大功率多電機(jī)中間驅(qū)動帶式輸送機(jī)在煤礦主斜井的運用

賈清華

1 帶式輸送機(jī)布置形式的選擇

大同煤礦集團(tuán)公司同忻礦主斜井傾角為5.13°～3.08°～4.4°，提升高度為365 m，長度為4 601 m。針對主斜井的分布特點，本帶式輸送機(jī)可采用兩種設(shè)計方案：①2 部帶式輸送機(jī)搭接；②1 部帶式輸送機(jī)。

采用第1 種方案存在以下優(yōu)點：輸送距離短，要求的技術(shù)指標(biāo)降低，帶式輸送機(jī)設(shè)計難度低。缺點：采用2 部搭接時，搭接硐室較為龐大，硐室開拓及支護(hù)較為困難；帶載停機(jī)時，由于2 部輸送機(jī)停車時間不同，易造成轉(zhuǎn)載點堵煤，系統(tǒng)復(fù)雜，造成輸送機(jī)管理難度大，輸送帶壽命降低，總投資增大。

采用第2 種方案具有以下優(yōu)點：簡化運輸系統(tǒng)，減少中轉(zhuǎn)站；對1 部輸送帶進(jìn)行監(jiān)測和管理較為方便，不存在2 部輸送機(jī)的協(xié)調(diào)管理問題，易于統(tǒng)一管理；不存在由于中間轉(zhuǎn)載所帶來的堵煤、漏煤等諸多問題；降低運輸成本，節(jié)省設(shè)備，減少基建費用和供電系統(tǒng)，輸送帶整體投資相對較小。缺點：由于輸送帶本身的粘彈性特性，再加上長距離運輸，其運行時表現(xiàn)出的動態(tài)響應(yīng)問題更為突出，容易出現(xiàn)輸送帶抖動（嚴(yán)重時甚至跳帶）、涌帶、斷帶事故；由于系統(tǒng)龐大，需要的驅(qū)動力很大，對驅(qū)動方式提出很高的要求。如采用1 部輸送機(jī)布置，頭部集中四驅(qū)動，輸送機(jī)的單邊最大張力達(dá)到2 100 kN，輸送機(jī)的帶強(qiáng)達(dá)到ST8000；驅(qū)動單元也較為龐大，達(dá)到4×2 800 kW，造成輸送機(jī)的投資大幅度增加。如采用轉(zhuǎn)載式中間驅(qū)動布置形式，既可以降低帶強(qiáng)，又能解決轉(zhuǎn)載點堵煤，方便輸送機(jī)的管理。

綜合考量以上2 個方案的優(yōu)缺點，最終決定使用第2 種設(shè)計方案，即1 部輸送帶采用機(jī)頭加中間共同驅(qū)動的驅(qū)動方式。

2 帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

為該主斜井研制的DTL180 大運量高帶速強(qiáng)力帶式輸送機(jī)可以滿足年產(chǎn)量為1 000 萬t 以上的特大型礦井主提升的要求。其中DTL180/250/6×1800 型強(qiáng)力帶式輸送機(jī)是目前國內(nèi)第1 臺驅(qū)動總功率達(dá)到10 800 kW、帶速5 m/s 的煤礦主斜井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：

3 帶式輸送機(jī)驅(qū)動方式的選擇

要實現(xiàn)中間驅(qū)動，驅(qū)動裝置的同步性和功率平衡是關(guān)鍵。目前能滿足大功率驅(qū)動要求的軟啟動裝置有3 種：CST 系統(tǒng)、閥控調(diào)速型液力耦合器及變頻器。3 種軟啟動裝置性能比較見表1。

表1 大功率軟啟動裝置性能對比

從表1 中可明顯看出變頻裝置具有很大優(yōu)勢，應(yīng)當(dāng)為首選方案。但是，在煤礦有特殊的防爆和煤安要求，前2 種能滿足防爆要求，后1 種不防爆。也就是說，6 000 V 以上的高電壓、大功率變頻器還沒有取得防爆和煤安合格證，即使取得，為其配套硐室、供電、供水等，也帶來維護(hù)不便。因此，實施2 300 m長距離大功率多電機(jī)中間驅(qū)動高壓變頻調(diào)速方式。

