武鵬程

（汾西礦業(yè)南關(guān)煤業(yè)，山西 靈石 031300）

引言

帶式輸送機是采掘作業(yè)面開采的原煤主要運輸設備，帶式輸送機運輸系統(tǒng)能否可靠運行直接影響到礦井產(chǎn)能[1-2]。山西某礦井運輸系統(tǒng)由10 臺帶式輸送機搭接組成，受采購、安裝及使用時間等因素差異影響，運輸系統(tǒng)中各臺帶式輸送機驅(qū)動方式各不相同，主要驅(qū)動方式有CST、液力耦合器、變頻器+減速器、永磁電機+變頻器等。隨著礦井技改工作推進，煤炭產(chǎn)能由原有的240 萬t/年增至480 萬t/年，同時隨著礦井采掘范圍的不斷增加，帶式輸送機鋪設不斷延伸，運輸系統(tǒng)壓力增大，普遍面臨超負載運行情況。帶式輸送機在高負載下驅(qū)動系統(tǒng)故障頻發(fā)，從而給礦井原煤運輸帶來較大制約。

1 山西某礦工程概況

山西某礦經(jīng)技改后產(chǎn)能增加至480 萬t/年，可采煤層包括2、3、4 號和5 號等煤層。根據(jù)礦井開拓及回采巷道掘進設計，礦井運輸巷道主要集中在煤層中并通過煤倉、帶式輸送機實現(xiàn)煤炭轉(zhuǎn)運，具體井下帶式輸送機運輸系統(tǒng)布置情況如圖1 所示。

圖1 原煤運輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

礦井原煤運輸系統(tǒng)由10 臺帶式輸送機搭接而成，其中2 臺輸送機通過液力耦合器+減速器+電機驅(qū)動、3 臺輸送機通過CTS+減速器+電機驅(qū)動、2 臺采用變頻器+減速器+永磁電機驅(qū)動、3 臺輸送機采用變頻永磁電機+聯(lián)軸器驅(qū)動。受到原煤運輸任務繁重、運輸距離長等因素影響，原煤運輸系統(tǒng)中帶式輸送機驅(qū)動裝置不同程度存在故障率高、能耗大及機械沖擊等問題，已不能滿足煤炭高效運輸需要。為此，本文依據(jù)礦井運輸需要對驅(qū)動方案進行設計分析，以期提高礦井原煤運輸系統(tǒng)工作效率。

2 帶式輸送機驅(qū)動方案設計及比對分析

2.1 帶式輸送機驅(qū)動方案設計

為提高礦井帶式輸送機運輸系統(tǒng)工作效率，本文提出下述三種驅(qū)動方案，具體如下[3-5]：

1）將帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)一改造為CTS+減速器+電機驅(qū)動方式。

2）將驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)一更換為永磁電機+變頻器驅(qū)動方式。

3）將驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)一更換為變頻永磁電機直驅(qū)方式。

2.1.1 CTS+減速器+電機驅(qū)動方案

采用此種驅(qū)動方案時，需要改造7 臺帶式輸送機，雖然CTS+減速器+電機驅(qū)動方案可滿足帶式輸送機軟啟動及重載運輸需要，但是面臨驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、傳動效率低及能耗高等問題。

2.1.2 永磁電機+變頻器驅(qū)動方案

采用此種驅(qū)動方案時，需要對7 臺帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)進行改造，具體驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用變頻器+聯(lián)軸器+永磁電機+驅(qū)動滾筒連接方式，具體驅(qū)動系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2 所示。在具體改造時需要在帶式輸送機上增設驅(qū)動裝置支架，更換原有的聯(lián)軸器并新增硐室放置變頻器。

