井下帶式輸送機(jī)運(yùn)輸能力提升研究與應(yīng)用

李 俊

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)，山西 晉城 048006）

1 概況

長(zhǎng)平礦井四盤區(qū)北翼帶式輸送機(jī)主要服務(wù)于四盤區(qū)東部的大采高工作面，4313工作面已回采結(jié)束，下一接替面4315工作面。四盤區(qū)北翼帶式輸送機(jī)現(xiàn)皮帶長(zhǎng)度1600m，運(yùn)量為2000t/h，帶速3.5m/s。膠帶型號(hào)PVG2000S，電機(jī)為3×400kW，配套三臺(tái)420krs型CST，帶寬為1400mm。

四盤區(qū)北翼膠帶巷按一個(gè)大采高工作面和兩個(gè)掘進(jìn)隊(duì)組雙巷掘進(jìn)計(jì)算，每天的出煤量約為2萬(wàn)t。按每天生產(chǎn)20h，每小時(shí)運(yùn)量為1000t，北翼帶式輸送機(jī)原有運(yùn)量可以滿足原先生產(chǎn)格局要求。由于4315工作面順槽位于四盤區(qū)北翼帶式輸送機(jī)1660m處，距現(xiàn)皮帶機(jī)尾140m。在4313大采高工作面回采時(shí)出現(xiàn)皮帶打滑、壓皮帶的現(xiàn)象，運(yùn)力略顯不足。如開采至4315工作面時(shí)，煤炭輸送長(zhǎng)度增加了140m，此現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重。

為避免后期出現(xiàn)皮帶打滑、壓皮帶影響運(yùn)力現(xiàn)象，必須對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行能力提升改造。傳統(tǒng)的改造方案采用更換大功率皮帶機(jī)，此方案需重新購(gòu)置皮帶機(jī)、施工皮帶機(jī)基礎(chǔ)、回收舊皮帶機(jī)、安裝新皮帶機(jī)等工程，必將導(dǎo)致采購(gòu)成本和施工工程量增加及施工工期較長(zhǎng)等現(xiàn)象，間接影響原煤生產(chǎn)和礦井的正常生產(chǎn)秩序。不管從經(jīng)濟(jì)方面，還是從安全方面考慮，此方案都不是最佳的改造方案。為快速高效完成帶式輸送機(jī)運(yùn)輸能力提升，必須在現(xiàn)有皮帶機(jī)主體框架不變的情況下，采用一種更少成本投入的、更加安全高效施工的、更加快速的提升改造方案。

2 運(yùn)輸能力影響因素

（1）功率因數(shù)低，線路損耗大，電機(jī)低效率運(yùn)行

隨著現(xiàn)代化礦井的加速建設(shè)，井下大型機(jī)械化設(shè)備、大功率電機(jī)、變頻器使用量及自動(dòng)化程度日益加大，造成了各種感性負(fù)荷、容性負(fù)荷、用電設(shè)備與電網(wǎng)供電電源之間大量的無(wú)功功率。同時(shí)，產(chǎn)生了各類諧波，以至于出現(xiàn)了供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)大、功率因數(shù)低、線路損耗大、設(shè)備啟動(dòng)困難等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了供電質(zhì)量和用電設(shè)備的正常運(yùn)行。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)，三臺(tái)400kW電機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)為0.65，無(wú)功功率為375kvar，功率因數(shù)低，線路損耗過(guò)大，設(shè)備運(yùn)行效率低。

（2）張緊力不足，輸送帶松弛，導(dǎo)致帶式輸送機(jī)打滑

帶式輸送機(jī)張緊裝置是帶式輸送機(jī)不可缺少的重要組成部分，它直接關(guān)系到帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行及使用壽命。對(duì)于大運(yùn)量、長(zhǎng)距離等大型帶式輸送機(jī)而言更是如此。負(fù)載變化引起輸送帶長(zhǎng)度變化，必須經(jīng)常調(diào)節(jié)張緊滾筒位置，才能保證帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行。以往一般均采用固定絞車?yán)o，而固定絞車張緊裝置只能定期張緊皮帶，皮帶的張緊程度往往與操作者的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，經(jīng)常出現(xiàn)張緊力過(guò)大或者過(guò)小影響到帶式輸送機(jī)的安全及平穩(wěn)運(yùn)行，造成輸送帶松弛而導(dǎo)致打滑、拉不動(dòng)事故發(fā)生。

