矿井带式输送机节能控制技术研究

苗岳鹏

（潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿，山西 长治 046102）

1 前言

矿山企业生产系统中带式输送机[1]是必不可少的组成部分。在带式输送机运行过程中经常会出现过载和空载[2-4]的情况，此时皮带依旧以恒定的速度转动。常村煤矿长运输距离、大煤炭运量的现状，不但会增加设备的磨损度，损失过多的电能[5]，还会造成矿井吨煤成本的增加。因此矿井带式输送机节能控制技术对提升矿井效益起到至关重要的作用。

2 皮带运行系统分析

潞安集团常村煤矿所采3#煤层位于山西组的中、下部，为全井田可采的稳定煤层，煤层平均厚度为5.95m，埋藏深度为428.2～479.5m 之间。矿井现有23 部主要带式输送机，而常规的恒速控制方式已经不能达到矿井设备节能降耗的目标。

矿井主要运输方式是以驱动滚筒带动皮带运行（图1），故对带式输送机功率损耗因素进行分析变得较为关键。基于此，对带式输送机运行阻力F进行分析，主要包括皮带与托辊摩擦的阻力和托辊自身转动的阻力。

图1 带式输送机示意图

式中：

F-带式输送机的运行阻力，N；

L-皮带长度，m；

f-摩擦阻力，N；

g-重力加速度，N/kg；

ms-上行带式输送机下方托辊重量，kg；

α-带式输送机倾角，°；

mx-下行带式输送机下方托辊重量，kg；

ms-皮带重量，kg；

mt-带式输送机上方煤炭重量，kg。

因此，降低带式输送机的运行阻力所做的功，对带式输送机节能控制起到关键作用。考虑到托辊直径、间距、皮带宽度为定值，则对带式输送机的运转速度和煤炭下泄流量控制变得尤为重要。

（1）当控制煤炭下泄流量为600t/h，则相应的单位面积上带式输送机上的煤炭重量和带式输送机的运转速度的关系如图2 所示。

图2 煤炭重量和运转速度关系（煤炭下泄流量600t/h）

（2）当单位面积带式输送机上的煤炭重量为60×10-3t/m2，则相应的煤炭下泄流量和带式输送机的运转速度的关系如图3 所示。

图3 煤炭下泄流量和运转速度关系

（3）当带式输送机运转速度为2.5m/s 时，则相应的单位面积上带式输送机上的煤炭重量和煤炭下泄流量的关系如图4 所示。

图4 煤炭重量和煤炭下泄流量关系

综上所述，煤炭的下泄流量和带式输送机的运转速度都会影响带式输送机上煤炭重量。若单位面积上带式输送机上的煤炭重量过大，则需要克服运行阻力所做的功越大，相应的功率损耗越大，带式输送机各部分磨损增大。

3 节能控制技术

基于上述分析，带式输送机在运行过程中，如何调控运转速度和煤炭下泄流量是节能控制技术的关键。在带式输送机控制系统中，皮带作为被执行对象，通过PLC 控制器控制变频器和电动机等执行对象，实现对带式输送机启停控制和运行速度的调节。

在现场实践中，常村煤矿提出采用变频器来实现对带式输送机运转速度的调控，统计分析其运转速度、煤炭下泄流量，从而基于PLC 发出指令来控制变频器调控带式输送机，使其保持运行最佳状态，达到节能控制的目的。带式输送机主要的控制系统如图5 所示。

图5 带式输送机主要的控制系统

4 结论

针对常村煤矿井下带式输送机面临长距离和大运煤量的问题，分析其运行阻力情况，从而得到带式输送机功率损耗因素主要包括：带式输送机的运转速度以及煤炭下泄流量。通过PLC 发出指令来控制变频器调控带式输送机，使其保持最佳运行状态，达到带式输送机节能控制的目的。