上湾煤矿四盘区12煤投产时主运输系统能力分析及改造方案

摘 要：上湾煤矿四盘区12煤投产时，针对采区8.8米大采高煤层，瞬时煤量大对矿井主运系统带式输送机能力影响进行分析，对矿井主运系统各条带式输送机进行计算、方案比对分析，最后结合矿方建议及矿井实际运行情况，对主运系统带式输送机的运输能力提出可行的改造方案。

关键词：带式输送机 新型低阻力托辊 芳纶带面 改造方案；

上湾煤矿2000年建成投产，核定生产能力为1400万吨/年，服务年限65年，定员近500人。2014年8月由煤炭科学技术研究有限公司出具上湾煤矿生能力核定报告，核定该矿井主斜井提升系统能力为1822万吨/年，井下运输能力为2014万吨/年。

上湾煤矿2000年建成投产，核定生产能力为1400万吨/年，服务年限65年，定员近500人。2014年8月由煤炭科学技术研究有限公司出具上湾煤矿生能力核定报告，核定该矿井主斜井提升系统能力为1822万吨/年，井下运输能力为2014万吨/年。

随着国民经济的飞速发展，传统的带式输送机已经满足不了现生产的需要，为了适应高产高能集约化生产的需要，煤炭、矿山、建材、港口等部门对散装物料的输送提出了新的要求，即带式输送机的运输能力要加大，控制自动化水平要提高，今后设计要具备长运距、高带速、大运量、大功率等特点，而长运距输送系统托辊与输送带是关键，直接影响输送机能否正常稳定运行。

1 主运输系统现状及能力复核

上湾煤矿四盘区12煤开采时，主运输系统包括四部带式输送机，即三盘区12煤主运大巷带式输送机（集运二部）、22煤尔林兔带式输送机（集运一部）、主井带式输送机、111上仓带式输送机，其中三盘区12煤主运大巷帶式输送机（集运二部）为1.8米带式输送机，其余三部带式输送机为1.6米带式输送机。

1.1 三盘区1-2煤主运大巷带式输送机（集运二部）

带式输送机参数：

运输能力：Q=4500t/h；带式输送机长度：L=4100m；带速：V=4.5m/s；

带宽：B=1800mm；倾角：β=0-1°；提升高度：H=32m；

带强：ST2000； 驱动滚筒直径为φ1150。

本带式输送机采用头部加中部驱动方式，驱动电机功率为N=4×500+4×500KW，690V，变频电机软起动，电机YBBP450M-4，减速器ML2PSF110（i=20），头部液压张紧ZLY-03-450。

按《矿井设计规范》计算，三盘区1-2煤主运大巷带式输送机提升能力为：

4500×330×16÷（1.15×104）=2066万t/a。

1.2 2-2煤尔林兔带式输送机（集运一部）

带式输送机参数：

运输能力：Q=4000t/h；带式输送机长度：L=5600m；带速：V=4.5m/s；

带宽：B=1600mm；倾角：β=0-3°； 提升高度：H=38m；

带强：ST2500； 驱动滚筒直径为φ1490 mm；

本带式输送机采用头部加中部驱动方式，驱动电机功率为N=4×500+4×500KW，690V，变频电机软起动，电机YBBP450M-4，减速器ML3PSF110（i=25），头部液压张紧ZLY-03-450。

按《矿井设计规范》计算，三盘区1-2煤主运大巷带式输送机提升能力为：

4000×330×16÷（1.15×104）=1836万t/a。

集运一部带式输送机长度长，运量大，经核算功率富余较小，非正常停车后重载起车困难，严重影响生产。

1.3主井带式输送机

带式输送机参数：

运输能力：Q=4000t/h；带式输送机长度：L=1310m；带速：V=4.5m/s；

带宽：B=1600mm；倾角：β=15°； 提升高度：H=42.6m；

带强：ST1600； 驱动滚筒直径为φ1150。

本带式输送机采用头部驱动方式，驱动电机功率为N=3×560KW，6KV，电机加630KSCST（19.25）软起动，头部重锤张紧。

按《矿井设计规范》计算，三盘区1-2煤主运大巷带式输送机提升能力为：

4000×330×16÷（1.15×104）=1836万t/a。

1.4 111上仓带式输送机

带式输送机参数：

运输能力：Q=4000t/h；带式输送机长度：L=242m；带速：V=5m/s；

带宽：B=1600mm；倾角：β=11°； 提升高度：H=47m；

带强：ST1600； 驱动滚筒直径为φ1250。

本带式输送机采用头部驱动方式，驱动电机功率为N=2×800KW，6KV，电机加630KSCST（19.25）软起动，尾部液压张紧DYL-01-4/20。

按《矿井设计规范》计算，三盘区1-2煤主运大巷带式输送机提升能力为：

4000×330×16÷（1.15×104）=1836万t/a。

综上，考虑到即使8.8米大采高工作面生产时，通过对集运一部带式输送机更换低阻力托辊进一步降低运行阻力，保证其能够重载起车；加之矿井运输系统整体可以通过井下煤仓均匀给煤有效削减峰值煤量，能够保证矿井主运输系统运输能力达到1800万吨/年。

