸送機(jī)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)高效、平穩(wěn)運(yùn)行，更好地服務(wù)煤礦生產(chǎn)，需要對(duì)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)中帶式輸送機(jī)部分落后的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行升級(jí)，從而統(tǒng)一帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式并降低后續(xù)維護(hù)成本。礦井帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)升級(jí)改造必要性主要為下述4 個(gè)方面[6-8]：

1）部分帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)老化、故障發(fā)生率高，需要頻繁的進(jìn)行維護(hù)、修理，不僅增加帶式輸送機(jī)運(yùn)行成本、作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，而且制約礦井煤炭運(yùn)輸效率。

2）部分帶式輸送機(jī)使用時(shí)間超過(guò)10 年，隨著帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及材料等發(fā)展，原有的驅(qū)動(dòng)方式較為落后，技術(shù)壽命已所剩無(wú)幾，若繼續(xù)使用經(jīng)濟(jì)價(jià)值會(huì)越來(lái)越低，不利于高產(chǎn)高效礦井建設(shè)工作高效開展。

3）帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用多級(jí)驅(qū)動(dòng)方式，能量傳遞效率較低，不利于減低能耗。

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

2 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)升級(jí)改造分析

2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇

具體現(xiàn)階段礦井不同帶式輸送機(jī)使用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)比情況如下頁(yè)表1 所示。

從下頁(yè)表1 看出，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有故障發(fā)生率低、后續(xù)維護(hù)簡(jiǎn)單，調(diào)速范圍更寬，實(shí)現(xiàn)多機(jī)功率平衡，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)以及冷卻方式好等優(yōu)點(diǎn)，因此采用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)對(duì)礦井帶式輸送驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

表1 礦井不同帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)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(jī)等構(gòu)成。永磁直驅(qū)電機(jī)采用低速聯(lián)軸器直接與轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒連接，采用的變頻器通過(guò)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(jī)運(yùn)行，相對(duì)于傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)省去了液力偶合器、減速機(jī)以及同步齒輪等結(jié)構(gòu)。變頻器（同步伺服控制器）是針對(duì)永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)以及工作特點(diǎn)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(jī)工作性能。

2.2 改造方案

將礦井帶式輸送機(jī)原采用異步電機(jī)+CTS、變頻器+減速器+異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均升級(jí)改造為智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)。具體改造措施為：將拆除機(jī)頭原有驅(qū)動(dòng)裝置（主要為液力偶合器、減速機(jī)以及異步電機(jī)），安裝2 臺(tái)型號(hào)為TBVF-500/80YC（660/1140）永磁同步電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)配備1 臺(tái)型號(hào)BPJ-630/1140 專用變頻器（伺服控制器）。智能直驅(qū)系統(tǒng)運(yùn)行通過(guò)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(yǔ)

1）文中對(duì)礦井帶式輸送運(yùn)輸系統(tǒng)以及存在問(wèn)題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)存在使用年限長(zhǎng)、故障發(fā)生率高、部分設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)以運(yùn)行效率低等，需要針對(duì)性進(jìn)行升級(jí)改造。在綜合比對(duì)帶式輸送機(jī)不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出采用智能直驅(qū)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

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

3）根據(jù)礦井實(shí)際條件，設(shè)計(jì)了智能永磁直驅(qū)改造方案并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，煤礦井下原煤運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)方式統(tǒng)一，同時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率以及重載啟動(dòng)能力等均得以顯著提升；在后續(xù)維護(hù)過(guò)程中，不同帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)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(hù)需要。