井下帶式輸送機運輸能力提升研究與應用

李 俊

（山西晉城煤業集團，山西 晉城 048006）

1 概況

長平礦井四盤區北翼帶式輸送機主要服務于四盤區東部的大采高工作面，4313工作面已回采結束，下一接替面4315工作面。四盤區北翼帶式輸送機現皮帶長度1600m，運量為2000t/h，帶速3.5m/s。膠帶型號PVG2000S，電機為3×400kW，配套三臺420krs型CST，帶寬為1400mm。

四盤區北翼膠帶巷按一個大采高工作面和兩個掘進隊組雙巷掘進計算，每天的出煤量約為2萬t。按每天生產20h，每小時運量為1000t，北翼帶式輸送機原有運量可以滿足原先生產格局要求。由于4315工作面順槽位于四盤區北翼帶式輸送機1660m處，距現皮帶機尾140m。在4313大采高工作面回采時出現皮帶打滑、壓皮帶的現象，運力略顯不足。如開采至4315工作面時，煤炭輸送長度增加了140m，此現象會更加嚴重。

為避免后期出現皮帶打滑、壓皮帶影響運力現象，必須對其系統進行能力提升改造。傳統的改造方案采用更換大功率皮帶機，此方案需重新購置皮帶機、施工皮帶機基礎、回收舊皮帶機、安裝新皮帶機等工程，必將導致采購成本和施工工程量增加及施工工期較長等現象，間接影響原煤生產和礦井的正常生產秩序。不管從經濟方面，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運輸能力提升，必須在現有皮帶機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 運輸能力影響因素

（1）功率因數低，線路損耗大，電機低效率運行

隨著現代化礦井的加速建設，井下大型機械化設備、大功率電機、變頻器使用量及自動化程度日益加大，造成了各種感性負荷、容性負荷、用電設備與電網供電電源之間大量的無功功率。同時，產生了各類諧波，以至于出現了供電系統電壓波動大、功率因數低、線路損耗大、設備啟動困難等問題，嚴重影響了供電質量和用電設備的正常運行。依據現場實際觀測，三臺400kW電機系統功率因數為0.65，無功功率為375kvar，功率因數低，線路損耗過大，設備運行效率低。

（2）張緊力不足，輸送帶松弛，導致帶式輸送機打滑

帶式輸送機張緊裝置是帶式輸送機不可缺少的重要組成部分，它直接關系到帶式輸送機的安全運行及使用壽命。對于大運量、長距離等大型帶式輸送機而言更是如此。負載變化引起輸送帶長度變化，必須經常調節張緊滾筒位置，才能保證帶式輸送機的正常運行。以往一般均采用固定絞車拉緊，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驗有關，經常出現張緊力過大或者過小影響到帶式輸送機的安全及平穩運行，造成輸送帶松弛而導致打滑、拉不動事故發生。

（3）底板高低起伏，帶式輸送機受力不均，導致壓皮帶事故

圖1 四盤區北翼膠帶巷底板剖面圖

通過圖1可見，北翼膠帶巷部分巷道呈脊背狀，整體呈機頭高（標高為562m），隨后有一個緩下坡的凹陷段（低程標高為556m），凹陷段長度約為80m，整體7°坡；310m往后至1300m整體前后坡度較為平緩，凹陷段長度也較短，不影響帶式輸送機運行；1300m往后開始出現一個下坡地段，從標高561m逐漸下至最低點的540m，長度約為260m，整體8°坡。分析得出，當帶式輸送機頭空載，后半段滿載時，造成帶式輸送機受力不均勻，機頭驅動滾筒出現打滑導致帶式輸送機拉不動，后半段壓皮帶現象；其次帶式輸送機整體高低起伏，導致部分托輥受力較大，頻繁出現壞托輥的現象；機尾滾筒處于相對低點，除受膠帶水平拉力外還要承受一個向上的拉拔力，容易造成機尾滾筒損壞。

經過研究分析，決定在原帶式輸送機基礎上安裝無功功率補償裝置、自動張緊裝置和平整帶式輸送機坡度三方面進行運輸能力提升改造。

3 運輸能力提升方案

（1）安裝無功功率補償裝置，提高帶式輸送機功率因數

無功功率補償裝置在供電系統中所承擔的作用是提高電網的功率因數，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網絡損耗，使電網質量提高。所以在變壓器與饋電開關之間安裝一臺無功功率補償裝置，其與負載并聯運行，當SVG設備發生故障時，可自動切除，不影響負載的正常使用。將自換相橋式電路通過電抗器直接并聯在電網上，適當地調節橋式交流側輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側電流，就可使該電路吸收或發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的，見圖2。

圖2 補償裝置系統圖

（2）更換為自動張緊裝置，提高帶式輸送機張緊力

自動張緊裝置可對膠帶張力進行精確控制，實時監測膠帶張緊力。在自動模式下控制程序通過張力傳感器的反饋來調節皮帶的張力。同時，具有優良的動態反應能力，在極短的時間內響應膠帶張力的變化。控制程序將根據張力設定值和實際張力的差值，驅動電機使用相應的扭矩來調節張力。當張力調節到設定值的某個范圍內并保持120s以后，程序將控制裝置進入駐留模式，此時會關閉變頻驅動和電機，使帶式輸送機在額定張力下運行。通過自動張緊裝置的實時監測，不斷調整張緊力，保證膠帶在合理的范圍內隨時調節張緊力，保障帶式輸送機平穩運行。出現緊急狀況可自動調節膠帶張力，避免出現滾筒與膠帶摩擦力低打滑拉不動的現象。

（3）平整帶式輸送機坡度，降低運行阻力

通過盡量削平巷道的脊梁、帶式輸送機巷起底及安裝H架加高腿來實現平整帶式輸送機坡度的目的。根據現場實際情況，在有坡度起伏的地方通過起底隨緩巷道坡度，并安裝部分H架加高腿盡量隨平帶式輸送機巷坡度，使帶式輸送機承載各點受力均衡，降低帶式輸送機運行阻力。

4 運輸能力提升效果

（1）安裝無功功率補償裝置后，依據現場實際觀測，三臺400kW電機功率因數提高為0.74。系統的無功功率降低至250kvar，降低了125kvar，驅動總功率增加132kW。減少輸配電線路上的電流損耗，提升變壓器的使用效率，提高了帶式輸送機運能。而且可節約電能，帶來一定的經濟效益；

（2）安裝自動張緊裝置后，提升了帶式輸送機的足夠張力和摩擦牽引力，保證了帶式輸送機正常運轉；

（3）通過對巷道起底隨緩坡度和帶式輸送機H架加裝調高腿，實現了帶式輸送機平穩過渡起伏段，使帶式輸送機各點受力均衡，減少了運行阻力，保障了帶式輸送機安全平穩運行。