4 帶式輸送機(jī)變頻器容量的配置

4.1 容量選擇

驅(qū)動電機(jī)的總功率為10 800 kW，考慮到過載能力余量，選用6 臺2 250 kW 羅賓康完美無諧波系列高壓變頻器，而且變頻器的的功率單元的電流值選為260 A，持續(xù)負(fù)載可達(dá)2 250 kW。另外加1 臺備用變頻器（任何一臺變頻器出現(xiàn)問題時它都可以替代），完全滿足要求，變頻器型號為PH-10-6-2250，輸出電壓范圍為0 V～6 600 V。

4.2 6機(jī)驅(qū)動10800kW 系統(tǒng)組成

皮帶頭部3 個驅(qū)動：

3×1 800 kW 變頻器+（國產(chǎn)防爆電機(jī)）電機(jī)，配1 套主PLC 控制器，變頻器+干式變壓器。

皮帶中部3 個驅(qū)動：

3×1 800 kW 變頻器+（國產(chǎn)防爆電機(jī)）電機(jī)+變壓器，配1 套西門子ET200S 防爆型PLC 控制器，變頻器+干式變壓器。

主PLC 控制器（內(nèi)置西門子研發(fā)的皮帶控制軟件）保證6 臺電機(jī)同步、功率平衡、皮帶平穩(wěn)啟停。

變頻器輸出6.6 kV，輸出波形近似正弦波，由DV/DT 引起的電壓降可以忽略不計。電機(jī)與變頻器距離2 200 m，電機(jī)額定電壓6 kV。系統(tǒng)配置留有足夠的余度，總的電壓降約為3%，不影響電機(jī)的額定輸出。

變頻器及PLC 柜均安裝在井口地面配電室，皮帶頭部驅(qū)動系統(tǒng)與皮帶中部驅(qū)動系統(tǒng)之間通訊通過PROFIBUS 現(xiàn)場總線實現(xiàn)。

考慮到電機(jī)與變頻器距離較遠(yuǎn)，電機(jī)編碼器信號及軸承和定子測溫信號傳輸?shù)目煽啃裕陔姍C(jī)附近設(shè)置PLC 從站，采用西門子ET200S 防爆型PLC，用光纖將電機(jī)控制信號接入后通過PROFIBUS 現(xiàn)場總線傳輸至地面主PLC 站。

4.3 多電機(jī)驅(qū)動的實現(xiàn)

對于同忻礦主斜井長距離帶式輸送機(jī)，各驅(qū)動點的帶速同步是多點驅(qū)動的關(guān)鍵技術(shù)之一。輸送帶是一具有粘彈特性的粘彈性體，動張力在輸送帶中的傳遞需要一定的時間，各質(zhì)點才能依次開始運動。在長距離輸送機(jī)中，這一段時間如果不夠長，就會喪失輸送帶與傳動滾筒保持正常傳動所需的摩擦力，造成輸送帶在傳動滾筒上打滑而不能正常啟動；反之若時間過長，帶式輸送機(jī)的下膠帶將承受非常大的張緊力，而對膠帶的使用壽命造成影響。

此帶式輸送機(jī)先同時啟動機(jī)頭3 臺變頻器，通過PROFIBUS-DP 總線監(jiān)測安裝在輸送機(jī)頭部的張力傳感器（見第23 頁圖1）的變化，當(dāng)張力傳感器發(fā)生變化（±5%）時，啟動中間3 臺變頻器，這樣就解決了有中間驅(qū)動長距離帶式輸送機(jī)所面臨的難題。

5 帶式輸送機(jī)的運行效果

同忻礦主斜井帶式輸送機(jī)于2009 年10 月投入運行，2010 全年提升原煤1 006 萬t，最高月產(chǎn)量110萬t，最高日產(chǎn)量6 萬t，瞬時最高運量達(dá)到6 000 t/h，實現(xiàn)了年產(chǎn)量1 000 萬t 的目標(biāo)。

圖1 張力傳感器安裝

通過1 a 多現(xiàn)場使用證明，啟動平穩(wěn)，無涌帶、壓帶現(xiàn)象，膠帶在線監(jiān)測結(jié)果表明沒有疲勞損傷，也沒有發(fā)生安全事故。電機(jī)及整機(jī)工況良好，開機(jī)率達(dá)到80%；變頻器各項指標(biāo)檢測正常，輸入功率因數(shù)均在0.95 以上；未檢測到干擾諧波，電機(jī)溫升正常；整機(jī)可靠性高，滿足了生產(chǎn)的需要。

[1]郭永存.多電機(jī)傳動帶式輸送機(jī)功率配比的研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2003，31（1）：46.