銅礦峪銅礦U2 膠帶提升系統(tǒng)900×104t/a 技術(shù)改造方案探討

張艷明

（山西中條山工程設(shè)計研究有限公司，山西 垣曲 043700）

1 概述

北方銅業(yè)股份有限公司銅礦峪銅礦二期年設(shè)計生產(chǎn)能力為600×104t，開拓方式為膠帶斜井—輔助斜坡道—盲混合井方案。系統(tǒng)由井下膠帶運輸系統(tǒng)和地表運輸系統(tǒng)2 部分組成。粗碎站破碎后的礦石經(jīng)振動放礦機裝載到井下給礦膠帶機（U1），U1 膠帶機將礦石運至主斜井膠帶機（U2），U2 膠帶機將礦石運至地表，然后經(jīng)地表的膠帶運輸系統(tǒng)將礦石運至選廠或礦堆。2011 年3 月，礦石膠帶運輸系統(tǒng)調(diào)試完成并投入運行。U2 膠帶機水平運距3 255m，帶寬1.2m，帶速4.5m/s，設(shè)計膠帶使用壽命10a，膠帶機采用雙滾筒三電機頭部驅(qū)動，功率為3×1 120kW，輸送膠帶拉斷強度（以下簡稱膠帶強度）為ST4500N/mm，驅(qū)動滾筒直徑為φ1 630mm，采用變頻驅(qū)動方式。2018 年，實際運行能力已達 720×104t。2019 年初，北方銅業(yè)股份有限公司根據(jù)公司戰(zhàn)略發(fā)展的需要，對銅礦峪銅礦提出了擴產(chǎn)技術(shù)改造要求，要求銅礦峪銅礦在現(xiàn)有720×104t/a 生產(chǎn)規(guī)模的基礎(chǔ)上提升至900×104t/a。

2 改造方案探討

2.1 現(xiàn)有斜井膠帶運行現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有斜井膠帶U2 設(shè)計運輸能力1 309t/h，膠帶安全系數(shù)為7.0，每天運行時間為16.5h。2018 年平均每天運行時間為19.5h，其中載荷運行時間約17h（包括中間故障處理時間），啟動和停車影響2.5h，平均運輸能力約1 280t/h，載荷運行時間內(nèi)的能力最大1 400t/h，安全系數(shù)為6.5。

生產(chǎn)中1 號驅(qū)動滾筒1#電機電流范圍110～130A，2#電機電流范圍80～100A，2 號驅(qū)動滾筒電機電流范圍100～120A，電機額定電流133A。3 臺電機的電流不平衡，雖多次對變頻系統(tǒng)進行調(diào)整，始終沒有改變電流不平衡的現(xiàn)象，無法對產(chǎn)量進行增加。由于電機溫度過高，現(xiàn)場增加了1 套外循環(huán)冷卻裝置對電機進行冷卻。

2.2 電流不平衡原因分析

U2 斜井膠帶驅(qū)動裝置采用變頻控制，通過頻率調(diào)整平衡負荷，通過多次對變頻系統(tǒng)的校核情況看，由電氣系統(tǒng)產(chǎn)生電流不平衡的原因可能性不大。

在多機傳動系統(tǒng)中，由于機械結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，機械系統(tǒng)加在電機上的負載變化不均，會產(chǎn)生電機的不同步，如滾筒直徑的差異，滾筒和膠帶之間的摩擦系數(shù)、圍包角的變化、鋼絲繩伸長量差異都會引起電機轉(zhuǎn)速不同步，從而造成電流不平衡【1】。

2.3 改造方案選擇

現(xiàn)有的膠帶設(shè)計壽命為10a，目前已運行9a，根據(jù)2019年的運行情況，因為電機電流不平衡（多次檢查，未能解決），導(dǎo)致產(chǎn)量最大為1 400t/h，如僅更換新膠帶，無法解決增產(chǎn)的問題。帶寬受現(xiàn)有膠帶架的限制不能加寬。如調(diào)整帶速則需要更換現(xiàn)有的驅(qū)動裝置，時間不允許。膠帶每天運行時間已達到極限。根據(jù)膠帶提升運輸系統(tǒng)的現(xiàn)狀，按照盡可能減少改造設(shè)施的原則，在336d/a 和每天膠帶系統(tǒng)滿負荷工作時間不超過18h 的工作制度下，提出以下4 種U2 膠帶改造方案，分別為：

方案I：增加1 臺電機，18h/d 工作制度方案

有效提升時間18h/d，運輸能力1 520t/h，帶寬1.2m，帶速4.5m/s，電機功率4×1 120kW，膠帶強度ST5000N/mm。驅(qū)動滾筒功率分配由 2∶1 調(diào)整為 2∶2。

方案Ⅱ：改造3 臺電機，18h/d 工作制度方案

有效提升時間18h/d，運輸能力1 520t/h，帶寬1.2m，帶速4.5m/s，電機功率3×1 400kW，膠帶強度ST5000N/mm。驅(qū)動滾筒功率分配 2∶1。