圖2 永磁電機+變頻器驅(qū)動方案拓撲結(jié)構(gòu)圖

2.1.3 變頻永磁電機直驅(qū)方案

采用此方案時，需要將井下7 臺帶式帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)一更改為變頻永磁電機直驅(qū)，具體驅(qū)動系統(tǒng)連接方式為變頻永磁電機+聯(lián)軸器+驅(qū)動滾筒，具體驅(qū)動系統(tǒng)拓撲連接方案如圖3 所示。選用此種方案時，需給驅(qū)動系統(tǒng)增設新的支架及冷卻裝置，取消原驅(qū)動系統(tǒng)中的減速器、高速聯(lián)軸器，同時需要對驅(qū)動結(jié)構(gòu)地基進行重新改造。

圖3 變頻永磁電機直驅(qū)驅(qū)動方案拓撲結(jié)構(gòu)圖

2.2 驅(qū)動方案對比分析

CTS+減速器+電機驅(qū)動方案具有改造成本低的優(yōu)點，但是面臨技術(shù)不先進、故障發(fā)生率高、傳動效率低及能耗高等問題；永磁電機+變頻器驅(qū)動方案具有驅(qū)動系統(tǒng)運行可靠性強、故障發(fā)生率低、后期維護工作量小等優(yōu)點，但是由于永磁電機、變頻器相互獨立，需要有單獨的空間放置變頻器，設備占用空間大；變頻永磁電機直驅(qū)方案具有后期維護工作量小、傳動效率高、能耗低、占用空間小等優(yōu)勢，但是存在設備價格昂貴等問題。具體不同驅(qū)動方案對比見表1[6]。

表1 驅(qū)動方案對比

綜合考慮改造成本、帶式輸送機全壽命周期能耗及后期礦井智能化建設方面，最終選擇使用變頻永磁直驅(qū)方案對礦井帶式輸送機驅(qū)動方案進行改造。具體采用的變頻永磁直驅(qū)方案技術(shù)特點如下：

1）故障發(fā)生率低、后續(xù)維護簡單：由于變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)通過變頻永磁電機、聯(lián)軸器直接與轉(zhuǎn)動滾筒連接，系統(tǒng)內(nèi)部無減速機、液力耦合器等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡單，故障點以及故障發(fā)生率降低。

2）調(diào)速范圍更寬：變頻永磁電動較異步電機調(diào)速范圍更寬，可實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩、超低速運行速度在0.5 m/s以內(nèi)運行，最高2 倍額定轉(zhuǎn)矩軟啟動。

3）實現(xiàn)多機功率平衡：變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)采用主從控制方式，可有效避免多機驅(qū)動時由于功率不平衡導致電機損壞問題，實現(xiàn)功率平衡。同時通過內(nèi)置的各種傳感器實現(xiàn)電機過熱、過壓、過流以及欠壓等保護，提高運輸系統(tǒng)運輸穩(wěn)定性。

4）環(huán)境適應性強：真空灌封后變頻永磁直驅(qū)電機繞組在耐電暈、導熱性、機械強度方面均有所提升，并在防塵、防水及防污染方面效果明顯。

5）冷卻方式好：永磁直驅(qū)電機外殼為雙層設計，外殼中間有蛇形散熱通道，冷卻效果好，在有水環(huán)境中即可采用水冷方式降溫，冷卻水要求為：流量＞2.8 t/h，水壓0.3～0.8 MPa。井下壓水管路即可滿足冷卻水需求。

3 結(jié)論

本文結(jié)合山西某礦帶式輸送機運輸系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出CTS+減速器+電機、變頻器+永磁電機、變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)三種驅(qū)動系統(tǒng)改造方案，并對不同驅(qū)動方案進行比對分析。綜合礦井后續(xù)運輸需要、經(jīng)濟性等方面，最終選擇采用技術(shù)先進、能耗低的變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)。現(xiàn)場改造完成后，帶式輸送機工作效率得以提升，同時由于井下10 臺帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)均改造為變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)，后續(xù)可通過構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)各臺設備的智能化控制，進一步提升運輸系統(tǒng)可靠性及工作效率。