-31° 大倾角下运带式输送机的成功应用

2017-12-14刘修占闫新安

综合智慧能源 2017年11期

关键词：斜井煤业梨园

刘修占，闫新安

(山西朔州平鲁区下梨园煤业有限公司，山西朔州 036800)

-31°大倾角下运带式输送机的成功应用

刘修占，闫新安

(山西朔州平鲁区下梨园煤业有限公司，山西朔州 036800)

以山西朔州平鲁区下梨园煤业有限公司为例，介绍了-31°大倾角下运带式输送机项目的实施背景、主要技术及选型变更情况，并进行了实施效果及效益分析。认为选用软启动装置，合理选择加速度，选择好制动装置和张紧装置，配置防块煤滚落设施，可以实现大倾角上山下运胶带运输。

大倾角；下运；带式输送机；软启动；制动装置；张紧装置；胶带运输

0 引言

带式输送机发展到现在至少已有150年的历史，初期设计主要用于谷物等较小密度物料的输送，随着科学技术的迅速发展，用于制造、设计和安装的各种新技术、新方法的出现以及输送带接头技术的不断完善，目前带式输送机已经发展到了一个较高的水平。对于煤矿企业，带式输送机作为原煤运输的主要方式，其安全可靠性、运输能力、性能、质量等至关重要，成为决定矿井生产能力的关键一环。

目前，国内带式输送机下运的最大角度多数集中在-15°～25°，山西朔州平鲁区茂华下梨园煤业有限公司(以下简称下梨园煤业)经过多次调研、工况试验，成功地在井下运输暗斜井实现了-31°大倾角下运带式输送机的投用，并且运行安全可靠，完全满足矿井生产需要。

1 实施背景

下梨园煤业设计能力为90万t/a，可开采#4，#9，#11煤层。主斜井、副斜井、回风斜井均落底于#9煤层，根据煤层赋存特征及现有巷道的开拓掘进情况，设计采用联合布置的方式，在#9煤层中设一个主生产水平，在#4煤层中设一个辅助生产水平开拓开采井田范围内的#4，#9，#11煤层；在#4，#9煤层均沿煤层布置3条巷道(皮带、轨道、回风)；#4煤层西翼采区通过轨道暗斜井、运输暗斜井和回风暗斜井与#9煤层水平沟通；投产采区为#4煤层西部区域的401采区。

401采区运输巷安装带宽为800 mm的带式输送机，40101运输顺槽安装带宽为800 mm的带式输送机，两部带式输送机运输的原煤通过运输暗斜井到达#9煤层运输大巷的带式输送机。

401采区运输巷、40101运输顺槽、#9煤层的运输大巷3条巷道基本平直，带式输送机运行可靠，完全满足生产需要。联通3条巷道的运输暗斜井坡度为31°，故该巷道的运输设备成为整个原煤运输系统的瓶颈。

2016年6月下梨园煤业完成基本建设，进行联合试运转验收，2016年12月进入竣工大验收的最后阶段，《初步设计》中运输暗斜井设计为安装一部带式输送机，而国内-31° 下运式带式输送机技术尚不成熟，为了保证下梨园煤业顺利通过两个验收，同时保障矿井生产后原煤运输的安全可靠，满足矿井生产需要，-31° 下运带式输送机的突破创新、改革创造势在必行。

2 内涵和做法

2.1 运输暗斜井运输设备选型变更

下梨园煤业运输暗斜井最先运用的是大倾角波纹裆边输送机。2016年1月运输暗斜井运输设备安装使用波纹裆边输送机，使用过程中因井下环境较差，原煤中块煤较多，导致皮带裆边损坏严重，维修量较大，无法继续使用，严重制约原煤输出。

为了解决原煤运输的当务之急，运输暗斜井运输设备改为矿方自主改造的40 t刮板机，于2016年4月安装使用，使用效果良好，但由于刮板机的运煤量较小，无法满足矿方生产需要。

