煤矿井下带式输送机驱动系统改造研究

谢 辉

（汾西矿业集团灵北煤矿，山西 灵石 031302）

引言

带式输送机担负煤矿井下运输工作，其运行可靠性以及效率等直接影响矿井产能，因此，在生产过程中应采用各种相应的技术措施提高带式输送机运行效率[1-2]。驱动系统是驱动输送带往返运转的主要设备，现阶段多数矿井驱动系统结构包括有减速器、联轴器以及异步电机等构成的，采用此种驱动系统虽然可满足带式输送机正常运行期间物料运输需求，但是也存在初期扭矩小、重载启动困难、机械故障发生率高等问题[3-5]。山西某矿井下原煤运输系统由10 条带式输送机搭接构成，带式输送机服役时间均已超过10 年，同时随着带式输送机铺设范围、负载量以及煤炭产能等不断增加，矿井带式输送机原煤运输系统存在超负载运行情况，部分带式输送机运行过程中驱动装置故障频发。因此，为确保带式输送机平稳运行，矿井提出采用智能直驱系统对原驱动系统进行升级改造。文中就对智能直驱系统结构、功能以及改造应用效果等内容进行分析。

1 工程概况

1.1 带式输送机概况

山西某矿批准开展煤层包括2-1 号、2-2 号、3号、9 号及11 号等煤层，现阶段矿井生产主要集中在3 号煤层。3 号煤层埋深平均460 m、煤层厚度6.9 m，赋存稳定，采用综放开采工艺。南翼5 采区5600 运输巷内带式输送机铺长度为2 690 m、输送带宽度1 600 mm、额定运载量1 500 t/h，采用机头双电机驱动方式，电动机功率均为800 kW，单台电机均配备有1175NRT 低速逆止器、4×SHI251-2300 防爆盘形制动器。采区运输巷内带式输送机驱动系统结构为CST软启动方式，采面运输巷内带式输送机驱动方式为减速器+变频器+电机方式，其他采区带式输送机驱动方式采用智能直驱方式。具体矿井原煤运输系统结构见图1。

图1 矿井原煤运输系统结构示意图

1.2 升级改造必要性分析

为了实现煤矿井下带式输送机原煤运输系统高效、平稳运行，更好地服务煤矿生产，需要对原煤运输系统中带式输送机部分落后的驱动进行升级，从而统一带式输送机驱动方式并降低后续维护成本。矿井带式输送机驱动系统升级改造必要性主要为下述4 个方面[6-8]：

1）部分带式输送机驱动系统老化、故障发生率高，需要频繁的进行维护、修理，不仅增加带式输送机运行成本、作业人员劳动强度，而且制约矿井煤炭运输效率。

2）部分带式输送机使用时间超过10 年，随着带式输送机驱动技术以及材料等发展，原有的驱动方式较为落后，技术寿命已所剩无几，若继续使用经济价值会越来越低，不利于高产高效矿井建设工作高效开展。

3）带式输送机驱动系统采用多级驱动方式，能量传递效率较低，不利于减低能耗。

4）带式输送机采用采用的CST 装置部分存在渗油情况，不仅导致用油量增加而且会污染地下水并恶化井下作业环境。

2 带式输送机驱动系统升级改造分析

2.1 驱动系统选择

具体现阶段矿井不同带式输送机使用的驱动系统对比情况如下页表1 所示。

从下页表1 看出，带式输送机驱动系统具有故障发生率低、后续维护简单，调速范围更宽，实现多机功率平衡，环境适应性强以及冷却方式好等优点，因此采用智能永磁直驱系统对矿井带式输送驱动系统进行升级改造。

表1 矿井不同带式输送机驱动系统对比

智能永磁直驱系统结构包括有变频器、电控系统、水冷系统以及永磁直驱电机等构成。永磁直驱电机采用低速联轴器直接与转动滚筒连接，采用的变频器通过伺服直接转矩控制或者同步伺服矢量控制方式调整永磁电机运行，相对于传统的驱动系统省去了液力偶合器、减速机以及同步齿轮等结构。变频器（同步伺服控制器）是针对永磁同步电机结构以及工作特点开发的专用控制器，并内嵌有专用的控制软件，可提高永磁同步电机工作性能。

2.2 改造方案

将矿井带式输送机原采用异步电机+CTS、变频器+减速器+异步电机驱动系统均升级改造为智能永磁直驱系统。具体改造措施为：将拆除机头原有驱动装置（主要为液力偶合器、减速机以及异步电机），安装2 台型号为TBVF-500/80YC（660/1140）永磁同步电机，每台电机配备1 台型号BPJ-630/1140 专用变频器（伺服控制器）。智能直驱系统运行通过KTC101 控制系统，具体结构如图2 所示。

图2 智能永磁直驱系统控制结构

3 结语

1）文中对矿井带式输送运输系统以及存在问题进行分析，发现带式输送机驱动系统存在使用年限长、故障发生率高、部分设备难以实现重载启动以运行效率低等，需要针对性进行升级改造。在综合比对带式输送机不同驱动系统基础上，提出采用智能直驱系统对驱动系统进行升级改造。

2）智能直驱系统相对于传统的驱动系统而言在重载启动、设备运行能耗以及后期维护保养等方面均表现出显著优势，可为重载带式输送机高效运行提供可靠保障，并为后续矿井带式输送机智能化改造创造条件，可在一定程度提高煤矿原煤运输效率以及运行可靠性。

3）根据矿井实际条件，设计了智能永磁直驱改造方案并进行现场应用。应用结果表明，煤矿井下原煤运输系统实现了驱动方式统一，同时驱动系统功率以及重载启动能力等均得以显著提升；在后续维护过程中，不同带式输送机驱动系统故障类型类似，矿井仅需配备少量配件即可满足维护需要。