上湾煤矿2014年原煤年产量约1595万吨，洗煤厂洗选能力、装车能力（其中电厂用煤约71万吨）可以勉强匹配矿井主运输系统能力；如矿井年产量达到1800万吨/年，洗煤厂洗选能力、装车能力将不能匹配矿井的主运输系统能力，需进行较大幅度改造。据初步诊断，装车系统方面需新建一套快速装车系统；洗煤厂方面需改造706混煤带式输送机，提高煤泥水系统处理能力需新建一座浓缩池、增加压滤机数量（具体改造项目需根据产品结构组成以及是否全入洗来定）。

综上所述，如果公司决定维持矿井及地面生产、装车能力为约1600万吨/年的话，建议矿井主运输系统、地面洗煤厂和装车系统维持目前现状，只对111上仓带式输送机栈桥进行防水维修改造和更换集运一部带式输送机托辊为低阻力托辊；如果公司决定把矿井及地面生产、装车能力提升至1800万吨/年，除对上述两项进行改造外，还需对洗煤厂和装车系统进行大幅度改造（具体改造项目需根据产品结构组成以及是否全入洗来定）。

2 主运输系统改造方案

上湾煤矿四盘区1-2煤开采时，其主运输能力如果按2000万吨/年考虑，则目前三部1.6米带式输送机（2-2煤尔林兔带式输送机、主井带式输送机、111上仓带式输送机）将不能满足运输要求，需对该三部带式输送机进行改造。经计算，三部带式输送机运输能力需达到4500t/h才能满足矿井年运输能力2000万吨的要求。

2.1 三盘区1-2煤主运大巷带式输送机（集运二部）

三盘区1-2煤主运大巷带式输送机设计运量Q=4500t/h，带宽B=1800mm，满足输送能力要求，不需要改造。

2.2 2-2煤尔林兔带式输送机（集运一部）

经分析，2-2煤尔林兔带式输送机整体更换为带宽为1.8米，带速为4.5m/s带式输送机按运量Q=4500t/h，V=4.5m/s，B=1800mm，L=5600m，H=38m。

经计算：带式输送机圆周力FU=755152.5N ， 拉紧力TA=145681.2N，原拉紧装置满足要求，机头胶带最大张力519113.5N，带面安全系数8.67，带面满足要求。满载功率为4508.641KW。

带式输送机功率配比按3：2带中驱方式，驱动功率为N=3×1000KW+2×1000KW，1140V，变频电机软起动；驱动滚筒直径为φ1250，减速器选用WH2SH300-22.4；带强为ST2500。

经计算，原有带式输送机配电系统电源情况满足改造后使用要求。

本次改造，带式输送机机头配电室内改造内容为：更换两台KBSGZY-1250/10/0.69变频变压器为KBSGZY-2000/10/1.2变频变压器；更换原矿用一般型4×500kW变频器1台为3台BPJ-1000/1140矿用隔爆型变频器；增加配电硐室内部分宽度。

带式输送机中驱配电室内改造内容为：更换两台KBSGZY-1250/10/0.69变频变压器为KBSGZY-1250/10/1.2变频变压器；更换原矿用隔爆型2×500kW变频器为2台BPJ-1000/1.14矿用隔爆型变频器。

2.3 主井带式输送机

经过分析，此带式输送机输送能力不能满足要求，如果想达到4500t/h的运量，需进行改造。

将此带式输送机整体更换为带宽为1.8米，带速为4.5m/s带式输送机，按Q=4500t/h，带强St1600计算，带式输送机圆周力290625.4N，拉紧力TA=103955.8N，带式输送机机头最大张力为336452.1N，带面安全系数为8.56，满载功率为1735KW。

