長距離運輸巷帶式輸送機的技術改進

崔 煒

（西山煤電建筑集團有限公司礦建第一分公司，山西 太原 030000）

1 工程概況

山西某礦5509 綜采工作面運輸巷設計長度為2 900 m，巷道掘進時穿越5503 輔助運輸巷、5002 回風大巷，具體巷道位置關系見圖1 所示。按照原設計方案，在5509 運輸巷內需要布置2 臺帶寬1 400 mm 的帶式輸送機完成煤炭運輸工作，即在5509 運輸巷布置一條運輸距離2 000 m 帶式輸送機；在5503 以及5507 輔運巷間需要鋪設一臺地溝輸送機。采用上述布置方式不僅巷道掘進工程量增加，而且現場占用的崗位、人員較多。為了提升井下帶式輸送機工作效率，減少井下人員數量并降低設備能耗，對帶式輸送機進行改造并對輸送機布置進行重新設計，從而達到簡化運輸流程，提高生產效率的目的。

圖1 巷道位置關系

2 長距離運輸巷煤炭運輸方案的設計

2.1 總體運輸方案

為了降低運輸巷內帶式輸送機布置數量，提出將帶式輸送機驅動部、卸載部分開布置，并通過延伸架連接驅動部及卸載部，從而使得帶式輸送機可直接越過回風大巷與盤區運輸巷內的皮帶搭接并取消5503 以及5507 輔運巷間的地溝輸送機。采用礦井已有的1.4 m 寬帶式輸送機進行長距離煤炭運輸，具體布置方案見圖2 所示，帶式輸送機機頭以及機尾間高差控制在20 m，總的運輸距離為2 900 m。

圖2 運輸方案

2.2 帶式輸送機運輸校核

礦井原有的帶寬1.4 m 帶式輸送機驅動采用3臺功率400 kW 電動機驅動，最大運輸距離在2 000 m、輸送帶帶強為2 000 N/m、運輸速度為3.55 m/s。5509綜采工作面每天推進距離為3.2 m，煤炭產量平均為2 500 t/h。參照運輸順槽內帶式輸送機傳動效率、運輸長度、巷道坡度等參數，計算得到帶式輸送機完成煤炭運輸需要的驅動功率為1 396 kW，而輸送機原有的1 200 kW 驅動功率并不能滿足煤炭高效運輸需要[1-3]。

通過理論計算發現卸載滾筒處受到的最大張力在633.5 kN，帶式輸送機原滾筒允許的合理僅為400 kN，因此需要對帶式輸送機卸載滾筒位置進行安全改造。理論計算得到卸載滾筒位置輸送帶受到的張力為321.5 kN，輸送機采用的輸送帶型號為PVC2000S，在穩定工況下輸送帶安全系數為8.7。

帶式輸送機運輸2 900 m 時計算得到輸送機受到的總張力為263.4 kN，張緊裝置通過4 根鋼絲繩對輸送機進行張緊，平均每根鋼絲繩受到的張緊力為65.85 kN。輸送機原使用液壓油缸張緊方式，此狀態下單根鋼絲繩承受張力上限為40 kN，因此輸送機張緊裝置布置的鋼絲繩不滿足現場使用需要，需進行重新選擇[4-6]。

2.3 輸送機技術改造

通過對輸送機運輸校核發現輸送機驅動裝置功率、卸載滾筒位置強度以及張緊裝置鋼絲繩強度等均不能滿足5509 運輸巷帶式輸送機長距離運輸需要。因此，需要對上述不滿足安全運輸的內容進行重點技術改造。

1）對輸送機驅動裝置滾筒輸出軸進行技術改造通過增加一電動機，使得驅動裝置總裝機功率達到4×400 kW。對機頭位置處巷道斷面適當進行刷擴，給驅動裝置安裝以及檢修提供足夠的空間。對卸載滾筒、卸載架進行針對性補強加固，確保卸載滾筒以及卸載架結構穩定。

2）對輸送機張緊裝置進行改造，具體是使用變頻控制的張緊絞車代替原本的液壓油缸。采用張緊絞車方式可根據帶式輸送機張緊力需要對張緊力進行精準控制（張緊力實際值與設定值間精度在1 kN以內）。同時采取的絞車張緊方式動態反應能力較強，可在極短時間內依據輸送機帶張力變化進行張緊力調整。當輸送機需要重載啟動時，張緊絞車在變頻器控制下高速收帶，避免啟動過程中輸送帶出現打滑；在重載急停時，變頻器控制張緊絞車快速放帶，均勻地釋放輸送帶張力，避免惡性運輸事故發生。輸送機在正常運行時，變頻器將輸送帶張緊力控制在一定的范圍內，避免輸送機帶張緊力頻繁使得輸送機運行不穩定事故的發生。

3）對張緊裝置張緊鋼絲繩進行改造。原有的張緊鋼絲繩張緊力偏低，不能滿足現場使用需要。根據帶式輸送機張緊急校核結果，新的張緊裝置張緊鋼絲繩直徑由16 mm 調整至22 mm，從而有效提升鋼絲繩可靠性。

4）對帶式輸送機PLC 控制系統進行優化，從而實現多機驅動帶式輸送機功率平衡。在帶式輸送機控制程序中增加布置多個PID 控制回路，實現輸送機驅動電機負載均衡。PID 控制回路包括有加速度控制、主驅動壓力控制以及從驅動功率控制PID 等。選定帶式輸送機多機驅動中的一臺電動機作為主驅動電機，布置在輸出軸位置的速度傳感器對輸出軸運行速度進行監測，并以該監測值作為控制帶式輸送機加速度；主驅動控制PID 可以確保離合壓力滿足輸送機滿速運行需要；從驅動功率控制PID 將從電機運行功率與主驅動電機匹配，從而實現功率平衡。現場應用情況表明，通過PID 控制后，帶式輸送機驅動裝置中主、從驅動電機基本可實現功率平衡，功率差值控制在2%以內。

3 帶式輸送機技術改造效果分析

5509 運輸巷帶式輸送機技術改造耗時15 d 完成并于2020 年3 月正式使用，截止至2020 年8 月，采面回采推進已超過820 m，帶式輸送機運輸長度由2 900 m 縮短至2 080 m。從現場運行情況來看，帶式輸送機運行總體良好，可以滿足綜采工作面煤炭高效運輸的需要。

在5509 運輸巷對帶式輸送機進行技術改造后，通過一條帶式輸送機即可將采面煤炭運輸至采區運輸巷，不需要與地溝帶式輸送機搭接運輸。預計在生產期間可減少帶式輸送機設備以及后期維護費用約860 萬元。