礦井帶式輸送機的節能損耗分析研究

杜志強

（晉能控股集團馬道頭煤業有限公司，山西 大同 037101）

引言

礦井用帶式輸送機是煤礦生產的主要運輸設備，具有運行可靠、結構簡單、自動化程度高、生產效率高等優點。帶式輸送機的組成部分包含輸送膠帶、傳動裝置、張緊裝置、托輥、制動裝置等五大部件[1]，其工作原理為輸送帶經機頭、機尾轉向滾筒和驅動滾筒形成一個閉環皮帶系統，同時上托輥和下托輥分別支承承載、回程輸送帶。當需要輸送原煤時，帶式輸送機電動機帶動各驅動滾筒同向旋轉，同時，張緊裝置將輸送帶張緊，驅動滾筒與輸送帶之間產生的摩擦力運載輸送帶及輸送帶上的煤炭，完成原煤的整個輸送流程[2]。該運輸設備的節能增效可通過兩方面實現，即帶式輸送機多機功率平衡控制，使多電機均衡出力，減少損耗；帶式輸送機的多電機有序啟動及平穩控制控制，減少空轉、堵住現象，節約啟動時間。為降低帶式輸送機的損耗，本文通過采用煤運量和帶速相匹配的方法，研究改進后電氣損耗和機械損耗的節能效果，進而實現帶式輸送機節能降耗的目的。

1 礦井帶式輸送機的節能研究

礦井帶式輸送機是井下主要耗能設備，對帶式輸送機開展節能方面的技術研究有著重要的意義。礦井帶式輸送機設備完成運行主要是克服阻力所做的功，所以輸送機功率損耗的主要因素是運行阻力。帶式輸送機設備節能方面的技術，一方面應用新型高效設備，使帶式輸送機的運行阻力降低；另一方面通過采用流程優化控制、功率優化控制和帶速優化控制技術來達到帶式輸送機節能的目的。其中流程優化控制，以“逆煤流”的運行方式轉換為“順煤流”，在啟動帶式輸送機時按照煤流方向依次啟動，可有效避免輸送機長時間的空轉運轉；功率優化控制，通過減少使用電機的數量來達到與煤運輸量相匹配的目的，達到節能運行；帶速優化控制，采用變頻調速的帶式輸送機調速模式，其調壓是利用輸出的電源完成的，擁有響應快、動態動作、輸出穩定等優點，當煤流量與帶速達到最優匹配關系時，實現節能效果。

2 改造前的帶式輸送機節能損耗分析

通常情況下，帶式輸送機在設計使用上都會留有一定的裕量，而在實際運行中大多數又達不到這個設計運量，因此可通過減小皮帶運行速度及增加填充率的方法來降低帶式輸送機的消耗功率。在輸送機正常運行狀態下，盡量使輸送機的帶速和煤流量達到最優匹配關系。本文以某礦為例，分析優化改造前后帶式輸送機的節能效果，其改造前具體的機械參數如表1所示。

表1 帶式輸送機具體機械參數表

當皮帶上煤量保持一定時，帶式輸送機的煤流量隨著帶速的增大而增大，呈現出正比例關系。根據表1中具體參數，設定在額定年煤產量3.2×106t下，可 計算得出帶式輸送機的平均煤流量為：Q實=

3 帶式輸送機節能損耗改造分析

在煤運量和帶速達到最優匹配關系下，研究帶式輸送機在電氣損耗和機械損耗下的節能效果。

3.1 電氣節能損耗分析

1）改造前的電量損耗。改造前，礦井帶式輸送機設備以帶速v=4 m/s恒速運行，此時，帶式輸送機的實際功率就是額定功率值。因此，改造前帶式輸送機的全年所消耗的電量為：W前=W×年工作日×每天作業時間×臺數=250×300×18×3=405×104kW·h。

2）改造后的電量損耗。改造后，對于礦井帶式輸送機控制系統，輸送機設備的帶速取決于實際煤流量與帶速間的匹配關系。此時，按照平均煤流量來計算，當煤流量為593 t/h時，帶式輸送機設備的W為550 kW，V為3 m/s，因此，改造后所消耗的電量為W后=W×年工作日×每天作業時間=550×300×18=297×104kW·h。

3）改造后的電氣節能結果為：W=W前-W后=（405-297）×104=108×104kW·h。

3.2 機械損耗分析

在傳統的煤礦生產中，帶式輸送機是以一個恒速運行，在設備實際運行中的煤流量較小時，皮帶繼續以較高的帶速運行，這樣不僅會浪費大量電能能源，也相應地增加了設備的磨損。其中，機械損耗是由軸承、托輥、滾筒和皮帶之間的摩擦造成的，帶速越大，軸承、滾筒的轉速就越大，設備的機械磨損就越大。而現在在煤礦開采中，皮帶的帶速隨煤流量的變化而變化，當帶速減小時，在單位時間內，皮帶的運行圈數也減小，因此輸送帶的設備機械磨損也隨之降低。

綜合電氣損耗和機械損耗得到表2所示的對比效果可知，礦井帶式輸送機在實際應用中，煤流量減小或增加時，帶式輸送機節能損耗控制系統可達到減少電能損耗和提高其運行效率的雙重效果。

表2 改造前后帶式輸送機設備的節能效果表

4 結論

為實現輸送機節能降耗的目的，本文在煤流量與帶速達到最優匹配關系的前提下，研究帶式輸送機改造后在電氣損耗和機械損耗下的節能效果，結論是：

1）采用煤流量與運速相匹配的方法，帶式輸送機運輸效率顯著提高；

2）改造后，節電效果顯著，節電效率約為27%；

3）改造后，機械損耗也明顯降低。