（3）底板高低起伏，帶式輸送機(jī)受力不均，導(dǎo)致壓皮帶事故

圖1 四盤區(qū)北翼膠帶巷底板剖面圖

通過(guò)圖1可見，北翼膠帶巷部分巷道呈脊背狀，整體呈機(jī)頭高（標(biāo)高為562m），隨后有一個(gè)緩下坡的凹陷段（低程標(biāo)高為556m），凹陷段長(zhǎng)度約為80m，整體7°坡；310m往后至1300m整體前后坡度較為平緩，凹陷段長(zhǎng)度也較短，不影響帶式輸送機(jī)運(yùn)行；1300m往后開始出現(xiàn)一個(gè)下坡地段，從標(biāo)高561m逐漸下至最低點(diǎn)的540m，長(zhǎng)度約為260m，整體8°坡。分析得出，當(dāng)帶式輸送機(jī)頭空載，后半段滿載時(shí)，造成帶式輸送機(jī)受力不均勻，機(jī)頭驅(qū)動(dòng)滾筒出現(xiàn)打滑導(dǎo)致帶式輸送機(jī)拉不動(dòng)，后半段壓皮帶現(xiàn)象；其次帶式輸送機(jī)整體高低起伏，導(dǎo)致部分托輥受力較大，頻繁出現(xiàn)壞托輥的現(xiàn)象；機(jī)尾滾筒處于相對(duì)低點(diǎn)，除受膠帶水平拉力外還要承受一個(gè)向上的拉拔力，容易造成機(jī)尾滾筒損壞。

經(jīng)過(guò)研究分析，決定在原帶式輸送機(jī)基礎(chǔ)上安裝無(wú)功功率補(bǔ)償裝置、自動(dòng)張緊裝置和平整帶式輸送機(jī)坡度三方面進(jìn)行運(yùn)輸能力提升改造。

3 運(yùn)輸能力提升方案

（1）安裝無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，提高帶式輸送機(jī)功率因數(shù)

無(wú)功功率補(bǔ)償裝置在供電系統(tǒng)中所承擔(dān)的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。所以在變壓器與饋電開關(guān)之間安裝一臺(tái)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，其與負(fù)載并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)SVG設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)切除，不影響負(fù)載的正常使用。將自換相橋式電路通過(guò)電抗器直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側(cè)電流，就可使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康模妶D2。

圖2 補(bǔ)償裝置系統(tǒng)圖

（2）更換為自動(dòng)張緊裝置，提高帶式輸送機(jī)張緊力

自動(dòng)張緊裝置可對(duì)膠帶張力進(jìn)行精確控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膠帶張緊力。在自動(dòng)模式下控制程序通過(guò)張力傳感器的反饋來(lái)調(diào)節(jié)皮帶的張力。同時(shí)，具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力，在極短的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)膠帶張力的變化?？刂瞥绦?qū)⒏鶕?jù)張力設(shè)定值和實(shí)際張力的差值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用相應(yīng)的扭矩來(lái)調(diào)節(jié)張力。當(dāng)張力調(diào)節(jié)到設(shè)定值的某個(gè)范圍內(nèi)并保持120s以后，程序?qū)⒖刂蒲b置進(jìn)入駐留模式，此時(shí)會(huì)關(guān)閉變頻驅(qū)動(dòng)和電機(jī)，使帶式輸送機(jī)在額定張力下運(yùn)行。通過(guò)自動(dòng)張緊裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不斷調(diào)整張緊力，保證膠帶在合理的范圍內(nèi)隨時(shí)調(diào)節(jié)張緊力，保障帶式輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。出現(xiàn)緊急狀況可自動(dòng)調(diào)節(jié)膠帶張力，避免出現(xiàn)滾筒與膠帶摩擦力低打滑拉不動(dòng)的現(xiàn)象。

（3）平整帶式輸送機(jī)坡度，降低運(yùn)行阻力

通過(guò)盡量削平巷道的脊梁、帶式輸送機(jī)巷起底及安裝H架加高腿來(lái)實(shí)現(xiàn)平整帶式輸送機(jī)坡度的目的。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在有坡度起伏的地方通過(guò)起底隨緩巷道坡度，并安裝部分H架加高腿盡量隨平帶式輸送機(jī)巷坡度，使帶式輸送機(jī)承載各點(diǎn)受力均衡，降低帶式輸送機(jī)運(yùn)行阻力。

4 運(yùn)輸能力提升效果

（1）安裝無(wú)功功率補(bǔ)償裝置后，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)，三臺(tái)400kW電機(jī)功率因數(shù)提高為0.74。系統(tǒng)的無(wú)功功率降低至250kvar，降低了125kvar，驅(qū)動(dòng)總功率增加132kW。減少輸配電線路上的電流損耗，提升變壓器的使用效率，提高了帶式輸送機(jī)運(yùn)能。而且可節(jié)約電能，帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益；

（2）安裝自動(dòng)張緊裝置后，提升了帶式輸送機(jī)的足夠張力和摩擦牽引力，保證了帶式輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

（3）通過(guò)對(duì)巷道起底隨緩坡度和帶式輸送機(jī)H架加裝調(diào)高腿，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)平穩(wěn)過(guò)渡起伏段，使帶式輸送機(jī)各點(diǎn)受力均衡，減少了運(yùn)行阻力，保障了帶式輸送機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)行。