長(zhǎng)距離運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)的技術(shù)改進(jìn)

崔 煒

（西山煤電建筑集團(tuán)有限公司礦建第一分公司，山西 太原 030000）

1 工程概況

山西某礦5509 綜采工作面運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2 900 m，巷道掘進(jìn)時(shí)穿越5503 輔助運(yùn)輸巷、5002 回風(fēng)大巷，具體巷道位置關(guān)系見(jiàn)圖1 所示。按照原設(shè)計(jì)方案，在5509 運(yùn)輸巷內(nèi)需要布置2 臺(tái)帶寬1 400 mm 的帶式輸送機(jī)完成煤炭運(yùn)輸工作，即在5509 運(yùn)輸巷布置一條運(yùn)輸距離2 000 m 帶式輸送機(jī)；在5503 以及5507 輔運(yùn)巷間需要鋪設(shè)一臺(tái)地溝輸送機(jī)。采用上述布置方式不僅巷道掘進(jìn)工程量增加，而且現(xiàn)場(chǎng)占用的崗位、人員較多。為了提升井下帶式輸送機(jī)工作效率，減少井下人員數(shù)量并降低設(shè)備能耗，對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行改造并對(duì)輸送機(jī)布置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化運(yùn)輸流程，提高生產(chǎn)效率的目的。

圖1 巷道位置關(guān)系

2 長(zhǎng)距離運(yùn)輸巷煤炭運(yùn)輸方案的設(shè)計(jì)

2.1 總體運(yùn)輸方案

為了降低運(yùn)輸巷內(nèi)帶式輸送機(jī)布置數(shù)量，提出將帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)部、卸載部分開(kāi)布置，并通過(guò)延伸架連接驅(qū)動(dòng)部及卸載部，從而使得帶式輸送機(jī)可直接越過(guò)回風(fēng)大巷與盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷內(nèi)的皮帶搭接并取消5503 以及5507 輔運(yùn)巷間的地溝輸送機(jī)。采用礦井已有的1.4 m 寬帶式輸送機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)距離煤炭運(yùn)輸，具體布置方案見(jiàn)圖2 所示，帶式輸送機(jī)機(jī)頭以及機(jī)尾間高差控制在20 m，總的運(yùn)輸距離為2 900 m。

圖2 運(yùn)輸方案

2.2 帶式輸送機(jī)運(yùn)輸校核

礦井原有的帶寬1.4 m 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)采用3臺(tái)功率400 kW 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，最大運(yùn)輸距離在2 000 m、輸送帶帶強(qiáng)為2 000 N/m、運(yùn)輸速度為3.55 m/s。5509綜采工作面每天推進(jìn)距離為3.2 m，煤炭產(chǎn)量平均為2 500 t/h。參照運(yùn)輸順槽內(nèi)帶式輸送機(jī)傳動(dòng)效率、運(yùn)輸長(zhǎng)度、巷道坡度等參數(shù)，計(jì)算得到帶式輸送機(jī)完成煤炭運(yùn)輸需要的驅(qū)動(dòng)功率為1 396 kW，而輸送機(jī)原有的1 200 kW 驅(qū)動(dòng)功率并不能滿足煤炭高效運(yùn)輸需要[1-3]。

通過(guò)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)卸載滾筒處受到的最大張力在633.5 kN，帶式輸送機(jī)原滾筒允許的合理僅為400 kN，因此需要對(duì)帶式輸送機(jī)卸載滾筒位置進(jìn)行安全改造。理論計(jì)算得到卸載滾筒位置輸送帶受到的張力為321.5 kN，輸送機(jī)采用的輸送帶型號(hào)為PVC2000S，在穩(wěn)定工況下輸送帶安全系數(shù)為8.7。

帶式輸送機(jī)運(yùn)輸2 900 m 時(shí)計(jì)算得到輸送機(jī)受到的總張力為263.4 kN，張緊裝置通過(guò)4 根鋼絲繩對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行張緊，平均每根鋼絲繩受到的張緊力為65.85 kN。輸送機(jī)原使用液壓油缸張緊方式，此狀態(tài)下單根鋼絲繩承受張力上限為40 kN，因此輸送機(jī)張緊裝置布置的鋼絲繩不滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需要，需進(jìn)行重新選擇[4-6]。