后经过下梨园煤业领导的多次研究、调研，最终与山西煤矿机械制造股份有限公司设计院达成一致意见，随即开启了该部大倾角皮带机的具体设计、工况模拟试验、改进，最终成功完成了-31°大倾角下运带式输送机的应用。本次改造利用了原先裆边皮带的机头传动架、传动滚筒、驱动架、电机、减速机、联轴器、盘式制动器、变频器、电控设备等，节约了设备成本。

2.2 大倾角上山下运带式输送机的关键技术

为带式输送机选用适当的软启动装置，选择合理的加速度，配置好合适的制动装置、张紧装置，设置防块煤滚落安全措施，就可以实现大倾角上山下运皮带运输。经过多次试验、论证，终于实现大倾角上山下运带式输送机在下运31°，运量750 t/h，带速2.5 m/s，长度103 m，提升高度-45 m时可靠运行。该部带式输送机缠绕示意图如图1所示。

图1 皮带缠绕示意

2.2.1 启动装置

大倾角上山下运带式输送机的关键技术在于：设备的制动、启动和运行。下梨园煤业下运带式输送机选用BPJI-450(220)/1140矿用隔爆兼本质安全型四象限交流变频器，完善了带面的受力状态，使皮带的使用寿命大大延长，从而降低了整套带式输送机的维修强度，为原煤的输送提供可靠保障。

2.2.1.1 变频启动装置

BPJI-450(220)/1140矿用隔爆兼本质安全型四象限交流变频启动器是一种集真空磁力启动器、数字式变频调速装置及相关的散热技术为一体的高新技术产品。该产品适用于交流50 Hz、额定电压660 V的异步电动机重负荷软启动、软停车和运行过程控制，具有启动电流小、启动速度平稳、启动性能可靠、对电网冲击小等优点，其启动曲线有S型和线型2种。该曲线可根据现场实际工况进行调整，从而减少启动时对设备的动张力。此外，变频器具有在线控制功能，可根据电机的负荷变化调整电机工作电源的电压和频率，从而达到所需转矩，具有明显的节能效应，可实现经济运行。随着煤矿自动化程度的不断提高，变频器正以其节能、高效、安全、可靠的特点，逐渐成为今后煤矿电机设备调速控制的发展方向，并得以广泛应用。

BPJI-450变频器具有过压、欠压、直流母线欠压、过流、过载、堵转、漏电、接地、过热等保护，具有故障记忆功能。

2.2.1.2 加速度的选择

按带式输送机的专业标准，启动和制动加速度应在0.1～0.3 m/s2之间。根据下梨园煤业大倾角下运带式输送机的现场使用情况来看，其加速度控制在0.1～0.3 m/s2之间都能可靠、安全地运行。

2.2.2 制动装置

制动装置是下运带式输送机最重要的技术之一，下梨园煤业的下运皮带机根据安装坡度及长度，对制动力计算后选择了液压盘式类型的制动装置。这种制动装置采用可编程逻辑控制器(PLC)控制，通过轴编码器或霍耳传感器对皮带机的皮带带速进行检测，PLC根据带速情况对制动装置输出松闸、制动的指令。

液压盘式类型的制动装置主要用于大型机电设备的可控制动停车，有时也用作调节或限制机构或机器的运动速度。采用常闭式结构，因此适用于各种机电设备停车作业。用于下运带式输送机时，能够实现其可控制动；用于大倾角上运带式输送机时，可以实现《煤矿安全规程》规定的软制动；用于长距离大型输送机时，不仅能够实现可控制动停车，还能够避免输送带在停车过程中急剧变化引起的“堆叠”现象。盘式制动装置完全能够适应井下的工作环境，其主要技术性能如下。

(1)液压柔性制动装置与电控装置配合时，可使带式输送机的停车加速度保持在0.10～0.30 m/s2之间。

(2)在有载工况设备启动时，具有可控启动性能；在设备突然断电时，能够保证带式输送机平稳地减速停车，从而保证生产的安全性。

(3)摩擦板采用进口非石棉、无金属粉末冶金材料，具有较好的耐高压、耐高温、耐腐蚀、长寿命等特性。

(4)盘式液压制动头采用新型扇形闸瓦结构，不仅外观美观，节省材料，无渗油、漏油现象，最重要的是制动时受力均匀，能够使带式输送机具有良好的制动效果与较高的使用寿命。

