上灣煤礦四盤區12煤投產時主運輸系統能力分析及改造方案

摘 要：上灣煤礦四盤區12煤投產時，針對采區8.8米大采高煤層，瞬時煤量大對礦井主運系統帶式輸送機能力影響進行分析，對礦井主運系統各條帶式輸送機進行計算、方案比對分析，最后結合礦方建議及礦井實際運行情況，對主運系統帶式輸送機的運輸能力提出可行的改造方案。

關鍵詞：帶式輸送機 新型低阻力托輥 芳綸帶面 改造方案；

上灣煤礦2000年建成投產，核定生產能力為1400萬噸/年，服務年限65年，定員近500人。2014年8月由煤炭科學技術研究有限公司出具上灣煤礦生能力核定報告，核定該礦井主斜井提升系統能力為1822萬噸/年，井下運輸能力為2014萬噸/年。

上灣煤礦2000年建成投產，核定生產能力為1400萬噸/年，服務年限65年，定員近500人。2014年8月由煤炭科學技術研究有限公司出具上灣煤礦生能力核定報告，核定該礦井主斜井提升系統能力為1822萬噸/年，井下運輸能力為2014萬噸/年。

隨著國民經濟的飛速發展，傳統的帶式輸送機已經滿足不了現生產的需要，為了適應高產高能集約化生產的需要，煤炭、礦山、建材、港口等部門對散裝物料的輸送提出了新的要求，即帶式輸送機的運輸能力要加大，控制自動化水平要提高，今后設計要具備長運距、高帶速、大運量、大功率等特點，而長運距輸送系統托輥與輸送帶是關鍵，直接影響輸送機能否正常穩定運行。

1 主運輸系統現狀及能力復核

上灣煤礦四盤區12煤開采時，主運輸系統包括四部帶式輸送機，即三盤區12煤主運大巷帶式輸送機（集運二部）、22煤爾林兔帶式輸送機（集運一部）、主井帶式輸送機、111上倉帶式輸送機，其中三盤區12煤主運大巷帶式輸送機（集運二部）為1.8米帶式輸送機，其余三部帶式輸送機為1.6米帶式輸送機。

1.1 三盤區1-2煤主運大巷帶式輸送機（集運二部）

帶式輸送機參數：

運輸能力：Q=4500t/h；帶式輸送機長度：L=4100m；帶速：V=4.5m/s；

帶寬：B=1800mm；傾角：β=0-1°；提升高度：H=32m；

帶強：ST2000； 驅動滾筒直徑為φ1150。

本帶式輸送機采用頭部加中部驅動方式，驅動電機功率為N=4×500+4×500KW，690V，變頻電機軟起動，電機YBBP450M-4，減速器ML2PSF110（i=20），頭部液壓張緊ZLY-03-450。

按《礦井設計規范》計算，三盤區1-2煤主運大巷帶式輸送機提升能力為：

4500×330×16÷（1.15×104）=2066萬t/a。

1.2 2-2煤爾林兔帶式輸送機（集運一部）

帶式輸送機參數：

運輸能力：Q=4000t/h；帶式輸送機長度：L=5600m；帶速：V=4.5m/s；

帶寬：B=1600mm；傾角：β=0-3°； 提升高度：H=38m；

帶強：ST2500； 驅動滾筒直徑為φ1490 mm；

本帶式輸送機采用頭部加中部驅動方式，驅動電機功率為N=4×500+4×500KW，690V，變頻電機軟起動，電機YBBP450M-4，減速器ML3PSF110（i=25），頭部液壓張緊ZLY-03-450。

