官地礦+970 主井運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)改造研究

趙世旭

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司 機(jī)電廠，山西 太原 030053)

1 礦井概況及改造背景

官地礦隸屬于山西焦煤西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司，井田處于西山煤田西山礦區(qū)，太原市西南17 km處，地跨太原市萬(wàn)柏林區(qū)、晉源區(qū)、清徐縣及古交市，始建于1960 年，井田面積104.5 km2，建礦以來(lái)，經(jīng)過(guò)4 次環(huán)節(jié)能力改造，礦井年核定生產(chǎn)能力500 萬(wàn)t. 礦井采用平峒-斜井聯(lián)合開(kāi)拓方式，屬多煤層聯(lián)合開(kāi)采。

根據(jù)集團(tuán)公司對(duì)官地礦整體規(guī)劃要求，再次對(duì)環(huán)節(jié)能力改造提升，增加開(kāi)采南五采區(qū)(約1.5 ～2 Mt/a)，通過(guò)新建原煤運(yùn)輸通道，將南五采區(qū)生產(chǎn)的原煤運(yùn)輸并入南翼運(yùn)輸系統(tǒng)，最終由+970 主井運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)出地面。由于運(yùn)煤通道建成后沿線各環(huán)節(jié)能力增加，+970主井運(yùn)輸系統(tǒng)已不能滿足擴(kuò)能改造后7.0 Mt/a的生產(chǎn)要求。另根據(jù)官地礦提供的資料顯示，+970主井運(yùn)輸系統(tǒng)于2004 年投入使用，設(shè)計(jì)年運(yùn)輸能力為5.0 Mt/a，輸送量為900 t/h，采用美國(guó)生產(chǎn)CST 可控起動(dòng)裝置系統(tǒng)，操作控制系統(tǒng)經(jīng)多年使用，啟動(dòng)電流大，電能損耗多，且線路老化，多次出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)，亟需進(jìn)行改造。

2 +970 主井現(xiàn)帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

帶寬:1 200 mm

帶速:3.5 m/s

輸送量:900 t/h

輸送距離:5 454 m

傾角:0.3° ～11°

提升高度:92.5 m

驅(qū)動(dòng)方式:頭部雙滾筒三電機(jī)，采用CST 啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)總功率:3 ×630 kW，電壓等級(jí)6 kV

膠帶型號(hào):ST/S3150 型鋼絲繩芯阻燃輸送帶

液壓拉緊:ZYL-200 型頭部液壓拉緊裝置

3 總體思路和改造要求

3.1 總體思路

根據(jù)礦方要求，+970 主井運(yùn)輸系統(tǒng)升級(jí)改造應(yīng)以實(shí)施難度小、成本低、時(shí)間短，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠為原則，針對(duì)+970 主井運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)主井運(yùn)輸系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)裝置、可控啟動(dòng)裝置、輸送帶、托輥等主要部件進(jìn)行選型設(shè)計(jì)、校核，提出可行性方案。對(duì)可行方案進(jìn)行對(duì)比、論證，選出性價(jià)比最優(yōu)的實(shí)施方案，為礦井運(yùn)輸系統(tǒng)改造提供理論依據(jù)。

3.2 改造要求

1)改造后+970 主井運(yùn)輸系統(tǒng)年運(yùn)輸能力應(yīng)滿足7.0 Mt/a，原330 d/a、16 h/d 工 作 制 度 改 為330 d/a、18 h/d.

2)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備(如鋼絲繩芯阻燃輸送帶、托輥、托輥架、支腿等)及基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)度校核，在滿足安全可靠原則的前提下，盡量維持不變。

3)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓變頻器性能的高可靠性及明顯的節(jié)能效應(yīng)，要求驅(qū)動(dòng)控制采用礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓變頻器+ 防爆變頻電動(dòng)機(jī)方式。

4 改造方案

4.1 設(shè)備能力的確定

由于礦井設(shè)有井底煤倉(cāng)，因此，根據(jù)礦方要求的年運(yùn)輸能力6.5 ～7 Mt/a 及工作制度(年工作330天，每天提升18 h)，確定+970 主斜井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)小時(shí)輸送量為:

Q = (6 500 000 ～7 000 000)/(330 × 18)=1 094.3 ～1 178.5 t/h

根據(jù)上述計(jì)算值，并結(jié)合礦方要求，主斜井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)小時(shí)輸送量最終取Q=1 200 t/h.

