隨著煤礦資源整合和技術(shù)發(fā)展，礦井設(shè)計能力越來越大，主斜井帶式輸送機運輸能力大幅提升，目前國內(nèi)特大型主斜井帶式輸送機最大輸送量已達到 8 000 t/h，提升高度最高已達 550 m。隨著國內(nèi)經(jīng)濟進入新常態(tài)發(fā)展及煤炭行業(yè)供給側(cè)改革政策的影響，今后煤炭行業(yè)新設(shè)計礦井會越來越少，已有礦井因開拓延伸、能力核定調(diào)整以及科學產(chǎn)能釋放等因素，導致主提升系統(tǒng)改造會越來越多。筆者以平朔井工一礦主斜井帶式輸送機改造為例，探討特大型礦井相關(guān)改造方案，為其他礦井解決類似問題提供借鑒。

1 、主斜井帶式輸送機現(xiàn)狀及改造原因

平朔井工一礦位于山西省朔州市平魯區(qū)，礦井設(shè)計規(guī)模 10.0 Mt/a，屬于特大型礦井。主提升系統(tǒng)采用主斜井帶式輸送機運輸方式，輸送機機長 1 812 mm，傾角 -2°～ 12°，最大提升高度 192 m，鋼絲繩芯輸送帶型號為 ST/S 3150，減速器型號為 3C560 NE-1240 。

隨著礦井投產(chǎn)時間不斷延長，煤層賦存條件發(fā)生變化，井工一礦主斜井帶式輸送機瞬時峰值輸送量增加至 3 500 t/h，較設(shè)計值增加 16.7%，帶來的主要問題有：① 由于帶式輸送機張力增加，驅(qū)動平臺和頭部卸載平臺振動加大，存在安全隱患；② 由于輸送量增加，導致輸送機重載時啟動困難。主斜井帶式輸送機原有 3 臺電動機服役時間較長，效率降低，維修量加大，同時集團內(nèi)部備有多臺 1 120 kW 電動機，因此考慮在更換電動機的同時，通過技術(shù)改造消除安全隱患。

2、 改造設(shè)計方案

2.1 改造原則

根據(jù)帶式輸送機改造設(shè)計常規(guī)經(jīng)驗，以及該礦井實際情況，確定本次改造遵循以下幾個基本原則：

(1) 不增加帶式輸送機帶寬 如果增加帶寬，則加大了輸送機斷面，主斜井井筒斷面需加大，輸送機整機也需拆除重新安裝，成本高且耽誤工期；

(2) 不更換鋼繩芯輸送帶 由于輸送帶投資占整部帶式輸送機投資的 40% 左右，因此應(yīng)使用原有輸送帶，使其安全系數(shù)滿足規(guī)范要求；

(3) 不改變原有驅(qū)動方式 平朔井工一礦主斜井帶式輸送機采用變頻驅(qū)動方式，具有良好的軟啟動和調(diào)速性能，可根據(jù)輸送量的變化調(diào)整帶速，節(jié)能效果顯著，還具有調(diào)速范圍寬、精度高、驗帶時可長時間低速運行等優(yōu)點；

(4) 減少成本 應(yīng)盡量減少改造工期，降低設(shè)備投資。

2.2 改造方案

針對以上幾個原則，筆者從增加電動機數(shù)量、改變功率配比、提高帶速等方面提出 4 個主斜井帶式輸送機改造方案。

(1) 方案 1 輸送量增加至 3 500 t/h，帶式輸送機原有運行速度不變，仍為 4.5 m/s，驅(qū)動裝置更換為 3 臺 1 120 kW 電動機，功率配比為 2∶1。

(2) 方案 2 為了增加電動機備用系數(shù)，更好地解決重載啟動問題，帶式輸送機帶速不變，驅(qū)動裝置更換為 4 臺 1 120 kW 電動機，功率配比為 2∶2。

(3) 方案 3 當輸送量增加至 3 500 t/h 時將帶速提升至 5.0 m/s，驅(qū)動裝置更換為 4 臺 1 120 kW 電動機，功率配比為 2∶2。提高帶式輸送機運行速度可降低帶強及帶式輸送機各點張力。