按《礦井設計規范》計算，三盤區1-2煤主運大巷帶式輸送機提升能力為：

4000×330×16÷（1.15×104）=1836萬t/a。

集運一部帶式輸送機長度長，運量大，經核算功率富余較小，非正常停車后重載起車困難，嚴重影響生產。

1.3主井帶式輸送機

帶式輸送機參數：

運輸能力：Q=4000t/h；帶式輸送機長度：L=1310m；帶速：V=4.5m/s；

帶寬：B=1600mm；傾角：β=15°； 提升高度：H=42.6m；

帶強：ST1600； 驅動滾筒直徑為φ1150。

本帶式輸送機采用頭部驅動方式，驅動電機功率為N=3×560KW，6KV，電機加630KSCST（19.25）軟起動，頭部重錘張緊。

按《礦井設計規范》計算，三盤區1-2煤主運大巷帶式輸送機提升能力為：

4000×330×16÷（1.15×104）=1836萬t/a。

1.4 111上倉帶式輸送機

帶式輸送機參數：

運輸能力：Q=4000t/h；帶式輸送機長度：L=242m；帶速：V=5m/s；

帶寬：B=1600mm；傾角：β=11°； 提升高度：H=47m；

帶強：ST1600； 驅動滾筒直徑為φ1250。

本帶式輸送機采用頭部驅動方式，驅動電機功率為N=2×800KW，6KV，電機加630KSCST（19.25）軟起動，尾部液壓張緊DYL-01-4/20。

按《礦井設計規范》計算，三盤區1-2煤主運大巷帶式輸送機提升能力為：

4000×330×16÷（1.15×104）=1836萬t/a。

綜上，考慮到即使8.8米大采高工作面生產時，通過對集運一部帶式輸送機更換低阻力托輥進一步降低運行阻力，保證其能夠重載起車；加之礦井運輸系統整體可以通過井下煤倉均勻給煤有效削減峰值煤量，能夠保證礦井主運輸系統運輸能力達到1800萬噸/年。

上灣煤礦2014年原煤年產量約1595萬噸，洗煤廠洗選能力、裝車能力（其中電廠用煤約71萬噸）可以勉強匹配礦井主運輸系統能力；如礦井年產量達到1800萬噸/年，洗煤廠洗選能力、裝車能力將不能匹配礦井的主運輸系統能力，需進行較大幅度改造。據初步診斷，裝車系統方面需新建一套快速裝車系統；洗煤廠方面需改造706混煤帶式輸送機，提高煤泥水系統處理能力需新建一座濃縮池、增加壓濾機數量（具體改造項目需根據產品結構組成以及是否全入洗來定）。

綜上所述，如果公司決定維持礦井及地面生產、裝車能力為約1600萬噸/年的話，建議礦井主運輸系統、地面洗煤廠和裝車系統維持目前現狀，只對111上倉帶式輸送機棧橋進行防水維修改造和更換集運一部帶式輸送機托輥為低阻力托輥；如果公司決定把礦井及地面生產、裝車能力提升至1800萬噸/年，除對上述兩項進行改造外，還需對洗煤廠和裝車系統進行大幅度改造（具體改造項目需根據產品結構組成以及是否全入洗來定）。

2 主運輸系統改造方案

上灣煤礦四盤區1-2煤開采時，其主運輸能力如果按2000萬噸/年考慮，則目前三部1.6米帶式輸送機（2-2煤爾林兔帶式輸送機、主井帶式輸送機、111上倉帶式輸送機）將不能滿足運輸要求，需對該三部帶式輸送機進行改造。經計算，三部帶式輸送機運輸能力需達到4500t/h才能滿足礦井年運輸能力2000萬噸的要求。

2.1 三盤區1-2煤主運大巷帶式輸送機（集運二部）

三盤區1-2煤主運大巷帶式輸送機設計運量Q=4500t/h，帶寬B=1800mm，滿足輸送能力要求，不需要改造。

2.2 2-2煤爾林兔帶式輸送機（集運一部）

經分析，2-2煤爾林兔帶式輸送機整體更換為帶寬為1.8米，帶速為4.5m/s帶式輸送機按運量Q=4500t/h，V=4.5m/s，B=1800mm，L=5600m，H=38m。

