随着煤矿资源整合和技术发展，矿井设计能力越来越大，主斜井带式输送机运输能力大幅提升，目前国内特大型主斜井带式输送机最大输送量已达到 8 000 t/h，提升高度最高已达 550 m。随着国内经济进入新常态发展及煤炭行业供给侧改革政策的影响，今后煤炭行业新设计矿井会越来越少，已有矿井因开拓延伸、能力核定调整以及科学产能释放等因素，导致主提升系统改造会越来越多。笔者以平朔井工一矿主斜井带式输送机改造为例，探讨特大型矿井相关改造方案，为其他矿井解决类似问题提供借鉴。
1 、主斜井带式输送机现状及改造原因
平朔井工一矿位于山西省朔州市平鲁区，矿井设计规模 10.0 Mt/a，属于特大型矿井。主提升系统采用主斜井带式输送机运输方式，输送机机长 1 812 mm，倾角 -2°～ 12°，最大提升高度 192 m，钢丝绳芯输送带型号为 ST/S 3150，减速器型号为 3C560 NE-1240 。
随着矿井投产时间不断延长，煤层赋存条件发生变化，井工一矿主斜井带式输送机瞬时峰值输送量增加至 3 500 t/h，较设计值增加 16.7%，带来的主要问题有：① 由于带式输送机张力增加，驱动平台和头部卸载平台振动加大，存在安全隐患；② 由于输送量增加，导致输送机重载时启动困难。主斜井带式输送机原有 3 台电动机服役时间较长，效率降低，维修量加大，同时集团内部备有多台 1 120 kW 电动机，因此考虑在更换电动机的同时，通过技术改造消除安全隐患。
2、 改造设计方案
2.1 改造原则
根据带式输送机改造设计常规经验，以及该矿井实际情况，确定本次改造遵循以下几个基本原则：
(1) 不增加带式输送机带宽 如果增加带宽，则加大了输送机断面，主斜井井筒断面需加大，输送机整机也需拆除重新安装，成本高且耽误工期；
(2) 不更换钢绳芯输送带 由于输送带投资占整部带式输送机投资的 40% 左右，因此应使用原有输送带，使其安全系数满足规范要求；
(3) 不改变原有驱动方式 平朔井工一矿主斜井带式输送机采用变频驱动方式，具有良好的软启动和调速性能，可根据输送量的变化调整带速，节能效果显著，还具有调速范围宽、精度高、验带时可长时间低速运行等优点；
(4) 减少成本 应尽量减少改造工期，降低设备投资。
2.2 改造方案
针对以上几个原则，笔者从增加电动机数量、改变功率配比、提高带速等方面提出 4 个主斜井带式输送机改造方案。
(1) 方案 1 输送量增加至 3 500 t/h，带式输送机原有运行速度不变，仍为 4.5 m/s，驱动装置更换为 3 台 1 120 kW 电动机，功率配比为 2∶1。
(2) 方案 2 为了增加电动机备用系数，更好地解决重载启动问题，带式输送机带速不变，驱动装置更换为 4 台 1 120 kW 电动机，功率配比为 2∶2。
(3) 方案 3 当输送量增加至 3 500 t/h 时将带速提升至 5.0 m/s，驱动装置更换为 4 台 1 120 kW 电动机，功率配比为 2∶2。提高带式输送机运行速度可降低带强及带式输送机各点张力。
(4) 方案 4 在方案 3 的基础上，进一步将主斜井带式输送机带速提高至 5.6 m/s，目的是寻求优化卸载部土建结构受力，减少改造工程量。主斜井带式输送机各改造方案主要技术参数及设备选型如表1 所列。
表1 主斜井带式输送机各方案主要技术参数及设备选型
3 、方案对比
对以上 4 种改造设计方案进行对比，各方案优缺点如表 2 所列。由表 2 可以看出，方案 1、方案 2 不改变带式输送机带速，通过增加电动机功率的方式提高运输能力，此方法会增加带式输送机各点张力，加大卸载平台和驱动平台设备本身的受力及土建结构受力，降低了安全系数，一般需对原有土建结构进行改造，改造时停产时间较长，影响企业效益；方案 3 和方案 4 均采用提高带速的方法，虽然带速提高需要对部分机电设备进行改造，机电设备投资相对较高，但设备和土建结构受力增加不大，甚至会降低合张力，增加了安全系数，土建结构改造量小，改造工期短。因此，经综合考虑，平朔井工一矿主斜井带式输送机改造确定采用方案 3。
表2 各改造方案优缺点对比
4 、改造实施措施
根据方案 3 的改造设计思路，主要实施措施包括以下几个方面：
(1) 调整减速比 由于带速提高，导致减速器的减速比无法与新带速匹配，调整方法有 2 种：一是增加传动滚筒直径，二是更换减速器或者改造减速器传动轴。最终选择改造减速器的输入轴，由减速器厂家进行非标设计，改变齿轮齿数，并保证减速器输入轴安装尺寸不变，与整体更换减速器相比，可节省投资 60%。
(2) 更换电动机 由于 1 120 kW 电动机中心高大于 1 070 kW 电动机，且 2 种电动机地脚基础不同，为方便安装，节省成本，将驱动装置架上顶板更换，按新电动机地脚基础开孔，降低肋板高度，使新电动机与减速器满足同轴度要求。
(3) 改造驱动机房内土建结构 按方案 3 改造后，头部卸载平台和驱动平台所受合张力分别增加20 和 10 kN，合张力增加幅度不大，经计算校核，原设计相关结构梁抗拉力和抗剪力满足要求。由于方案 3 需要增加第 4 套驱动单元，为了防止驱动平台振动，在新增驱动单元下方加设 2 组钢立柱支撑，以加强驱动平台承重能力。
(4) 校验主要部件安全系数 对改造后的带式输送机主要部件进行安全系数校验，并对逆止器、制动器进行打滑校验，经计算，带式输送机改造后满足相关要求。
改造后的平朔井工一矿主斜井带式输送机运转情况良好，在 2017 年 6 月由中国工程院发布的 2017中国煤炭企业科学产能排行榜中，平朔井工一矿排名第6。
5 、结语
特大型矿井主斜井带式输送机改造是一个系统工程，改造时应遵循安全第一的原则，保证输送带、制动器、逆止器等关键设备的安全系数不降低，尽量减少驱动机房内的土建结构改造工程量，包括预埋件的增减及结构梁的加固等，尽量缩短改造工期，减少企业停产损失。