电机功率按3×710KW配置，6KV，变频电机软起动；驱动滚筒直径为φ1150，减速器选用WH3SH260-20；带强为ST1600。

本次改造，带式输送机驱动电机功率为3×710kW，驱动方式更换为变频驱动，供电电压6kV。目前主井变电所电源进线YJV22-6/10 3×240mm2型电缆，经计算，主井带式输送机配电系统电源满足本项目使用要求。但需对现有配电室内电机启动柜进行更换，更换为断路器保护柜。并在主井工业场地内选址新建一座6kV变频器室，建筑面积约150m2。根据改造后电机功率选用3台ATV1200-A1190-6060A3S型变频器。该变频器尺寸为3660×1400×2520（长×深×高）。

2.4 111上仓带式输送机

111上仓带式输送机作为整个矿井主运输系统的咽喉部位，起着至关重要的作用，所以在设计输送能力时，考虑一定的富裕量。

將此带式输送机整体更换为带宽为1.8米，带速为4.5m/s带式输送机，按Q=4500t/h，带强St1600计算，带式输送机圆周力169487.8N，拉紧力TA=133361.3N，带式输送机机头最大张力为246503.9N，带面安全系数为11.683，满载功率为1011.927KW。

电机功率按2×800KW配置，6KV，变频电机软起动；驱动滚筒直径为φ1150，减速器选用WH3SH270-20；带强为ST1600。

目前，上仓带式输送机配电及控制与主井带式输送机同在主井变电所，本次改造内容与主井带式输送机类似，改造后上仓带式输送机驱动电机功率为2×800kW，电压6kV，驱动方式采用变频拖动方式。改造内容为：更换原接触器启动柜为断路器保护柜，新设置2台变频器放置于新建的变频器室内，与主井带式输送机变频器放置在同一变频器室内。根据上仓带式输送机电机功率选用2台ATV1200-A1250-6060A3S型变频器。该变频器尺寸为3660×1500×2670（长×深×高）。

3 改造投资估算

总投资估算约 13915万元，其中矿（土）建工程 38.5万元，设备及工器具购置 9899万元，安装工程 3004万元，工程建设其他费973万元。

4 改造实施方案

4.1 改造存在的问题

矿井2000万吨/年改造，洗煤厂洗选能力、装车能力将严重不匹配矿井的主运输系统能力。

1、洗煤厂洗选和装车能力不足（具体改造项目需根据产品结构组成以及是否全入洗来定）。

上湾选煤厂初期于 2000 年 6 月建成筛选厂，处理能力为 3.0Mt/a；选煤厂洗选部分于 2004年1月建成投产，设计能力为 10.0Mt/a；2011年4月对现有筛分和块煤分选系统进行扩能，设计处理能力达到了14.0Mt/a。洗选工艺为+25mm块煤重介浅槽分选，-25mm末煤不洗。2013年，上湾选煤厂处理原煤1555.8万吨/年，入洗原煤684.6万吨/年，入洗率44%。块煤产量385万吨/年，产率24.75%（占原煤）。综上，洗煤厂经过多次改造，处理原煤能力达到1555.8万吨/年，无法满足矿井年生产能力2000万吨。

能力核定如下：

（1）铁路装车年外运能力1545万t。

目前装车系统为单装车塔，设计能力1000万吨/年，历经数次改造升级，现已提高至1545万吨/年，但仍无法满足2000万吨/年的需求。因此，需要新建一套装车系统。

（2）混煤（706带式输送机）1617万吨/年。

706混煤上仓带式输送机带速4m/s，带宽1400mm，小时输送能力为Q=2500t/h。该带式输送机在2010年改扩建时已进行过提速扩能，现输送能力为1617万吨/年，无法满足2000万吨/年的需求。因此，需要提高其输送能力。

（3）重介浅槽年处理能力为1922万吨；

现有两台彼得斯W26F54重介浅槽分选机，单台处理量为Q=900t/h。年处理原煤能力为1922万吨，无法满足2000万吨/年的需求。因此，需要提高浅槽的处理能力。

（4）高效浓缩机年处理能力为1324万吨；

现有2台直径21m的WESTECH高效浓缩机，单台小时处理能力为Q=47t/h，年处理原煤能力为1324万吨，无法满足2000万吨/年的需求。因此，需要新建浓缩池以提高煤泥水处理能力。

（5）加压过滤机年处理能力为1267万吨。

现有两台加压过滤机，其中一台为国产加压过滤机GPJ-72，处理能力Q=30t/h，另一台为进口加压过滤机HBF-S120，处理量60t/h。年处理原煤能力为1267万吨，无法满足2000万吨/年的需求。因此，需要增加加压过滤机的数量来提高煤泥处理能力。