(4) 方案 4 在方案 3 的基礎(chǔ)上，進一步將主斜井帶式輸送機帶速提高至 5.6 m/s，目的是尋求優(yōu)化卸載部土建結(jié)構(gòu)受力，減少改造工程量。主斜井帶式輸送機各改造方案主要技術(shù)參數(shù)及設(shè)備選型如表1 所列。

表1 主斜井帶式輸送機各方案主要技術(shù)參數(shù)及設(shè)備選型

3 、方案對比

對以上 4 種改造設(shè)計方案進行對比，各方案優(yōu)缺點如表 2 所列。由表 2 可以看出，方案 1、方案 2 不改變帶式輸送機帶速，通過增加電動機功率的方式提高運輸能力，此方法會增加帶式輸送機各點張力，加大卸載平臺和驅(qū)動平臺設(shè)備本身的受力及土建結(jié)構(gòu)受力，降低了安全系數(shù)，一般需對原有土建結(jié)構(gòu)進行改造，改造時停產(chǎn)時間較長，影響企業(yè)效益；方案 3 和方案 4 均采用提高帶速的方法，雖然帶速提高需要對部分機電設(shè)備進行改造，機電設(shè)備投資相對較高，但設(shè)備和土建結(jié)構(gòu)受力增加不大，甚至會降低合張力，增加了安全系數(shù)，土建結(jié)構(gòu)改造量小，改造工期短。因此，經(jīng)綜合考慮，平朔井工一礦主斜井帶式輸送機改造確定采用方案 3。

表2 各改造方案優(yōu)缺點對比

4 、改造實施措施

根據(jù)方案 3 的改造設(shè)計思路，主要實施措施包括以下幾個方面：

(1) 調(diào)整減速比 由于帶速提高，導致減速器的減速比無法與新帶速匹配，調(diào)整方法有 2 種：一是增加傳動滾筒直徑，二是更換減速器或者改造減速器傳動軸。最終選擇改造減速器的輸入軸，由減速器廠家進行非標設(shè)計，改變齒輪齒數(shù)，并保證減速器輸入軸安裝尺寸不變，與整體更換減速器相比，可節(jié)省投資 60%。

(2) 更換電動機 由于 1 120 kW 電動機中心高大于 1 070 kW 電動機，且 2 種電動機地腳基礎(chǔ)不同，為方便安裝，節(jié)省成本，將驅(qū)動裝置架上頂板更換，按新電動機地腳基礎(chǔ)開孔，降低肋板高度，使新電動機與減速器滿足同軸度要求。

(3) 改造驅(qū)動機房內(nèi)土建結(jié)構(gòu) 按方案 3 改造后，頭部卸載平臺和驅(qū)動平臺所受合張力分別增加20 和 10 kN，合張力增加幅度不大，經(jīng)計算校核，原設(shè)計相關(guān)結(jié)構(gòu)梁抗拉力和抗剪力滿足要求。由于方案 3 需要增加第 4 套驅(qū)動單元，為了防止驅(qū)動平臺振動，在新增驅(qū)動單元下方加設(shè) 2 組鋼立柱支撐，以加強驅(qū)動平臺承重能力。

(4) 校驗主要部件安全系數(shù) 對改造后的帶式輸送機主要部件進行安全系數(shù)校驗，并對逆止器、制動器進行打滑校驗，經(jīng)計算，帶式輸送機改造后滿足相關(guān)要求。

改造后的平朔井工一礦主斜井帶式輸送機運轉(zhuǎn)情況良好，在 2017 年 6 月由中國工程院發(fā)布的 2017中國煤炭企業(yè)科學產(chǎn)能排行榜中，平朔井工一礦排名第6。

5 、結(jié)語

特大型礦井主斜井帶式輸送機改造是一個系統(tǒng)工程，改造時應(yīng)遵循安全第一的原則，保證輸送帶、制動器、逆止器等關(guān)鍵設(shè)備的安全系數(shù)不降低，盡量減少驅(qū)動機房內(nèi)的土建結(jié)構(gòu)改造工程量，包括預埋件的增減及結(jié)構(gòu)梁的加固等，盡量縮短改造工期，減少企業(yè)停產(chǎn)損失。