方案Ⅲ：增加1 臺電機，17h/d 工作制度方案

有效提升時間17h/d，運輸能力1 610t/h，帶寬1.2m，帶速4.5m/s，電機功率4×1 120kW，膠帶強度ST5400N/mm。驅(qū)動滾筒功率分配由 2∶1 調(diào)整為 2∶2。

方案Ⅳ：改造3 臺電機，17h/d 工作制度方案

有效提升時間17h/d，運輸能力1 610t/h，帶寬1.2m，帶速4.5m/s，電機功率3×1 400kW，膠帶強度ST5400N/mm。驅(qū)動滾筒功率分配 2∶1。

方案比較：

上述4 種方案的性能情況對比見表1，投資比較見表2。

從表1、表2 比較結(jié)果看，方案I 具有投資少的優(yōu)勢。但是，方案I 沒有考慮生產(chǎn)中的不均衡系數(shù)，在膠帶檢修和更換期間不能保證礦山連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，如果考慮礦山生產(chǎn)期間的不均衡，按最大需求的運輸能力1 667t/h 考慮，驅(qū)動裝置中的聯(lián)軸器、雙出軸、驅(qū)動架均需更換，需要增加改造設(shè)備如下：

表1 不同方案性能對比

表2 不同方案投資比較 萬元

1）驅(qū)動設(shè)備：變頻電機（6kV/4P、1 120kW)、變頻器、減速器（H3SH19A，減速比 i=280）、蛇形聯(lián)軸器（1120H、1210H）、高速軸聯(lián)軸器護罩、驅(qū)動架（高度H=1 300mm）、傳動滾筒φ1 630mm（TSA121640S）、傳動滾筒 φ1 630mm（TSA121632S）、改向滾筒φ1 400mm（TSu121432）。

2）機架：頭部支架 (高度 H=1 500mm)。

3）膠帶強度：ST5000N/mm 難燃鋼絲繩芯膠帶（6 700m）。

4）盤式制動器：盤式制動器（KZP-160/4×200 配件）、盤形制動器液壓站、盤形制動器制動頭。

3 改造方案

3.1 機械部分

U2 膠帶機膠帶強度由ST4500N/mm 調(diào)整為ST5000N/mm，電機功率由3×1 120kW 調(diào)整為4×1 120kW。增加1 臺1 120kW電機、減速器及變頻器，增加1 臺雙出軸驅(qū)動滾筒。電機安裝位置見圖1。

3.2 電控部分

U2 為主斜井皮帶，高壓變頻啟動，電機功率3×1 120kW，因目前礦山擴大產(chǎn)能，運量要增加，需增加相同功率、電壓等級的驅(qū)動1 套，相應(yīng)地需要增加變頻器1 套，并在配電室原有18 臺高壓柜的基礎(chǔ)上再增加1 臺KYN28A-12 高開柜，高壓阻燃電纜 ZR-YJV-8.7/10kV 3×70mm2，長度 80m。

圖1 電機安裝位置圖

4 改造說明

1）根據(jù)技術(shù)改造期間礦山不得出現(xiàn)停產(chǎn)的要求，從礦山生產(chǎn)的不均衡性特點和保證提升任務(wù)計劃考慮，建議礦山就膠帶提升系統(tǒng)改造分2 步實施：第一步，按照本次推薦的方案進行改造，在圖1 中新增電機的位置增加電機、減速機、聯(lián)軸器、更換逆止器等，實現(xiàn)1 520t/h 的提升能力；第二步，充分利用礦山設(shè)備大修時間和地表礦堆的調(diào)節(jié)能力，后期再改造U2膠帶機的首輪及其附屬裝置，將膠帶提升系統(tǒng)的最大能力提升至1 667t/h。

2）U2 膠帶提升運輸系統(tǒng)更換膠帶時，為避免礦山停產(chǎn)時間過長，礦山采取逐段更換的方式，注意膠帶強度ST4500N/mm和ST5000N/mm 搭接硫化操作，同時運量保持在1 400t/h，待全部膠帶更換完畢后，運量再逐漸增加到1 520t/h。

3）U2 膠帶機根據(jù)膠帶裝載斷面及驅(qū)動裝置核算，最大運輸能力為1 667t/h，膠帶強度ST5000N/mm 時，安全系數(shù)為6.7，膠帶強度為ST4500N/mm 時，安全系數(shù)為6.0。

5 結(jié)語

1）根據(jù)GB 50431—2008《帶式輸送機工程設(shè)計規(guī)范》，鋼絲繩芯帶式輸送機安全系數(shù)可取7～9，當(dāng)帶式輸送機采取可控軟驅(qū)、制動措施時，可取5～7【2】。在工程設(shè)計中，設(shè)計人員一般偏于保守，安全系數(shù)多按7 考慮。

2）影響運輸能力的主要因素有膠帶強度和功率2 個方面，按安全系數(shù)5.0 和所配的功率計算，生產(chǎn)中運輸能力可增至1 850t/h。

3）對于井下運行的較帶輸送機，尤其是由多條輸送帶組成的運輸系統(tǒng)，各環(huán)節(jié)故障都會對系統(tǒng)能力造成影響，在確定單臺設(shè)備能力時一定要大于系統(tǒng)要求能力的20%～30%。