劉海波

（山西焦煤汾西礦業(yè)（集團）有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033000）

引言

部分生產(chǎn)能力較高的煤礦布置的帶式輸送機運輸距離普遍在1 000 m 以上，輸送帶寬度也由以往的1.0～1.2 m 擴展至1.4～2.0 m，輸送機運輸量達到2 500 t/h 以上[1]。大運量帶式輸送機應用雖然可滿足煤炭運輸需要，但是給輸送機驅(qū)動系統(tǒng)提出了更高的要求[2]。眾多的研究學者對帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)展開研究，其中陳艷等[3]提出采用CST 驅(qū)動系統(tǒng)控制帶式輸送機運行，現(xiàn)場應用后雖然可滿足生產(chǎn)需要，但是由于布置的傳感器類型、數(shù)量較多，也存在驅(qū)動系統(tǒng)可靠性以及穩(wěn)定性不足等問題；張更業(yè)[4]提出將變頻器調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)應用到帶式輸送機控制中，但是由于采用傳統(tǒng)的異步電機，驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜。為此，提出將智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在帶式輸送機中，并對應用效果進行具體闡述，以期能在一定程度上提升煤礦帶式輸送機運輸系統(tǒng)工作效率。

1 某礦11506 工作面概況

山西某礦11506 工作面開采11 號煤層，煤層厚度平均5.9 m，賦存穩(wěn)定，采用綜放開采工藝，工作面回采巷道長度平均2 560 m。礦井以往采面帶式輸送機運輸均采用傳統(tǒng)的液力耦合器啟動方式，在啟動過程中存在電壓波動幅度大、設(shè)備故障率高以及電氣、機械沖擊嚴重等問題，已不能滿足采面煤炭高效運輸需要。經(jīng)過考察分析，礦井決定引用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)用以控制帶式輸送機運行。

2 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及運行監(jiān)控

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

11506 工作面運輸巷內(nèi)布置的帶式輸送機長度為2 563.5 m，驅(qū)動電機為2 臺永磁同步電機（型號TBVF-630YC），電機直接帶動驅(qū)動滾筒運轉(zhuǎn)，采用2臺變頻器（型號BPJ1-800/1140）為永磁同步電機變頻電流，變頻器供電電源為2 臺移動變壓器（型號KBSGZY-1600/10/1.14），2 臺組合開關(guān)控制冷卻系統(tǒng)（FS700L-65B）運行。帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)運行通過KTC101 智能控制系統(tǒng)控制，具體工作流程為：控制系統(tǒng)控制指令通過可編程控制器（型號KXJ127）控制變頻器以及組合開關(guān)啟停[5]。具體智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)

KTC101 智能控制系統(tǒng)對帶式輸送機運行的各類信號進行監(jiān)測，若未接收到急停信號且輸送機沿線布置的溫度、煙霧、堆煤以及跑偏等各傳感器監(jiān)測值均在正常范圍時，表明輸送機具備啟動條件，按下啟動鍵后啟動指令發(fā)送給可編程控制器[6]。可編程控制器在確定變頻器無故障、永磁電機內(nèi)部溫度信號正常后，首先啟動1 號、2 號冷卻系統(tǒng)，通過光纖將啟動信號傳輸給變頻器，變頻器啟動帶動永磁電機正常運轉(zhuǎn)，并在預定時間內(nèi)達到設(shè)定運轉(zhuǎn)速度。

2.2 運行監(jiān)測

運行監(jiān)控是確保智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)持續(xù)高效運行的基礎(chǔ)，具體系統(tǒng)運行監(jiān)測流程見下頁圖2。