4.2 能力提升改造方案

在保證輸送量1 200 t/h、帶寬1 200 mm，不更換現(xiàn)有膠帶和托輥的條件下，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算及主要零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受力分析，得出以下初步結(jié)論:

1)原驅(qū)動(dòng)總功率3 ×630 kW 不滿足設(shè)計(jì)要求，核算實(shí)際驅(qū)動(dòng)總功率應(yīng)不小于2 445 kW.

2)帶速可采用3.5 m/s 或提高到4 m/s 兩種技術(shù)改造方式。

3)包括傳動(dòng)機(jī)架、改向機(jī)架、機(jī)尾架等主要結(jié)構(gòu)機(jī)架和相匹配滾筒需更換加強(qiáng)，機(jī)身支腿、托輥架等暫不需更換，均涉及所有改造方案。

根據(jù)上述初步結(jié)論和改造原則，設(shè)計(jì)考慮了3 種改造方案(以下膠帶安全系數(shù)對(duì)比是在均滿足安全系數(shù)要求前提下分析):

方案一:帶速v=3.5 m/s，頭部雙滾筒四電機(jī)，總功率4 ×630 kW，高壓變頻器控制。該方案采用機(jī)頭2∶2功率配比，相比其他方案，膠帶所需張力最大，對(duì)膠帶影響最大，膠帶安全系數(shù)最小，但由于四驅(qū)動(dòng)設(shè)備均在井口房布置，除驅(qū)動(dòng)布置形式因盤式制動(dòng)器和逆止器安裝較為復(fù)雜外，改造工程量相對(duì)較低，工程周期較短，改造成本低，由于是頭部集中控制，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

方案二:帶速v=3.5 m/s，頭部雙滾筒三電機(jī)+中部單滾筒單電機(jī)，總功率4 ×630 kW，高壓變頻器控制。該方案采用2∶1∶1功率配比，相比其他方案，膠帶所需張力最小，膠帶安全系數(shù)最高，整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求最低，但由于中間驅(qū)動(dòng)設(shè)備需在機(jī)身合適位置重新開(kāi)辟硐室，井下施工難度大，工程周期長(zhǎng)，相應(yīng)成本較高。由于控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)井口機(jī)房集控，相比系統(tǒng)較為復(fù)雜。

方案三:帶速v=4 m/s，頭部雙滾筒三電機(jī)，總功率3 ×900 kW，高壓變頻器控制。該方案采用機(jī)頭2∶1功率配比，相比其他方案，膠帶所需張力較大，膠帶安全系數(shù)較小，但由于三驅(qū)動(dòng)設(shè)備均在井口房布置，驅(qū)動(dòng)布置形式簡(jiǎn)單，改造工程量相對(duì)較低，工程周期短，改造成本較低，控制系統(tǒng)相比最簡(jiǎn)單。

由上述對(duì)比可知，在保證運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠前提下，驅(qū)動(dòng)方式的合理選型和布置，對(duì)降低改造難度，降低改造成本，縮短施工周期起著決定性作用。方案三采用提高速度，在原有驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置上更換驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)控制系統(tǒng)，改造工程量小、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用小、施工周期短、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全可靠性高，為最優(yōu)方案，且所有機(jī)架只需加大強(qiáng)度，基礎(chǔ)可保持不變，基建施工量小。

5 改造后+970 主井帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

帶寬:1 200 mm

帶速:4 m/s

輸送量:1 200 t/h

輸送距離:5 454 m

傾角:0.3° ～11°

提升高度:92.5 m

驅(qū)動(dòng)方式:頭部雙滾筒三電機(jī)，變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)總功率:3 ×900 kW，電壓等級(jí)6 kV

膠帶型號(hào):ST/S3150 型鋼絲繩芯阻燃輸送帶

液壓拉緊:ZYJ-500 型頭部液壓拉緊裝置

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)主井帶式輸送機(jī)技術(shù)改造方案的對(duì)比論證，在滿足實(shí)施難度小、改造成本低、工程周期短、系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠的基礎(chǔ)上，選用提高帶速，在原驅(qū)動(dòng)裝置上更換驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的方案，達(dá)到了預(yù)期效果，為礦井運(yùn)輸系統(tǒng)改造提供依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)礦井安全高效生產(chǎn)，取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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