煤礦井下帶式輸送機驅動系統(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措施提高帶式輸送機運行效率[1-2]。驅動系統(tǒng)是驅動輸送帶往返運轉的主要設備，現(xiàn)階段多數(shù)礦井驅動系統(tǒng)結構包括有減速器、聯(lián)軸器以及異步電機等構成的，采用此種驅動系統(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系統(tǒng)對原驅動系統(tǒng)進行升級改造。文中就對智能直驅系統(tǒng)結構、功能以及改造應用效果等內容進行分析。

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)運輸巷內帶式輸送機驅動系統(tǒng)結構為CST軟啟動方式，采面運輸巷內帶式輸送機驅動方式為減速器+變頻器+電機方式，其他采區(qū)帶式輸送機驅動方式采用智能直驅方式。具體礦井原煤運輸系統(tǒng)結構見圖1。

圖1 礦井原煤運輸系統(tǒng)結構示意圖

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動進行升級，從而統(tǒng)一帶式輸送機驅動方式并降低后續(xù)維護成本。礦井帶式輸送機驅動系統(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，隨著帶式輸送機驅動技術以及材料等發(fā)展，原有的驅動方式較為落后，技術壽命已所剩無幾，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）帶式輸送機驅動系統(tǒng)采用多級驅動方式，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 帶式輸送機驅動系統(tǒng)升級改造分析

2.1 驅動系統(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，帶式輸送機驅動系統(tǒng)具有故障發(fā)生率低、后續(xù)維護簡單，調速范圍更寬，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系統(tǒng)對礦井帶式輸送驅動系統(tǒng)進行升級改造。

表1 礦井不同帶式輸送機驅動系統(tǒng)對比

智能永磁直驅系統(tǒng)結構包括有變頻器、電控系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)以及永磁直驅電機等構成。永磁直驅電機采用低速聯(lián)軸器直接與轉動滾筒連接，采用的變頻器通過伺服直接轉矩控制或者同步伺服矢量控制方式調整永磁電機運行，相對于傳統(tǒng)的驅動系統(tǒng)省去了液力偶合器、減速機以及同步齒輪等結構。變頻器（同步伺服控制器）是針對永磁同步電機結構以及工作特點開發(fā)的專用控制器，并內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+異步電機驅動系統(tǒng)均升級改造為智能永磁直驅系統(tǒng)。具體改造措施為：將拆除機頭原有驅動裝置（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）。智能直驅系統(tǒng)運行通過KTC101 控制系統(tǒng)，具體結構如圖2 所示。

圖2 智能永磁直驅系統(tǒng)控制結構

3 結語

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動系統(tǒng)基礎上，提出采用智能直驅系統(tǒng)對驅動系統(tǒng)進行升級改造。

2）智能直驅系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的驅動系統(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改造方案并進行現(xiàn)場應用。應用結果表明，煤礦井下原煤運輸系統(tǒng)實現(xiàn)了驅動方式統(tǒng)一，同時驅動系統(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。