經計算：帶式輸送機圓周力FU=755152.5N ， 拉緊力TA=145681.2N，原拉緊裝置滿足要求，機頭膠帶最大張力519113.5N，帶面安全系數8.67，帶面滿足要求。滿載功率為4508.641KW。

帶式輸送機功率配比按3：2帶中驅方式，驅動功率為N=3×1000KW+2×1000KW，1140V，變頻電機軟起動；驅動滾筒直徑為φ1250，減速器選用WH2SH300-22.4；帶強為ST2500。

經計算，原有帶式輸送機配電系統電源情況滿足改造后使用要求。

本次改造，帶式輸送機機頭配電室內改造內容為：更換兩臺KBSGZY-1250/10/0.69變頻變壓器為KBSGZY-2000/10/1.2變頻變壓器；更換原礦用一般型4×500kW變頻器1臺為3臺BPJ-1000/1140礦用隔爆型變頻器；增加配電硐室內部分寬度。

帶式輸送機中驅配電室內改造內容為：更換兩臺KBSGZY-1250/10/0.69變頻變壓器為KBSGZY-1250/10/1.2變頻變壓器；更換原礦用隔爆型2×500kW變頻器為2臺BPJ-1000/1.14礦用隔爆型變頻器。

2.3 主井帶式輸送機

經過分析，此帶式輸送機輸送能力不能滿足要求，如果想達到4500t/h的運量，需進行改造。

將此帶式輸送機整體更換為帶寬為1.8米，帶速為4.5m/s帶式輸送機，按Q=4500t/h，帶強St1600計算，帶式輸送機圓周力290625.4N，拉緊力TA=103955.8N，帶式輸送機機頭最大張力為336452.1N，帶面安全系數為8.56，滿載功率為1735KW。

電機功率按3×710KW配置，6KV，變頻電機軟起動；驅動滾筒直徑為φ1150，減速器選用WH3SH260-20；帶強為ST1600。

本次改造，帶式輸送機驅動電機功率為3×710kW，驅動方式更換為變頻驅動，供電電壓6kV。目前主井變電所電源進線YJV22-6/10 3×240mm2型電纜，經計算，主井帶式輸送機配電系統電源滿足本項目使用要求。但需對現有配電室內電機啟動柜進行更換，更換為斷路器保護柜。并在主井工業場地內選址新建一座6kV變頻器室，建筑面積約150m2。根據改造后電機功率選用3臺ATV1200-A1190-6060A3S型變頻器。該變頻器尺寸為3660×1400×2520（長×深×高）。

2.4 111上倉帶式輸送機

111上倉帶式輸送機作為整個礦井主運輸系統的咽喉部位，起著至關重要的作用，所以在設計輸送能力時，考慮一定的富裕量。

將此帶式輸送機整體更換為帶寬為1.8米，帶速為4.5m/s帶式輸送機，按Q=4500t/h，帶強St1600計算，帶式輸送機圓周力169487.8N，拉緊力TA=133361.3N，帶式輸送機機頭最大張力為246503.9N，帶面安全系數為11.683，滿載功率為1011.927KW。

電機功率按2×800KW配置，6KV，變頻電機軟起動；驅動滾筒直徑為φ1150，減速器選用WH3SH270-20；帶強為ST1600。

目前，上倉帶式輸送機配電及控制與主井帶式輸送機同在主井變電所，本次改造內容與主井帶式輸送機類似，改造后上倉帶式輸送機驅動電機功率為2×800kW，電壓6kV，驅動方式采用變頻拖動方式。改造內容為：更換原接觸器啟動柜為斷路器保護柜，新設置2臺變頻器放置于新建的變頻器室內，與主井帶式輸送機變頻器放置在同一變頻器室內。根據上倉帶式輸送機電機功率選用2臺ATV1200-A1250-6060A3S型變頻器。該變頻器尺寸為3660×1500×2670（長×深×高）。