2.3 輸送機(jī)技術(shù)改造

通過(guò)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)輸校核發(fā)現(xiàn)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置功率、卸載滾筒位置強(qiáng)度以及張緊裝置鋼絲繩強(qiáng)度等均不能滿足5509 運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)長(zhǎng)距離運(yùn)輸需要。因此，需要對(duì)上述不滿足安全運(yùn)輸?shù)膬?nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)技術(shù)改造。

1）對(duì)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置滾筒輸出軸進(jìn)行技術(shù)改造通過(guò)增加一電動(dòng)機(jī)，使得驅(qū)動(dòng)裝置總裝機(jī)功率達(dá)到4×400 kW。對(duì)機(jī)頭位置處巷道斷面適當(dāng)進(jìn)行刷擴(kuò)，給驅(qū)動(dòng)裝置安裝以及檢修提供足夠的空間。對(duì)卸載滾筒、卸載架進(jìn)行針對(duì)性補(bǔ)強(qiáng)加固，確保卸載滾筒以及卸載架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2）對(duì)輸送機(jī)張緊裝置進(jìn)行改造，具體是使用變頻控制的張緊絞車(chē)代替原本的液壓油缸。采用張緊絞車(chē)方式可根據(jù)帶式輸送機(jī)張緊力需要對(duì)張緊力進(jìn)行精準(zhǔn)控制（張緊力實(shí)際值與設(shè)定值間精度在1 kN以內(nèi)）。同時(shí)采取的絞車(chē)張緊方式動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力較強(qiáng)，可在極短時(shí)間內(nèi)依據(jù)輸送機(jī)帶張力變化進(jìn)行張緊力調(diào)整。當(dāng)輸送機(jī)需要重載啟動(dòng)時(shí)，張緊絞車(chē)在變頻器控制下高速收帶，避免啟動(dòng)過(guò)程中輸送帶出現(xiàn)打滑；在重載急停時(shí)，變頻器控制張緊絞車(chē)快速放帶，均勻地釋放輸送帶張力，避免惡性運(yùn)輸事故發(fā)生。輸送機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，變頻器將輸送帶張緊力控制在一定的范圍內(nèi)，避免輸送機(jī)帶張緊力頻繁使得輸送機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定事故的發(fā)生。

3）對(duì)張緊裝置張緊鋼絲繩進(jìn)行改造。原有的張緊鋼絲繩張緊力偏低，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需要。根據(jù)帶式輸送機(jī)張緊急校核結(jié)果，新的張緊裝置張緊鋼絲繩直徑由16 mm 調(diào)整至22 mm，從而有效提升鋼絲繩可靠性。

4）對(duì)帶式輸送機(jī)PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)多機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)功率平衡。在帶式輸送機(jī)控制程序中增加布置多個(gè)PID 控制回路，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載均衡。PID 控制回路包括有加速度控制、主驅(qū)動(dòng)壓力控制以及從驅(qū)動(dòng)功率控制PID 等。選定帶式輸送機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)中的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，布置在輸出軸位置的速度傳感器對(duì)輸出軸運(yùn)行速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并以該監(jiān)測(cè)值作為控制帶式輸送機(jī)加速度；主驅(qū)動(dòng)控制PID 可以確保離合壓力滿足輸送機(jī)滿速運(yùn)行需要；從驅(qū)動(dòng)功率控制PID 將從電機(jī)運(yùn)行功率與主驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配，從而實(shí)現(xiàn)功率平衡。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明，通過(guò)PID 控制后，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中主、從驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本可實(shí)現(xiàn)功率平衡，功率差值控制在2%以內(nèi)。

3 帶式輸送機(jī)技術(shù)改造效果分析

5509 運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)技術(shù)改造耗時(shí)15 d 完成并于2020 年3 月正式使用，截止至2020 年8 月，采面回采推進(jìn)已超過(guò)820 m，帶式輸送機(jī)運(yùn)輸長(zhǎng)度由2 900 m 縮短至2 080 m。從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來(lái)看，帶式輸送機(jī)運(yùn)行總體良好，可以滿足綜采工作面煤炭高效運(yùn)輸?shù)男枰?/p>

在5509 運(yùn)輸巷對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造后，通過(guò)一條帶式輸送機(jī)即可將采面煤炭運(yùn)輸至采區(qū)運(yùn)輸巷，不需要與地溝帶式輸送機(jī)搭接運(yùn)輸。預(yù)計(jì)在生產(chǎn)期間可減少帶式輸送機(jī)設(shè)備以及后期維護(hù)費(fèi)用約860 萬(wàn)元。