礦井帶式輸送機節能控制技術研究

苗岳鵬

（潞安環保能源開發股份有限公司常村煤礦，山西 長治 046102）

1 前言

礦山企業生產系統中帶式輸送機[1]是必不可少的組成部分。在帶式輸送機運行過程中經常會出現過載和空載[2-4]的情況，此時皮帶依舊以恒定的速度轉動。常村煤礦長運輸距離、大煤炭運量的現狀，不但會增加設備的磨損度，損失過多的電能[5]，還會造成礦井噸煤成本的增加。因此礦井帶式輸送機節能控制技術對提升礦井效益起到至關重要的作用。

2 皮帶運行系統分析

潞安集團常村煤礦所采3#煤層位于山西組的中、下部，為全井田可采的穩定煤層，煤層平均厚度為5.95m，埋藏深度為428.2～479.5m 之間。礦井現有23 部主要帶式輸送機，而常規的恒速控制方式已經不能達到礦井設備節能降耗的目標。

礦井主要運輸方式是以驅動滾筒帶動皮帶運行（圖1），故對帶式輸送機功率損耗因素進行分析變得較為關鍵。基于此，對帶式輸送機運行阻力F進行分析，主要包括皮帶與托輥摩擦的阻力和托輥自身轉動的阻力。

圖1 帶式輸送機示意圖

式中：

F-帶式輸送機的運行阻力，N；

L-皮帶長度，m；

f-摩擦阻力，N；

g-重力加速度，N/kg；

ms-上行帶式輸送機下方托輥重量，kg；

α-帶式輸送機傾角，°；

mx-下行帶式輸送機下方托輥重量，kg；

ms-皮帶重量，kg；

mt-帶式輸送機上方煤炭重量，kg。

因此，降低帶式輸送機的運行阻力所做的功，對帶式輸送機節能控制起到關鍵作用。考慮到托輥直徑、間距、皮帶寬度為定值，則對帶式輸送機的運轉速度和煤炭下泄流量控制變得尤為重要。

（1）當控制煤炭下泄流量為600t/h，則相應的單位面積上帶式輸送機上的煤炭重量和帶式輸送機的運轉速度的關系如圖2 所示。

圖2 煤炭重量和運轉速度關系（煤炭下泄流量600t/h）

（2）當單位面積帶式輸送機上的煤炭重量為60×10-3t/m2，則相應的煤炭下泄流量和帶式輸送機的運轉速度的關系如圖3 所示。

圖3 煤炭下泄流量和運轉速度關系

（3）當帶式輸送機運轉速度為2.5m/s 時，則相應的單位面積上帶式輸送機上的煤炭重量和煤炭下泄流量的關系如圖4 所示。

圖4 煤炭重量和煤炭下泄流量關系

綜上所述，煤炭的下泄流量和帶式輸送機的運轉速度都會影響帶式輸送機上煤炭重量。若單位面積上帶式輸送機上的煤炭重量過大，則需要克服運行阻力所做的功越大，相應的功率損耗越大，帶式輸送機各部分磨損增大。

3 節能控制技術

基于上述分析，帶式輸送機在運行過程中，如何調控運轉速度和煤炭下泄流量是節能控制技術的關鍵。在帶式輸送機控制系統中，皮帶作為被執行對象，通過PLC 控制器控制變頻器和電動機等執行對象，實現對帶式輸送機啟停控制和運行速度的調節。

在現場實踐中，常村煤礦提出采用變頻器來實現對帶式輸送機運轉速度的調控，統計分析其運轉速度、煤炭下泄流量，從而基于PLC 發出指令來控制變頻器調控帶式輸送機，使其保持運行最佳狀態，達到節能控制的目的。帶式輸送機主要的控制系統如圖5 所示。

圖5 帶式輸送機主要的控制系統

4 結論

針對常村煤礦井下帶式輸送機面臨長距離和大運煤量的問題，分析其運行阻力情況，從而得到帶式輸送機功率損耗因素主要包括：帶式輸送機的運轉速度以及煤炭下泄流量。通過PLC 發出指令來控制變頻器調控帶式輸送機，使其保持最佳運行狀態，達到帶式輸送機節能控制的目的。