井下带式输送机运输能力提升研究与应用

李 俊

（山西晋城煤业集团，山西 晋城 048006）

1 概况

长平矿井四盘区北翼带式输送机主要服务于四盘区东部的大采高工作面，4313工作面已回采结束，下一接替面4315工作面。四盘区北翼带式输送机现皮带长度1600m，运量为2000t/h，带速3.5m/s。胶带型号PVG2000S，电机为3×400kW，配套三台420krs型CST，带宽为1400mm。

四盘区北翼胶带巷按一个大采高工作面和两个掘进队组双巷掘进计算，每天的出煤量约为2万t。按每天生产20h，每小时运量为1000t，北翼带式输送机原有运量可以满足原先生产格局要求。由于4315工作面顺槽位于四盘区北翼带式输送机1660m处，距现皮带机尾140m。在4313大采高工作面回采时出现皮带打滑、压皮带的现象，运力略显不足。如开采至4315工作面时，煤炭输送长度增加了140m，此现象会更加严重。

为避免后期出现皮带打滑、压皮带影响运力现象，必须对其系统进行能力提升改造。传统的改造方案采用更换大功率皮带机，此方案需重新购置皮带机、施工皮带机基础、回收旧皮带机、安装新皮带机等工程，必将导致采购成本和施工工程量增加及施工工期较长等现象，间接影响原煤生产和矿井的正常生产秩序。不管从经济方面，还是从安全方面考虑，此方案都不是最佳的改造方案。为快速高效完成带式输送机运输能力提升，必须在现有皮带机主体框架不变的情况下，采用一种更少成本投入的、更加安全高效施工的、更加快速的提升改造方案。

2 运输能力影响因素

（1）功率因数低，线路损耗大，电机低效率运行

随着现代化矿井的加速建设，井下大型机械化设备、大功率电机、变频器使用量及自动化程度日益加大，造成了各种感性负荷、容性负荷、用电设备与电网供电电源之间大量的无功功率。同时，产生了各类谐波，以至于出现了供电系统电压波动大、功率因数低、线路损耗大、设备启动困难等问题，严重影响了供电质量和用电设备的正常运行。依据现场实际观测，三台400kW电机系统功率因数为0.65，无功功率为375kvar，功率因数低，线路损耗过大，设备运行效率低。

（2）张紧力不足，输送带松弛，导致带式输送机打滑

带式输送机张紧装置是带式输送机不可缺少的重要组成部分，它直接关系到带式输送机的安全运行及使用寿命。对于大运量、长距离等大型带式输送机而言更是如此。负载变化引起输送带长度变化，必须经常调节张紧滚筒位置，才能保证带式输送机的正常运行。以往一般均采用固定绞车拉紧，而固定绞车张紧装置只能定期张紧皮带，皮带的张紧程度往往与操作者的经验有关，经常出现张紧力过大或者过小影响到带式输送机的安全及平稳运行，造成输送带松弛而导致打滑、拉不动事故发生。

（3）底板高低起伏，带式输送机受力不均，导致压皮带事故

图1 四盘区北翼胶带巷底板剖面图

通过图1可见，北翼胶带巷部分巷道呈脊背状，整体呈机头高（标高为562m），随后有一个缓下坡的凹陷段（低程标高为556m），凹陷段长度约为80m，整体7°坡；310m往后至1300m整体前后坡度较为平缓，凹陷段长度也较短，不影响带式输送机运行；1300m往后开始出现一个下坡地段，从标高561m逐渐下至最低点的540m，长度约为260m，整体8°坡。分析得出，当带式输送机头空载，后半段满载时，造成带式输送机受力不均匀，机头驱动滚筒出现打滑导致带式输送机拉不动，后半段压皮带现象；其次带式输送机整体高低起伏，导致部分托辊受力较大，频繁出现坏托辊的现象；机尾滚筒处于相对低点，除受胶带水平拉力外还要承受一个向上的拉拔力，容易造成机尾滚筒损坏。

经过研究分析，决定在原带式输送机基础上安装无功功率补偿装置、自动张紧装置和平整带式输送机坡度三方面进行运输能力提升改造。

3 运输能力提升方案

（1）安装无功功率补偿装置，提高带式输送机功率因数

无功功率补偿装置在供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络损耗，使电网质量提高。所以在变压器与馈电开关之间安装一台无功功率补偿装置，其与负载并联运行，当SVG设备发生故障时，可自动切除，不影响负载的正常使用。将自换相桥式电路通过电抗器直接并联在电网上，适当地调节桥式交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流，就可使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的，见图2。

图2 补偿装置系统图

（2）更换为自动张紧装置，提高带式输送机张紧力

自动张紧装置可对胶带张力进行精确控制，实时监测胶带张紧力。在自动模式下控制程序通过张力传感器的反馈来调节皮带的张力。同时，具有优良的动态反应能力，在极短的时间内响应胶带张力的变化。控制程序将根据张力设定值和实际张力的差值，驱动电机使用相应的扭矩来调节张力。当张力调节到设定值的某个范围内并保持120s以后，程序将控制装置进入驻留模式，此时会关闭变频驱动和电机，使带式输送机在额定张力下运行。通过自动张紧装置的实时监测，不断调整张紧力，保证胶带在合理的范围内随时调节张紧力，保障带式输送机平稳运行。出现紧急状况可自动调节胶带张力，避免出现滚筒与胶带摩擦力低打滑拉不动的现象。

（3）平整带式输送机坡度，降低运行阻力

通过尽量削平巷道的脊梁、带式输送机巷起底及安装H架加高腿来实现平整带式输送机坡度的目的。根据现场实际情况，在有坡度起伏的地方通过起底随缓巷道坡度，并安装部分H架加高腿尽量随平带式输送机巷坡度，使带式输送机承载各点受力均衡，降低带式输送机运行阻力。

4 运输能力提升效果

（1）安装无功功率补偿装置后，依据现场实际观测，三台400kW电机功率因数提高为0.74。系统的无功功率降低至250kvar，降低了125kvar，驱动总功率增加132kW。减少输配电线路上的电流损耗，提升变压器的使用效率，提高了带式输送机运能。而且可节约电能，带来一定的经济效益；

（2）安装自动张紧装置后，提升了带式输送机的足够张力和摩擦牵引力，保证了带式输送机正常运转；

（3）通过对巷道起底随缓坡度和带式输送机H架加装调高腿，实现了带式输送机平稳过渡起伏段，使带式输送机各点受力均衡，减少了运行阻力，保障了带式输送机安全平稳运行。