长距离运输巷带式输送机的技术改进

崔 炜

（西山煤电建筑集团有限公司矿建第一分公司，山西 太原 030000）

1 工程概况

山西某矿5509 综采工作面运输巷设计长度为2 900 m，巷道掘进时穿越5503 辅助运输巷、5002 回风大巷，具体巷道位置关系见图1 所示。按照原设计方案，在5509 运输巷内需要布置2 台带宽1 400 mm 的带式输送机完成煤炭运输工作，即在5509 运输巷布置一条运输距离2 000 m 带式输送机；在5503 以及5507 辅运巷间需要铺设一台地沟输送机。采用上述布置方式不仅巷道掘进工程量增加，而且现场占用的岗位、人员较多。为了提升井下带式输送机工作效率，减少井下人员数量并降低设备能耗，对带式输送机进行改造并对输送机布置进行重新设计，从而达到简化运输流程，提高生产效率的目的。

图1 巷道位置关系

2 长距离运输巷煤炭运输方案的设计

2.1 总体运输方案

为了降低运输巷内带式输送机布置数量，提出将带式输送机驱动部、卸载部分开布置，并通过延伸架连接驱动部及卸载部，从而使得带式输送机可直接越过回风大巷与盘区运输巷内的皮带搭接并取消5503 以及5507 辅运巷间的地沟输送机。采用矿井已有的1.4 m 宽带式输送机进行长距离煤炭运输，具体布置方案见图2 所示，带式输送机机头以及机尾间高差控制在20 m，总的运输距离为2 900 m。

图2 运输方案

2.2 带式输送机运输校核

矿井原有的带宽1.4 m 带式输送机驱动采用3台功率400 kW 电动机驱动，最大运输距离在2 000 m、输送带带强为2 000 N/m、运输速度为3.55 m/s。5509综采工作面每天推进距离为3.2 m，煤炭产量平均为2 500 t/h。参照运输顺槽内带式输送机传动效率、运输长度、巷道坡度等参数，计算得到带式输送机完成煤炭运输需要的驱动功率为1 396 kW，而输送机原有的1 200 kW 驱动功率并不能满足煤炭高效运输需要[1-3]。

通过理论计算发现卸载滚筒处受到的最大张力在633.5 kN，带式输送机原滚筒允许的合理仅为400 kN，因此需要对带式输送机卸载滚筒位置进行安全改造。理论计算得到卸载滚筒位置输送带受到的张力为321.5 kN，输送机采用的输送带型号为PVC2000S，在稳定工况下输送带安全系数为8.7。

带式输送机运输2 900 m 时计算得到输送机受到的总张力为263.4 kN，张紧装置通过4 根钢丝绳对输送机进行张紧，平均每根钢丝绳受到的张紧力为65.85 kN。输送机原使用液压油缸张紧方式，此状态下单根钢丝绳承受张力上限为40 kN，因此输送机张紧装置布置的钢丝绳不满足现场使用需要，需进行重新选择[4-6]。

2.3 输送机技术改造

通过对输送机运输校核发现输送机驱动装置功率、卸载滚筒位置强度以及张紧装置钢丝绳强度等均不能满足5509 运输巷带式输送机长距离运输需要。因此，需要对上述不满足安全运输的内容进行重点技术改造。

1）对输送机驱动装置滚筒输出轴进行技术改造通过增加一电动机，使得驱动装置总装机功率达到4×400 kW。对机头位置处巷道断面适当进行刷扩，给驱动装置安装以及检修提供足够的空间。对卸载滚筒、卸载架进行针对性补强加固，确保卸载滚筒以及卸载架结构稳定。

2）对输送机张紧装置进行改造，具体是使用变频控制的张紧绞车代替原本的液压油缸。采用张紧绞车方式可根据带式输送机张紧力需要对张紧力进行精准控制（张紧力实际值与设定值间精度在1 kN以内）。同时采取的绞车张紧方式动态反应能力较强，可在极短时间内依据输送机带张力变化进行张紧力调整。当输送机需要重载启动时，张紧绞车在变频器控制下高速收带，避免启动过程中输送带出现打滑；在重载急停时，变频器控制张紧绞车快速放带，均匀地释放输送带张力，避免恶性运输事故发生。输送机在正常运行时，变频器将输送带张紧力控制在一定的范围内，避免输送机带张紧力频繁使得输送机运行不稳定事故的发生。

3）对张紧装置张紧钢丝绳进行改造。原有的张紧钢丝绳张紧力偏低，不能满足现场使用需要。根据带式输送机张紧急校核结果，新的张紧装置张紧钢丝绳直径由16 mm 调整至22 mm，从而有效提升钢丝绳可靠性。

4）对带式输送机PLC 控制系统进行优化，从而实现多机驱动带式输送机功率平衡。在带式输送机控制程序中增加布置多个PID 控制回路，实现输送机驱动电机负载均衡。PID 控制回路包括有加速度控制、主驱动压力控制以及从驱动功率控制PID 等。选定带式输送机多机驱动中的一台电动机作为主驱动电机，布置在输出轴位置的速度传感器对输出轴运行速度进行监测，并以该监测值作为控制带式输送机加速度；主驱动控制PID 可以确保离合压力满足输送机满速运行需要；从驱动功率控制PID 将从电机运行功率与主驱动电机匹配，从而实现功率平衡。现场应用情况表明，通过PID 控制后，带式输送机驱动装置中主、从驱动电机基本可实现功率平衡，功率差值控制在2%以内。

3 带式输送机技术改造效果分析

5509 运输巷带式输送机技术改造耗时15 d 完成并于2020 年3 月正式使用，截止至2020 年8 月，采面回采推进已超过820 m，带式输送机运输长度由2 900 m 缩短至2 080 m。从现场运行情况来看，带式输送机运行总体良好，可以满足综采工作面煤炭高效运输的需要。

在5509 运输巷对带式输送机进行技术改造后，通过一条带式输送机即可将采面煤炭运输至采区运输巷，不需要与地沟带式输送机搭接运输。预计在生产期间可减少带式输送机设备以及后期维护费用约860 万元。