3 改造投資估算

總投資估算約 13915萬元，其中礦（土）建工程 38.5萬元，設備及工器具購置 9899萬元，安裝工程 3004萬元，工程建設其他費973萬元。

4 改造實施方案

4.1 改造存在的問題

礦井2000萬噸/年改造，洗煤廠洗選能力、裝車能力將嚴重不匹配礦井的主運輸系統能力。

1、洗煤廠洗選和裝車能力不足（具體改造項目需根據產品結構組成以及是否全入洗來定）。

上灣選煤廠初期于 2000 年 6 月建成篩選廠，處理能力為 3.0Mt/a；選煤廠洗選部分于 2004年1月建成投產，設計能力為 10.0Mt/a；2011年4月對現有篩分和塊煤分選系統進行擴能，設計處理能力達到了14.0Mt/a。洗選工藝為+25mm塊煤重介淺槽分選，-25mm末煤不洗。2013年，上灣選煤廠處理原煤1555.8萬噸/年，入洗原煤684.6萬噸/年，入洗率44%。塊煤產量385萬噸/年，產率24.75%（占原煤）。綜上，洗煤廠經過多次改造，處理原煤能力達到1555.8萬噸/年，無法滿足礦井年生產能力2000萬噸。

能力核定如下：

（1）鐵路裝車年外運能力1545萬t。

目前裝車系統為單裝車塔，設計能力1000萬噸/年，歷經數次改造升級，現已提高至1545萬噸/年，但仍無法滿足2000萬噸/年的需求。因此，需要新建一套裝車系統。

（2）混煤（706帶式輸送機）1617萬噸/年。

706混煤上倉帶式輸送機帶速4m/s，帶寬1400mm，小時輸送能力為Q=2500t/h。該帶式輸送機在2010年改擴建時已進行過提速擴能，現輸送能力為1617萬噸/年，無法滿足2000萬噸/年的需求。因此，需要提高其輸送能力。

（3）重介淺槽年處理能力為1922萬噸；

現有兩臺彼得斯W26F54重介淺槽分選機，單臺處理量為Q=900t/h。年處理原煤能力為1922萬噸，無法滿足2000萬噸/年的需求。因此，需要提高淺槽的處理能力。

（4）高效濃縮機年處理能力為1324萬噸；

現有2臺直徑21m的WESTECH高效濃縮機，單臺小時處理能力為Q=47t/h，年處理原煤能力為1324萬噸，無法滿足2000萬噸/年的需求。因此，需要新建濃縮池以提高煤泥水處理能力。

（5）加壓過濾機年處理能力為1267萬噸。

現有兩臺加壓過濾機，其中一臺為國產加壓過濾機GPJ-72，處理能力Q=30t/h，另一臺為進口加壓過濾機HBF-S120，處理量60t/h。年處理原煤能力為1267萬噸，無法滿足2000萬噸/年的需求。因此，需要增加加壓過濾機的數量來提高煤泥處理能力。

2、主運輸系統改造停產時間長約20天

由于三條帶式輸送機更換改造工程量較大，初步判斷集運一部帶式輸送機改造為節點工程，改造工期約為20天，影響礦井生產。

帶式輸送機改造時，需保證各條帶式輸送機有獨立的施工隊進行施工改造，節點工程集運一部帶式輸送機改造施工進度安排如下：

（1）更換帶式輸送機中部件：利用日常檢修時間更換中部件（不影響生產）；

（2）更換帶式輸送機機頭、機尾架、驅動裝置等：拆除舊裝置、安裝新裝置影響礦井停產時間約10天；

（3）帶式輸送機帶面更換：抽取舊帶面，放新帶面及硫化，影響礦井停產時間約為6天；

（4）系統調試：系統調試影響礦井停產時間約為4天。

3、投資比較大：主運輸系統改造總投資為1.3915億元，不包括洗煤廠改造投資。

3.2 具體改造方案

根據存在的問題進行分析，如每條帶式輸送改造為1.8米，改造投資大，工期長，嚴重影響集團公司利潤，經公司相關部門討論研究，只改造2-2煤爾林兔帶式輸送機（集運一部），改造方案：⑴把2600米普通托輥更換為新型低阻力托輥，能夠有效改善重載起車效果；⑵鋼絲繩芯帶面更換為芳綸帶面。