圖2 系統(tǒng)運行監(jiān)測流程

KTC101 智能控制系統(tǒng)接收到的帶式輸送沿線各傳感器監(jiān)測信號均正常時，且未收到急停信號，即可向可編程控制器發(fā)出啟動指令，實現(xiàn)帶式輸送機啟動。在啟動過程中變頻器內(nèi)部無緊急情況且光纖通信均正常時方可正常啟動。當變頻器系統(tǒng)絕緣在1 MΩ 以上且電壓在969～1 311 V 范圍內(nèi)時，變頻器主接觸開關(guān)（KM1）自動閉合；中間直流電壓介于1.35U1max～0.6U1min（其中U1max、U1mim分別表示直流電壓1 210 V、425 V），電壓脈動在13%以內(nèi)時，觸發(fā)器工作，驅(qū)動IGBT 運行，變頻器輸出的電流頻率增加、永磁電機處于加速運行狀態(tài)；當永磁電機運行速度達到設(shè)定值后，驅(qū)動系統(tǒng)正常運行。若驅(qū)動系統(tǒng)在預定時間內(nèi)未達到設(shè)定速度，則停止啟動。在驅(qū)動系統(tǒng)正常工作時，若發(fā)現(xiàn)電動機負載現(xiàn)在增加且轉(zhuǎn)矩超過設(shè)定值時，則認為電動機出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)故障，驅(qū)動系統(tǒng)停止運行。

當供電系統(tǒng)出現(xiàn)瞬間掉電時，傳動系統(tǒng)可利用電動機動能維持繼續(xù)運轉(zhuǎn)，變頻器主接觸器仍處于吸合狀態(tài)，當電網(wǎng)恢復供電后即可投入正常運行。

3 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)應用分析

3.1 帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)改造

將11506 工作面運輸巷帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)改為永磁電機直接帶動驅(qū)動滾筒運行方式，同時為了降低運輸過程中粉塵、煤泥等對智能永磁驅(qū)動系統(tǒng)影響，將驅(qū)動系統(tǒng)布置在距離輸送機機頭150 m 位置。采用2 臺型號TBVF-500/80YC（660/1140）永磁電機、2 臺型號BPJ-630/1140 變頻器帶動滾筒運行。采用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)后電動機通過脹套連接驅(qū)動滾筒，在變頻器拖動下運行。不僅可實現(xiàn)帶動輸送機軟啟動而且可根據(jù)煤炭運輸量調(diào)整帶式輸送機運行速度。

3.2 應用效果分析

11506 工作面運輸巷帶式輸送機智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)于2020 年8 月安裝調(diào)試完成，截止到2021 年1 月，該智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)均可正常運行，未出現(xiàn)任何故障。KTC101 智能控制系統(tǒng)可根據(jù)沿線布置的傳感器控制帶式輸送機運行，表現(xiàn)出較好的應用效果。

帶式輸送機年運行時間為360 d、每天運行時間為16 h，電費為1.0 元/kWh，則傳統(tǒng)的液力耦合器驅(qū)動系統(tǒng)與智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)應用效果對比情況見表1。

表1 液力耦合器驅(qū)動系統(tǒng)與智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)應用對比表

從表1 看出，采用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)后帶動輸送驅(qū)動系統(tǒng)傳動效率較液力耦合器驅(qū)系統(tǒng)高42.1%；驅(qū)動系統(tǒng)按照10 年使用周期計算，采用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)較傳統(tǒng)的液力耦合器驅(qū)系統(tǒng)可節(jié)省投入為3 821.4 萬元。

4 結(jié)論

1）智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)較傳統(tǒng)的液力耦合器驅(qū)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、免維護等優(yōu)點，同時在井下使用過程中可顯著降低帶式輸送機綜合能耗以及運輸成本。

2）KTC101 智能控制系統(tǒng)可接收帶式輸送機沿線布置的各類安全傳感器監(jiān)測結(jié)果，提升帶式輸送機運行安全保障能力，且可依據(jù)輸送機煤炭運輸量調(diào)整驅(qū)動系統(tǒng)輸入功率，從而降低綜合使用成本。

3）智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在11506 工作面運輸巷帶式輸送機上運行平穩(wěn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性較強、可實現(xiàn)重載啟動，在一定程度上提升了采面煤炭運輸效率。