2、主运输系统改造停产时间长约20天

由于三条带式输送机更换改造工程量较大，初步判断集运一部带式输送机改造为节点工程，改造工期约为20天，影响矿井生产。

带式输送机改造时，需保证各条带式输送机有独立的施工队进行施工改造，节点工程集运一部带式输送机改造施工进度安排如下：

（1）更换带式输送机中部件：利用日常检修时间更换中部件（不影响生产）；

（2）更换带式输送机机头、机尾架、驱动装置等：拆除旧装置、安装新装置影响矿井停产时间约10天；

（3）带式输送机带面更换：抽取旧带面，放新带面及硫化，影响矿井停产时间约为6天；

（4）系统调试：系统调试影响矿井停产时间约为4天。

3、投资比较大：主运输系统改造总投资为1.3915亿元，不包括洗煤厂改造投资。

3.2 具体改造方案

根据存在的问题进行分析，如每条带式输送改造为1.8米，改造投资大，工期长，严重影响集团公司利润，经公司相关部门讨论研究，只改造2-2煤尔林兔带式输送机（集运一部），改造方案：⑴把2600米普通托辊更换为新型低阻力托辊，能够有效改善重载起车效果；⑵钢丝绳芯带面更换为芳纶带面。

新型低阻力托辊通过以下技术手段，旋转重量降低22%，新型低阻力托辊的使用寿命为5万小时，实现整机降阻，延长了使用寿命。

（1）密封：采用迷宫+径向微隙整体组合，针对防水性能进行研究，确保在运行工况下具备良好的防水性能。

（2）筒皮：选用新型不锈钢材料替代传统的Q235材料，减轻筒体重量，降低托辊自身旋转重量及旋转阻力最终达到整机降阻的目的。

（3）轴承：使用低阻轴承，进一步降低托辊旋转阻力。

（4）加工精度：采用全新的制造工藝，提高托辊可靠性能，降低径跳指标，进一步达到降阻、延长使用寿命的目的。

在集运一部带式输送机上，采用新型低阻力托辊替换普通托辊，只更换了2600米长的上、下托辊，驱动电机的重载平均电流由更换前的400.81A下降到355.93A左右，电流降幅达到11.2%，2600m占全长5600米的46.4%，若前3000也换成新型低阻力托辊，估算其电流可降低：24.1%。新型低阻力托辊的费用约为普通托辊费用的1.35倍，同寿命情况下节约托辊采购费用170万元，平均每年节约费用25万元。

本条带式输送机把钢丝绳芯带面更换为芳纶带面，是从降低带面压馅阻力和本身重量阻力进行探索研究。现有的钢丝绳芯带面已无法满足降阻降耗的要求。可通过改变输送带本身的特性来降低输送机无效能耗：减轻输送带的自重；改变橡胶配方，从而改变覆盖胶的压陷滚动阻力已达到节能减排降耗的目的。

芳纶输送带采用以下三点改变技术性能：

（1）在保持强度的前提下，优化设计芳纶-橡胶复合材料的结构，提高综合性能，降低成本；

（2）不同橡胶基体与芳纶织物的界面粘合技术，可分为织物预处理与粘合层橡胶材料技术；

（3）芳纶-橡胶复合材料的成型加工技术。

集运一部带式输送机使用DPP2500（8+8）芳纶带面在保持带体强度不下降的情况下，重量也减轻 30%-60%；带面单位重量为45kg/m，总重量504吨，钢丝绳芯带面ST/S2500（8+8），该输送带单位重量为68kg/m，总重761.6吨。换后的DPP2500（8+8）芳纶输送带较原钢丝绳芯输送带减重33.82%。带式输送机更换带面前后运行统计数据分析，芳纶输送带运行电流333.7A，钢丝绳芯输送带运行电流353.53A ，更换带面后运行电流同比降低5.61%

带面使用寿命及经济对比：芳纶带面使用寿命为10年，钢丝绳芯输送带使用使用寿命为5.6年，租赁芳纶输送带10年的费用约为4390万元，采购钢丝绳芯输送带（含接头、带面维护费）预计费用为2640万元，全寿命周期节约带面采购维护费用324万元，平均每年节约费用32.4万元。

4 结 论

通过对上湾煤矿主运输系统运输能力分析及方案对比，选择了最优、最经济的改造方案，上湾煤矿集运一部带式输送机采用新型低阻力托辊和芳纶带面，在矿井运输系统节能改造方面开拓了新局面，带式输送机整机重量大幅度减轻，整机安装、回撤更为方便；带式输送机整机运转经济节能，维护方便，降低工人劳动强度。

参考文献：

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作者简介：

戴国伟（1985-），生内蒙古包头市人，本科，神华皮带机公司现从事带式输送机设计工作 .