煤礦運輸系統(tǒng)帶式輸送機驅(qū)動裝置改造升級研究

那 銘

（汾西礦業(yè)宜興煤業(yè)，山西 孝義 032300）

引言

帶式輸送機是實現(xiàn)礦井井下原煤運輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，驅(qū)動系統(tǒng)是帶式輸送機得以運轉(zhuǎn)的動力源，驅(qū)動系統(tǒng)運行效率及可靠性制約、影響帶式輸送機工作效率，甚至影響井下煤炭生產(chǎn)[1-3]。山西某礦井下原煤運輸系統(tǒng)包括10 部帶式輸送機，隨著礦井采掘生產(chǎn)范圍增加，帶式輸送機使用量及鋪設(shè)距離等均不斷增加。礦井使用最早的一部帶式輸送機使用年限超過20 年，最晚的一部于2019 年4 月布置使用。由于礦井帶式輸送機安裝時間跨度較大，導(dǎo)致輸送機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型多樣，具體包括液力耦合器+電機、CST+電機、變頻器+電機+減速器、變頻器+永磁電機等。隨著礦井采掘新設(shè)備應(yīng)用推廣，生產(chǎn)規(guī)模明顯提升，帶式輸送機運輸系統(tǒng)運載量及運輸長度不斷增大，部分帶式輸送機處于超載運行狀態(tài)，驅(qū)動系統(tǒng)故障頻發(fā)，給礦井原煤運輸工作高效開展帶來影響[4-6]。為使得井下帶式輸送機運輸系統(tǒng)更好地工作，需依據(jù)現(xiàn)場實際情況對部分帶式輸送機驅(qū)動裝置進行改造升級。

1 礦井帶式輸送機運輸系統(tǒng)概況

1.1 帶式輸送機概況

依據(jù)礦井井下開拓巷道及回采巷道等布置情況，在現(xiàn)階段主采的2 號、3 號、5 號及7 號煤層內(nèi)均布置有運輸大巷，不同煤層采掘工作面生產(chǎn)的原煤通過煤倉連接。井下帶式輸送機運輸系統(tǒng)共計布置10 部帶式輸送機，總運輸長度達到39 872 m，其中有2 部帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)采用液力耦合器+電機方式，帶式輸送機使用年限超過20 年；3 部帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)采用CST+電機方式，使用年限超過15 年；2 部帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)采用變頻器+電機+減速器方式，使用年限超過8 年；3 部帶式輸送機采用變頻器+永磁電機方式，使用年限接近2 年。

1.2 帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)改造升級必要性分析

為使得整個帶式輸送機運輸系統(tǒng)更為高效運行，需要對部分較為落后的帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)進行升級改造，淘汰落后系統(tǒng)并盡量實現(xiàn)帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，降低后續(xù)維護成本。根據(jù)礦井井下生產(chǎn)實際情況，帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)改造升級必要性主要體現(xiàn)為以下幾個方面[7-8]：

1）部分帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)組件逐漸老化，傳動裝置故障發(fā)生率較高，導(dǎo)致帶式輸送機維護保養(yǎng)等成本較高且工作量較大，需要對驅(qū)動系統(tǒng)進行改造升級。

2）部分帶式輸送機服役時間超過10 年，隨著帶式輸送機驅(qū)動技術(shù)不斷發(fā)展，帶式輸送機原驅(qū)動裝置使用產(chǎn)生的價值呈降低趨勢，不利于礦井原煤高效運輸，需要對驅(qū)動裝置進行改造升級。

3）部分帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)傳動環(huán)節(jié)較多，傳動效率較低，導(dǎo)致驅(qū)動裝置整體能耗較高，會導(dǎo)致帶式輸送機運行能耗整體較大，不利于降低帶式輸送機整體運行能耗，需要將驅(qū)動系統(tǒng)改造升級為動力傳遞環(huán)節(jié)相對較少的直驅(qū)裝置。

4）3 部帶式輸送機使用CST+電機驅(qū)動方式，由于CTS 裝置使用時限較長加之設(shè)備工作負(fù)載大、工作環(huán)境惡劣，導(dǎo)致CTS 裝置出現(xiàn)一定程度滲油、漏油情況，不僅需要頻繁地對驅(qū)動裝置進行維護，而且會進一步惡化、污染井下環(huán)境。

