官地礦+970 主井運輸系統(tǒng)技術改造研究

趙世旭

(西山煤電(集團)有限責任公司 機電廠，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有限責任公司，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，經過4 次環(huán)節(jié)能力改造，礦井年核定生產能力500 萬t. 礦井采用平峒-斜井聯(lián)合開拓方式，屬多煤層聯(lián)合開采。

根據集團公司對官地礦整體規(guī)劃要求，再次對環(huán)節(jié)能力改造提升，增加開采南五采區(qū)(約1.5 ～2 Mt/a)，通過新建原煤運輸通道，將南五采區(qū)生產的原煤運輸并入南翼運輸系統(tǒng)，最終由+970 主井運輸系統(tǒng)運出地面。由于運煤通道建成后沿線各環(huán)節(jié)能力增加，+970主井運輸系統(tǒng)已不能滿足擴能改造后7.0 Mt/a的生產要求。另根據官地礦提供的資料顯示，+970主井運輸系統(tǒng)于2004 年投入使用，設計年運輸能力為5.0 Mt/a，輸送量為900 t/h，采用美國生產CST 可控起動裝置系統(tǒng)，操作控制系統(tǒng)經多年使用，啟動電流大，電能損耗多，且線路老化，多次出現(xiàn)故障，影響生產，亟需進行改造。

2 +970 主井現(xiàn)帶式輸送機主要技術參數

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

驅動方式:頭部雙滾筒三電機，采用CST 啟動驅動

驅動總功率:3 ×630 kW，電壓等級6 kV

膠帶型號: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

根據礦方要求，+970 主井運輸系統(tǒng)升級改造應以實施難度小、成本低、時間短，系統(tǒng)運行安全可靠為原則，針對+970 主井運輸系統(tǒng)現(xiàn)有設備技術指標，結合生產實際情況，對主井運輸系統(tǒng)中驅動裝置、可控啟動裝置、輸送帶、托輥等主要部件進行選型設計、校核，提出可行性方案。對可行方案進行對比、論證，選出性價比最優(yōu)的實施方案，為礦井運輸系統(tǒng)改造提供理論依據。

3.2 改造要求

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

2)對現(xiàn)有設備(如鋼絲繩芯阻燃輸送帶、托輥、托輥架、支腿等)及基礎進行強度校核，在滿足安全可靠原則的前提下，盡量維持不變。

3)礦用隔爆兼本質安全型高壓變頻器性能的高可靠性及明顯的節(jié)能效應，要求驅動控制采用礦用隔爆兼本質安全型高壓變頻器+ 防爆變頻電動機方式。

4 改造方案

4.1 設備能力的確定

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

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

根據上述計算值，并結合礦方要求，主斜井強力帶式輸送機小時輸送量最終取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，通過設計計算及主要零部件結構強度受力分析，得出以下初步結論:

1)原驅動總功率3 ×630 kW 不滿足設計要求，核算實際驅動總功率應不小于2 445 kW.

2)帶速可采用3.5 m/s 或提高到4 m/s 兩種技術改造方式。

3)包括傳動機架、改向機架、機尾架等主要結構機架和相匹配滾筒需更換加強，機身支腿、托輥架等暫不需更換，均涉及所有改造方案。

根據上述初步結論和改造原則，設計考慮了3 種改造方案(以下膠帶安全系數對比是在均滿足安全系數要求前提下分析):

方案一:帶速v=3.5 m/s，頭部雙滾筒四電機，總功率4 ×630 kW，高壓變頻器控制。該方案采用機頭2∶2功率配比，相比其他方案，膠帶所需張力最大，對膠帶影響最大，膠帶安全系數最小，但由于四驅動設備均在井口房布置，除驅動布置形式因盤式制動器和逆止器安裝較為復雜外，改造工程量相對較低，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)簡單。

方案二:帶速v=3.5 m/s，頭部雙滾筒三電機+中部單滾筒單電機，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，膠帶安全系數最高，整機結構強度要求最低，但由于中間驅動設備需在機身合適位置重新開辟硐室，井下施工難度大，工程周期長，相應成本較高。由于控制系統(tǒng)要實現(xiàn)井口機房集控，相比系統(tǒng)較為復雜。

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

由上述對比可知，在保證運輸系統(tǒng)運行安全可靠前提下，驅動方式的合理選型和布置，對降低改造難度，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，在原有驅動傳動裝置上更換驅動傳動控制系統(tǒng)，改造工程量小、運營費用小、施工周期短、控制系統(tǒng)簡單、安全可靠性高，為最優(yōu)方案，且所有機架只需加大強度，基礎可保持不變，基建施工量小。

5 改造后+970 主井帶式輸送機主要技術參數

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

驅動方式:頭部雙滾筒三電機，變頻調速驅動

驅動總功率:3 ×900 kW，電壓等級6 kV

膠帶型號: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 語

通過對主井帶式輸送機技術改造方案的對比論證，在滿足實施難度小、改造成本低、工程周期短、系統(tǒng)運行安全可靠的基礎上，選用提高帶速，在原驅動裝置上更換驅動控制系統(tǒng)的方案，達到了預期效果，為礦井運輸系統(tǒng)改造提供依據，從而實現(xiàn)礦井安全高效生產，取得更大的經濟效益。

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