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摘要：本文在分析變頻一體機結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)診斷、現(xiàn)場寫實等有效做法，分析大采高中厚煤層綜采工作面煤流系統(tǒng)及設(shè)備痛點，積極進行系統(tǒng)優(yōu)化和裝備升級改造，將智能變頻技術(shù)應(yīng)用于綜采煤流運輸系統(tǒng)中，從根本上突破了制約礦井高產(chǎn)高效“瓶頸”，結(jié)果表明應(yīng)用效果良好，具有很強的推廣價值。

關(guān)鍵詞：大采高綜采工作面；順槽帶式輸送機；變頻一體機

1概況

現(xiàn)有4110綜采工作面，綜采工作面裝備有MG900/2210-GWD型采煤機，SGZ1200/2×700型刮板輸運機和SZZ1350/700型轉(zhuǎn)載機，順槽帶式輸送機為DSJ120/150-4×315型可伸縮皮帶，支架采用ZY11000/28/63D型大采高支架119架。

2順槽帶式輸送機運行現(xiàn)狀及問題

4110綜采工作面順槽帶式輸送機，2016年10月之前采用4臺電光防爆QJR-400型軟啟動器+315kW電機+減速箱驅(qū)動方案，由2臺1250KVA變壓器供電。（每臺1250KVA變壓器供2臺315kW電機）該套驅(qū)動方案起動時電氣沖擊載荷大，起動電流為電機額定電流的4-6倍，變壓器因起動容量不足造成頻繁過載跳閘，同時頻繁起動引起電機過熱，造成電機絕緣下降燒毀繞組；由于電光防爆QJR-400型軟啟動器沒有功率平衡功能，因驅(qū)動滾筒直徑偏差造成多臺電機運行電流和轉(zhuǎn)矩相差大，功率嚴重不平衡，影響了電機可靠運行。該套驅(qū)動方案起動時因多臺電機需錯時起動不能同步，造成驅(qū)動滾筒之間受力不均，出現(xiàn)皮帶打滑冒煙現(xiàn)象，包膠磨損嚴重；劇烈的起動載荷反復(fù)沖擊皮帶扣、減速箱、各個滾筒軸承等關(guān)鍵部位，經(jīng)常發(fā)生滾筒軸承損壞、減速箱打齒和斷帶現(xiàn)象，每次斷帶需10多人耗時近4個小時才能恢復(fù)，材料費用明顯增加。特別是采煤工作面膠帶順槽沿煤層起伏波動多，每次縮帶都要頻繁起停，起動瞬間膠帶張力突變，在谷底的皮帶將煤拋灑到巷道內(nèi)，沿線堆煤嚴重，由于人員少堆煤清理不及時，托輥、膠帶持續(xù)在煤堆中磨損，不但造成嚴重的材料損失，而且給安全帶來重大威脅；為清理積煤，公司除每天安排6人專門清掃外，還要求整班職工下班后集中清理2個小時，致使職工士氣低下，人員流失嚴重。因為綜采工作面的皮帶機械故障，平均每天影響不低于6小時，加上工作面檢修2小時，造成綜合開機時間不足16小時，嚴重影響安全生產(chǎn)秩序，順槽皮帶機已成為嚴重制約安全、生產(chǎn)的“瓶頸”。

3刮板運輸機運行現(xiàn)狀及問題

刮板運輸機原采用“組合開關(guān)+2×700kW雙速電機+摩擦限矩器+減速箱”驅(qū)動方案，起動方式為高低速轉(zhuǎn)換直接起動，由1臺KBZGZY-3150/3300型變壓器+KJZ3-600/3300型4驅(qū)組合開關(guān)+4條電纜（每臺電機兩條電纜）進行供電。運輸機起動時機械沖擊載荷大，電機、減速箱、軸承、聯(lián)軸器、鏈輪、鏈條等都受到頻繁沖擊，容易造成設(shè)備損壞等機械故障；特別是重載起動時，經(jīng)常發(fā)生斷鏈、鏈輪損壞等故障；正常運行過程中，機頭、機尾電機功率不平衡，上下鏈條同步性差，極易損壞鏈條，經(jīng)常發(fā)生窩鏈、斷鏈等現(xiàn)象，嚴重影響工作面正常生產(chǎn)秩序。去年下半年以來，公司堅持問題導(dǎo)向，迅速成立以機電部為主的項目攻關(guān)小組，經(jīng)反復(fù)現(xiàn)場勘察、調(diào)研論證、跟合作單位共同程序開發(fā)，大膽嘗試，于2016年10月7日在4109膠帶順槽帶式輸送機改造完畢。同時基于變頻一體機在4109面順槽帶式輸送機應(yīng)用的成功經(jīng)驗，通過調(diào)研論證、數(shù)據(jù)分析和負載狀況對比，刮板機的起動及運行特點與順槽皮帶有相似之處，大膽嘗試，將變頻一體機驅(qū)動技術(shù)植入刮板運輸機的傳動方案。對4110刮板運輸機驅(qū)動迅速實施設(shè)備改造，于2017年3月18日改造完畢，成為淄礦集團公司首次將變頻一體機應(yīng)用于采煤工作面的礦井。成為國內(nèi)首例將變頻一體機驅(qū)動技術(shù)成功應(yīng)用于皮帶機的礦井。