新型低阻力托輥通過以下技術手段，旋轉重量降低22%，新型低阻力托輥的使用壽命為5萬小時，實現整機降阻，延長了使用壽命。

（1）密封：采用迷宮+徑向微隙整體組合，針對防水性能進行研究，確保在運行工況下具備良好的防水性能。

（2）筒皮：選用新型不銹鋼材料替代傳統的Q235材料，減輕筒體重量，降低托輥自身旋轉重量及旋轉阻力最終達到整機降阻的目的。

（3）軸承：使用低阻軸承，進一步降低托輥旋轉阻力。

（4）加工精度：采用全新的制造工藝，提高托輥可靠性能，降低徑跳指標，進一步達到降阻、延長使用壽命的目的。

在集運一部帶式輸送機上，采用新型低阻力托輥替換普通托輥，只更換了2600米長的上、下托輥，驅動電機的重載平均電流由更換前的400.81A下降到355.93A左右，電流降幅達到11.2%，2600m占全長5600米的46.4%，若前3000也換成新型低阻力托輥，估算其電流可降低：24.1%。新型低阻力托輥的費用約為普通托輥費用的1.35倍，同壽命情況下節約托輥采購費用170萬元，平均每年節約費用25萬元。

本條帶式輸送機把鋼絲繩芯帶面更換為芳綸帶面，是從降低帶面壓餡阻力和本身重量阻力進行探索研究。現有的鋼絲繩芯帶面已無法滿足降阻降耗的要求。可通過改變輸送帶本身的特性來降低輸送機無效能耗：減輕輸送帶的自重；改變橡膠配方，從而改變覆蓋膠的壓陷滾動阻力已達到節能減排降耗的目的。

芳綸輸送帶采用以下三點改變技術性能：

（1）在保持強度的前提下，優化設計芳綸-橡膠復合材料的結構，提高綜合性能，降低成本；

（2）不同橡膠基體與芳綸織物的界面粘合技術，可分為織物預處理與粘合層橡膠材料技術；

（3）芳綸-橡膠復合材料的成型加工技術。

集運一部帶式輸送機使用DPP2500（8+8）芳綸帶面在保持帶體強度不下降的情況下，重量也減輕 30%-60%；帶面單位重量為45kg/m，總重量504噸，鋼絲繩芯帶面ST/S2500（8+8），該輸送帶單位重量為68kg/m，總重761.6噸。換后的DPP2500（8+8）芳綸輸送帶較原鋼絲繩芯輸送帶減重33.82%。帶式輸送機更換帶面前后運行統計數據分析，芳綸輸送帶運行電流333.7A，鋼絲繩芯輸送帶運行電流353.53A ，更換帶面后運行電流同比降低5.61%

帶面使用壽命及經濟對比：芳綸帶面使用壽命為10年，鋼絲繩芯輸送帶使用使用壽命為5.6年，租賃芳綸輸送帶10年的費用約為4390萬元，采購鋼絲繩芯輸送帶（含接頭、帶面維護費）預計費用為2640萬元，全壽命周期節約帶面采購維護費用324萬元，平均每年節約費用32.4萬元。

4 結 論

通過對上灣煤礦主運輸系統運輸能力分析及方案對比，選擇了最優、最經濟的改造方案，上灣煤礦集運一部帶式輸送機采用新型低阻力托輥和芳綸帶面，在礦井運輸系統節能改造方面開拓了新局面，帶式輸送機整機重量大幅度減輕，整機安裝、回撤更為方便；帶式輸送機整機運轉經濟節能，維護方便，降低工人勞動強度。

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作者簡介：

戴國偉（1985-），生內蒙古包頭市人，本科，神華皮帶機公司現從事帶式輸送機設計工作 .