礦山機械的發展現狀及安全技術研究

卜繁剛

摘要：隨著目前工業生產中，礦山機械生產技術的高速發展，現代高科技、機械化的生產設備已經越來越多地被使用到現代的礦山生產的過程中。文章針對礦山生產中機械設備的使用情況、形成因素以及失效特點進行分析，及時排查和解決，促進礦山生產管理者、機械設備的使用者素質和水平的全面提升。

關鍵詞：礦山機械；發展現狀；安全技術；礦山生產；生產設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD823 文章編號：1009-2374（2016）11-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.068

能源是社會不斷發展的基礎，能源工業是我國市場經濟建設的基礎工業。目前，世界一次能源結構中煤炭比例有所下降，但我國的能源生產結構一直維持在70%～80%的高比重水平，因此煤炭企業的高效、穩定生產一直是國家發展的基礎。然而，雖然我國的煤炭資源豐富，但煤礦企業的生產技術卻一直處于國內其他工礦企業的技術水平之下。煤炭生產離不開科學技術、科學技術成果又促進煤炭工業發展，因此應用高新技術改造傳統煤炭工業生產工藝，一直是被國家所倡導的改革方針。近年來，隨著電子工業的發展，變頻調速技術的開發、研制、使用已經非常成熟，并且越來越多地應用于煤礦提升以及井下運輸等大功耗設備，使其存在的零部件易損、維修量大、電耗高等問題都得以很好的解決。

異步電動機定子磁場的旋轉速度被稱為異步電動機的同步轉速。異步電動機的同步轉速由電動機的對數和電源頻率所決定。

根據上述異步電動機的轉速表達式可知，異步電動機的調速通過改變極對數、改變轉差率和改變頻率三種方式。其中改變轉差率的調速方式效率較低，因為在電動機低速運行時，其轉差率大，因此轉差損耗也相應加大。而變頻調速是通過改變電動機定子的供電頻率來達到改變轉速的方式，無論高速、低速都可以保持有限的轉差率，因此其調速性能的效率非常高，可以說是一種無轉差損耗的調速方式。

變頻調速從原理結構上又分交直交變頻和交交變頻兩種。交直交變頻是先將工頻交流電通過整流器變成直流電，在經過逆變器將直流電變換成可控頻率的交流電。交交變頻與交直交變頻的區別在于其不需要中間直流環節，又稱為直接變頻器。可以輸出頻率和電壓均可連續調節的交流電，但交交變頻可調頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下，主要用于較大的低速拖動系統，如我礦的主井、副井絞車的低頻拖動便是采用交交變頻技術。

煤礦井下斜井絞車承擔著煤炭的提升以及材料的運輸等繁重任務。因此絞車的運行是否穩定、可靠直接影響礦井的安全生產以及經濟效益。以前我國大部分井下絞車調速均采用交流異步電機轉子串電阻調速方式。串電阻調速屬于有級調速，在絞車運行中調速非常不均勻，經常造成礦車掉道事故，極大地制約了生產效率。同時其電阻負載發熱高，損耗電能造成極大浪費。因此，變頻調速技術在礦山絞車提升方面擁有非常大的發展前景。

2009年12月新安裝的西區兩米絞車為我礦首臺采用變頻調速技術的電控絞車。以三菱PLC為控制中心，以唐山開誠變頻器為控制單元，對提升機的啟動、加速、等速運行、制動減速、爬行、停車及換向進行控制，并具有《規程》規定提升機必有的電氣保護與連鎖裝置。各外設控制開關或傳感器作為輸入信號，分別采集各采集點信號，對信號集中處理。這些信號的工作狀態被PLC軟件調用，經邏輯、時序、比較、微分、積分等手段處理后，PLC軟件的輸出繼電器動作，控制變頻器動作，完成提升機的加速、等速、減速、爬行、制動等工作過程。該系統的變頻器采用交-直-交電壓型主回路，整流器與逆變器結構相同，功能器件采用IPM模塊，散熱器采用高效的熱管散熱器，因而使整個變頻器結構緊湊、體積小。采用全數字無速度傳感器矢量控制，使系統調速范圍寬、精度高，變頻器在低頻運行時也保證有100%額定轉矩輸出。變頻調速器的調速范圍非常寬，可以從0～50Hz，而且調頻精度高，可以真正實現電機的軟啟動和平滑調速。

目前，該系統已穩定運行近6年。其技術優點主要在于：（1）絞車運行操作依靠PLC可編程控制技術，絞車可根據設定進行加速、爬行、減速、停車，對司機的技術水平要求低；（2）具有回饋制動功能，當絞車在負力狀態時，電機發電運行，系統會將制動能力反饋回電網；（3）調速功能強，精度高；（4）由于調速及控制通過電氣實現，因此維護量很小，節約了大量的人力、物力；（5）使用IPM功率模塊，解決了IGBT的串并聯同步出發問題，提高了系統的安全系數。

在節電方面，變頻器采用整流/回饋單元，由兩組6脈動晶閘管三相全控橋反并聯構成，逆變橋是通過一臺自耦變壓器接到電網上。當電機產生再生能量使直流母線電壓升高時，逆變橋可將這部分能量通過自耦變壓器回饋電網。同時變頻器的使用還提高了輸入電源的功率因子，在基頻以下為恒轉矩輸出，輸出功率隨轉速變化，因此具有很好的節電效果。與我礦另一臺北三兩米絞車進行對比，同樣采用185kW電機，北三絞車采用串電阻調速。經計算采用變頻調速的絞車月節約電量約為27297kWh。

變頻器內部還可以對提升數據進行采集，通過PID計算，對系統運行狀態進行分析，便于實現集中控制和系統集成。使用變頻器后還省去原先的凸輪控制器及調速電阻，極大地減小了設備的布置空間，節約了開采硐室的費用，同時降低了電能損耗，可節電約30%以上。

實踐證明，變頻調速技術在煤礦提升、運輸系統的應用方面有著絕對的優勢。變頻調速技術將在礦山技術改革中得到大力推廣和使用，對于中國煤炭事業的發展具有極其深遠的意義。工欲善其事，必先利其器，要想使煤炭礦山有更大的發展，必須將現有先進的科學技術應用到煤礦設備中去，使現有煤礦企業的自動化程度有一個質的飛躍，在礦山企業中掀起一股科技改革的浪潮。

參考文獻

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社，2011.

作者簡介：蘆世波（1982-），男，遼寧沈陽人，供職于沈陽煤業集團沈陽沈北煤礦有限公司蒲河煤礦，研究方向：機電；潘福亮（1982-），男，遼寧沈陽人，供職于沈陽煤業集團沈陽沈北煤礦有限公司蒲河煤礦，研究方向：電氣；王焱燚（1986-），女，遼寧沈陽人，供職于沈陽煤業集團焦煤有限公司。

（責任編輯：秦遜玉）