2 帶式輸送機驅(qū)動裝置改造升級方案

在對礦井帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)綜合分析的基礎(chǔ)上，分析現(xiàn)階段主流的帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)，具體提出2 種驅(qū)動裝置改造升級技術(shù)方案：方案1，將帶式輸送機驅(qū)動裝置統(tǒng)一改造升級為永磁電機+變頻器驅(qū)動方式；方案2，將帶式輸送機驅(qū)動裝置統(tǒng)一改造升級為變頻永磁一體機。本小節(jié)就重點對兩種改造升級方案及其應(yīng)用對比結(jié)果進行分析。

2.1 改造升級方案1

采用此種方式時，需要將7 部采用其他驅(qū)動裝置的帶式輸送機統(tǒng)一改造升級為永磁電機+變頻器方式，具體改造升級后帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。驅(qū)動裝置連接方式為變頻器+永磁電機+聯(lián)軸器+滾筒方式。采用此種改造升級方案時，需要對應(yīng)增加變頻器、裝置架及冷卻裝置等，取消原有的減速器及高速聯(lián)軸器；由于驅(qū)動裝置電機輸出軸軸徑出現(xiàn)變化，因此也需要更換對應(yīng)的低速聯(lián)軸器；同時需要在帶式輸送機機頭位置新掘進硐室用以安裝變頻器。

圖1 方案1 改造升級后驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 改造升級方案2

此種改造升級方案是將7 部帶式輸送機統(tǒng)一改造升級為變頻永磁一體機，具體驅(qū)動系統(tǒng)連接方式如圖2 所示，連接結(jié)構(gòu)為變頻永磁一體機+聯(lián)軸器+滾筒。采用此種方案時，需要增設(shè)對應(yīng)的驅(qū)動架、冷卻裝置，由于電機與變頻器集成，因此不需要單獨掘進變頻器安裝硐室。

圖2 方案2 改造升級后驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 驅(qū)動改造方案對比分析

上述所提帶式輸送機改造升級方案各有其自身的優(yōu)點，需要依據(jù)現(xiàn)場情況對2 種改造升級方案進行優(yōu)選，以便確定最為適合井下實際情況的驅(qū)動方案。通過比對分析，得到2 種改造升級方案對比結(jié)果為：

2.3.1 方案1 優(yōu)缺點

采用方案1 作為升級改造方案時，永磁電機、變頻器相對獨立，設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡單，后期運行時故障發(fā)生率較低，且維護保養(yǎng)工作量、投入等較小，對維護保養(yǎng)工作人員專業(yè)技術(shù)要求程度有所降低。但是由于永磁電機、變頻器相對獨立，驅(qū)動裝置占用空間較大，需要布置新的獨立場所用以放置變頻器。

2.3.2 方案2 優(yōu)缺點

方案2 采用的變頻永磁電機集成有變頻器、永磁電機，具有占用空間小、功率高等優(yōu)點。但是變頻永磁電機設(shè)備結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，后續(xù)維護保養(yǎng)費用、工作量等均有所增加，同時對維護保養(yǎng)人員專業(yè)素質(zhì)要求也較高，設(shè)備較為昂貴。

具體上述2 種改造升級方案比對結(jié)果見表1。

表1 不同改造升級方案對比結(jié)果

2.3.3 改造升級方案確定

通過綜合比對并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，提出采用方案1，即將7 部采用帶式輸送機驅(qū)動裝置統(tǒng)一改造升級為永磁電機+變頻器方式。通過對帶式輸送機驅(qū)動裝置改造后，驅(qū)動裝置運行穩(wěn)定性及可靠性有所提升，可提高井下原煤運輸效率及安全保障能力。

3 結(jié)語

帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)平穩(wěn)、高效運行是實現(xiàn)原煤高效運輸?shù)幕A(chǔ)，文中對礦井原有帶式輸送機驅(qū)動存在問題進行分析，并依據(jù)現(xiàn)場實際情況提出針對性改造升級方案再進行優(yōu)選，最終確定采用永磁電機+變頻器方式改造升級部分帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)。經(jīng)現(xiàn)場實施后，帶式輸送機運行可靠性有所提升，不僅有助于驅(qū)動系統(tǒng)后續(xù)保養(yǎng)、維護工作開展，而且驅(qū)動系統(tǒng)較為先進，可在一定程度上提升原煤運輸系統(tǒng)自動化及信息化程度。