(5)液压站采用双回路结构，液压系统主件均采用进口部件，确保其工作可靠。液压系统实现了液压泵的间歇性运转，达到了节能、增加寿命的目的；电控系统以高性能的PLC为核心，使带式输送机的运行具有较高的安全与稳定性。

(6)具有动态制动压力平衡反馈，能够保证制动器平衡。

下梨园煤业大倾角带式输送机的盘式制动器安装于驱动滚筒上。盘式制动器通过霍尔传感器反馈给PLC带式输送机的带速，PLC通过与设定的额定带速进行比较，在不同带速阶段给出不同的指令给制动机械装置完成调速。盘式制动装置PLC输出指令与带速之间的反馈原理见表1。

2.2.3 张紧装置

下梨园煤业大倾角下运式带式输送机使用了固定绞车拉紧装置。固定绞车拉紧装置是利用小型绞车来拉紧，使用JH-8回柱绞车来缠绕钢绳，从而拉紧皮带。这种拉紧装置的优点是体积小、拉力大；有效张紧行程为1.5 m，工作电压为660/1 140 V。

表1 盘式制动装置PLC输出指令与带速之间的反馈原理

2.2.4 防块煤滚落设施

下运带式输送机由于煤炭的受力方向与地球引力方向一致，在煤炭输送过程中难免存在块煤在皮带上向下滚落，并且滚落过程中发生弹跳，极易越出皮带顺着巷道两侧的行人通道滚落的情况。虽然下梨园煤业安装大倾角带式输送机的运输暗斜井不作为行人通道，但为了减少清煤量，消除安全隐患于萌芽状态，设置了防止块煤滚落的设施。

为确保职工人身安全，下梨园煤业在下运带式输送机的两侧设置易于摘挂的防护网，防护网高1 m，有效地控制了滚落大块煤跳出带面的现象。皮带行人通道进出口安装栅栏门，实行上锁管理，防止皮带运行时人员进入。在该部下运带式输送机设计初期，就确定加装多部活动挡煤板，用于降低块煤滚落的势能，从而逐步使其停止；在后期经过多次计算和工况模拟试验，上方间隔1.5 m安装1组挡煤板，效果最为理想。

2.2.5 带面

下运带式输送机带面选用凸面人字形花纹钢丝绳芯、单层尼龙网防撕裂阻燃输送带，型号为ST/S1000(MT668)。利用皮带的凸面人字形增加带面与煤的摩擦力，可很好地防止煤下滑致使机尾淤煤。

2.2.6 上下托辊组

(1)上托辊组采用60°和25°深槽形托辊组，为了保证皮带包角平滑过渡，带式输送机托辊组槽角由10°→20°→35°→45°→60°逐渐平缓过渡，保证皮带使用寿命。平滑段托辊组间距为1 200 mm，凸弧段及受料段托辊组间距不大于600 mm。

(2)下托辊采用平形托辊组，每10组下托辊组设置一组下摩擦调心托辊组。平滑段间距为3 000 mm，凸弧段间距为1 500 mm。

2.2.7 清扫器

由于该部皮带使用的是凸面人字形花纹皮带，带面的浮煤较普通皮带难清理，为了解决回头煤的问题，保证清煤效果，在带式输送机的卸载部设聚氨酯一级清扫器和电动毛刷清扫器。

3 实施效果

3.1 经济效益

该部大倾角带式输送机的顺利运行，为下梨园煤业解决了暗斜井坡度较大，皮带机输送原煤环境差，故障频出而影响原煤输出的一大难题。

若设计该处新掘井下煤仓，煤仓需贯通45 m，煤仓下口安装给煤机，还需新增加回风绕道保证正常通风，掘进施工加上支护、给煤机等材料费用，预计需资金为150万元。若设计使用大运量的刮板输送机，设备费用预计为400万元。该部带式输送机的应用费用为50万元，不仅节省资金，更将影响生产的时间缩到最短，为下梨园煤业联合试运转和竣工大验收奠定了坚实的基础，为转生产矿井后原煤的运输提供了保障，提高了原煤输送的安全、可靠性，保障正常生产、提质增效。