4變頻一體機的構(gòu)造及原理

變頻一體機驅(qū)動系統(tǒng)，采用YJVFT-355L1-4（1140V/315kW）礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻調(diào)速一體機，它是集成變頻器與電動機于一體，由四臺1140V/315kW變頻一體機，一臺一體機操作箱，和若干通訊控制電纜及主動力電纜組成，變頻一體機和操作箱對外均有CAN總線通信控制接口，四臺變頻一體機和操作箱組成CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)，由操作箱同時控制四臺一體機。使用2臺水箱分別對4臺變頻一體機進行冷卻，冷卻水在系統(tǒng)內(nèi)進行循環(huán)，通過風(fēng)機與散熱片進行散熱。變頻一體機最大啟動為2倍額定轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)根據(jù)負載的狀況設(shè)定與之適用加減速時間，最大程度降低對電機及相關(guān)機械設(shè)備的沖擊損傷，延長設(shè)備使用壽命，降低維修費用，滿足井下膠帶機的控制要求。操作箱可以讀取任實時的所有一體機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，還可以精確的對各臺一體機輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進行控制，從而實現(xiàn)功率平衡。各臺一體機和操作箱組成CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)，通過高速CAN總線實現(xiàn)通信。

5產(chǎn)生的效果

升級改造完成后，順槽帶式輸送機起動平穩(wěn)，4臺電機功率保持平衡，并實時調(diào)整電機轉(zhuǎn)矩和電流相等，避免了個別電機過載、過熱現(xiàn)象。同時，避免了起動時的機械沖擊，杜絕了斷帶、斷繩等機械事故，從根本上減少了皮帶灑煤、托輥損壞、膠帶磨損等。刮板運輸機起動及運行平穩(wěn)，徹底消除了機械和電氣沖擊，功率實時平衡，機頭、機尾電機運行同步性強，上下鏈條松緊度可隨時適應(yīng)刮板機上下坡度及溜槽推移過程中的影響，杜絕了窩鏈、斷鏈等機械事故和變壓器瞬間過載等電氣故障，重載起動效果佳，設(shè)備質(zhì)量可靠、免維護，故障率幾乎為零。該驅(qū)動方式還可設(shè)置超低頻緊鏈模式取代緊鏈馬達，使“縮鏈”、“拿環(huán)”等工作變得輕松、便捷，同時大大節(jié)省了緊鏈馬達（國產(chǎn)約5萬/個，進口約12萬/個）費用；省去配套多回路組合開關(guān)以及相應(yīng)車盤的投資，設(shè)備列車得到優(yōu)化，減少了設(shè)備車盤數(shù)量；電纜數(shù)量減少兩條，投資減少，且有利于電纜管理。

6數(shù)據(jù)效益分析

通過各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比分析，變頻一體機在順槽帶式輸送機和刮板輸送機的成功應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益：一是機械事故率顯著降低。從4108、4109、4110三個工作面機械事故統(tǒng)計報表來看，順槽皮帶機和工作面刮板機機械事故率從占全礦機械事故的67.2%下降至1.4%，效果顯著。二是產(chǎn)能有效釋放，生產(chǎn)秩序更加穩(wěn)定。工作面主要影響環(huán)節(jié)得到了根本性的治理，有效生產(chǎn)時間大大增加，設(shè)備開機率從不足65%提高到目前的95%；日平均推進度由不足10米提高到目前的14.4米；每天計劃檢修時間有原來的不足2小時，提高到目前的4小時，設(shè)備管理進入良性軌道；單面平均日產(chǎn)量由1.2萬噸提高到1.8萬噸，同比提高50%，月產(chǎn)量由35萬噸提高至47.9萬噸，同比提高36.9%。三是頂板管理得到有效改善，煤質(zhì)大大提高。推采速度保持快速平穩(wěn)，頂板周期來壓滯后，頂板多數(shù)時間保持完整，漏矸大大減少。商品煤獲得率由原來的65%提高至72%，達到了提質(zhì)增效的目的，減少了矸石外排，減輕了環(huán)保壓力，降低了覆土綠化成本。四是節(jié)約人工投入，人工效率提高。每班可節(jié)約皮帶自移機尾清掃工5人、皮帶機頭司機1人、皮帶道清掃積煤人員16個人，更換損壞托輥人員4人，按照日工資300元進行計算，每月可節(jié)約人工成本約70萬元。五是節(jié)能效果好。電機功率因數(shù)保持在0.95以上，且在煤量少的情況下可工作于低頻狀態(tài)。對比4108、4109工作面，同等條件下，每月可以節(jié)約電量11.8萬度，年節(jié)約電費78.94萬元；噸煤單耗由7.22度/噸降低至5.37度/噸，降幅34.4%。六是材料費用大幅降低。平均每月節(jié)約皮帶扣費用13.6萬元，托輥費用9.3萬元，特別是4108面生產(chǎn)時，僅更換皮帶這一項費用就投入了500萬元，而4110面推采以來，帶寬保持在1.18米以上，膠帶狀況良好，避免膠帶投入。七是減少了硐室施工。順槽帶式輸送機采用變頻一體機方案改造，只需在原315kW電機機座上更換即可，不需對機頭硐室進行開寬、刷大，避免了過多巷道施工。綜合以上測算，年綜合效益約2000萬元以上。

7結(jié)論

從2017-2018年，41煤層4110工作面、4111工作面、4112三個工作面變頻一體機應(yīng)用情況看，該系統(tǒng)從未出現(xiàn)無法啟動、電氣元器件損壞以及斷帶等事故，設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，故障率明顯降低，應(yīng)用效果良好，具有很好的推廣價值。

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作者：胡平；朱光營 單位：1山東能源淄礦集團內(nèi)蒙古雙欣礦業(yè)有限公司，2山東能源淄礦集團